APPLICATION OF REMOTE SENSING TECHNOLOGY IN SMART CITY CONSTRUCTION AND PLANNING
Από RemoteSensing Wiki
APPLICATION OF REMOTE SENSING TECHNOLOGY IN SMART CITY CONSTRUCTION AND PLANNING
Συγγραφείς: Yongcheng Liu
Εισαγωγή
Ο σχεδιασμός μιας έξυπνης πόλης είναι πολύπλοκος και απαιτεί χρόνο, τεχνογνωσία και βελτιώσεις. Η μετατροπή των σύγχρονων πόλεων σε έξυπνες είναι επιτακτική ανάγκη του μέλλοντος προκειμένου οι πόλεις να εξελιχθούν προσαρμοζόμενες στις νέες τεχνολογίες και προκειμένου να προσφέρουν στους πολίτες τους ένα βιωσιμότερο και πιο αποδοτικό περιβάλλον διαβίωσης το οποίο θα θέτει τον άνθρωπο και την ποιότητα της ζωής του στο επίκεντρο. Η τηλεπισκόπηση είναι η επιστήμη που χρησιμοποιείται από τους σχεδιαστές προκειμένου να επιτύχουν τον καλύτερο σχεδιασμό. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους, η τεχνολογία της τηλεπισκόπησης έχει συνήθως τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης και του χαμηλού κόστους. Αυτό το άρθρο παρουσιάζει τη βάση σχεδιασμού των έξυπνων πόλεων, εστιάζοντας σε τεχνολογίες και μεθόδους που σχετίζονται με την τηλεπισκόπιση που μπορούν να εφαρμοστούν σε διαφορετικές πτυχές του σχεδιασμού. Αναλυτικότερα, τονίζουν την σημαντικότητα της επιστήμης της τηλεπισκόπησης όσον αφορά την παρακολούθηση της ρύπανσης στην αστική κυκλοφορία, τον έλεγχο των φυσικών καταστροφών καθώς και την παρακολούθηση της ρύπανσης λόγω των οχημάτων που κυκλοφορούν στους δρόμους των πόλεων. Η σωστή έρευνα και ο σχεδιασμός καταλήγουν και επισημαίνουν μέσω αυτής της έρευνας ότι αποτελεί τη βάση για τη δημιουργία και την εξέλιξη των πόλεων του μέλλοντος.
Τι ορίζεται ως έξυπνη πόλη?
Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει μια ακριβής απάντηση στον ορισμό της έξυπνης πόλης. Η αναπτυξιακή κατεύθυνση της κάθε πόλης ορίζει το πλαίσιο ορισμού της έννοιας. Πολλοί ερευνητές επιχείρησαν να αναπτύξουν ένα βασικό ορισμό και να δικαιολογήσουν τον επιθετικό προσδιορισμό της <<έξυπνης>> με χαρακτηριστικό παράδειγμα τους Bowerman et al. ,οι οποίοι όρισαν ότι μια <<έξυπνη πόλη – smart city>> ορίζεται ως η αποτελεσματική χρήση των σύγχρονων καινοτόμων τεχνολογιών σε όλες τις πτυχές του αστικού σχεδιασμού, προσφέροντας ένα ασφαλές και άνετο αστικό περιβάλλον για όλους. Παρουσίασαν δηλαδή μια πόλη ασφαλής που μπορεί να προσφέρει στους πολίτες της κάθε υπηρεσία και έναν πιο αποτελεσματικό και βιώσιμο τρόπο ζωής με απώτερο σκοπό να επιτύχουν τον υψηλότερο δείκτη ανθρώπινης (HDI) και οικονομικής ανάπτυξης συμβαδίζοντας με τις νέες τεχνολογίες. Ο Toppeta ολοκλήρωσε τον ορισμό προτείνοντας έξι κύριες πτυχές σχεδιασμού της έξυπνης πόλης οι οποίες είναι οι εξής: Έξυπνη και αποδοτικότερη οικονομία Έξυπνη και βιώσιμη αστική κινητικότητα Έξυπνο και υπό προστασία περιβάλλον Έξυπνοι και ενεργοί πολίτες, ανοιχτοί σε νέες και καινοτόμες τεχνολογίες Έξυπνη και ποιοτικότερη διαβίωση Έξυπνη διακυβέρνηση
Εφαρμογές τηλεπισκόπησης
Εφαρμογή της τεχνολογίας τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση της αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης
Για πολλές πόλεις στις αναπτυσσόμενες χώρες, το πρόβλημα ποιότητας του αέρα που προκαλείται από τις εκπομπές των αυτοκινήτων είναι ένας τεράστιος παράγοντας που εμποδίζει την ανάπτυξη των έξυπνων πόλεων, προκαλώντας ποικίλα προβλήματα στην ποιότητα ζωής των πολιτών. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, σχεδόν 400.000 θάνατοι σχετίζονταν με την επίδραση των επιβλαβών αερίων που παράγονται από οχήματα υψηλών εκπομπών. Οι εταιρείες κατασκευής οχημάτων έχουν προσαρμόσει σε μεγάλο βαθμό σήμερα τις τεχνολογίες τους δημιουργώντας σύγχρονα οχήματα τα οποία εκπέμπουν σε μικρότερο βαθμό. Ωστόσο υπάρχουν όμως πολλοί μη ελεγχόμενοι παράγοντες, όπως ο χρόνος οδήγησης του αυτοκινήτου, η μείωση της λειτουργίας του επιβλαβούς συστήματος φίλτρου αερίου, η συντήρηση του οχήματος από τον οδηγό και οι οδηγικές συνήθειες του οδηγού. Τα επιβλαβή αέρια αναπόφευκτα δημιουργούνται και διασκορπίζονται στον αέρα. Η επιστήμη της τηλεπισκόπhσης χρησιμοποιείται με σκοπό την παρακολούθηση και τον έλεγχο της αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Αναλυτικότερα, οι ερευνητές του παρόντος άρθρου παρουσίασαν τον παράδειγμα του Χονγκ Κονγκ (HKEPD) το οποίο ενσωμάτωσε τις τεχνολογίες RS. Πιο συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν για έρευνα ορισμένα οχήματα υγραερίου και βενζίνης ως δείγματα έρευνας για την ολοκλήρωση της ανάλυσης πληροφοριών. Μέσω της τηλεπισκόπισης πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις και επιχειρήθηκε η ανάλυση της υφιστάμενης κατάστασης κάνοντας τη σύγκριση ανάλογα του είδους του οχήματος. Η μέθοδος αυτή προσέφερε πιο αποτελεσματικά και ακριβή αποτελέσματα από τα παραδοσιακά με χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερο εύρος μετρήσεων. Ωστόσο, οι ερευνητές επισήμαναν συγκεκριμένες προκλήσεις και περιορισμούς. Πρώτον, η οριζόντια οπτική διαμόρφωση περιορίζει την εφαρμογή της σε δρόμους μονής λωρίδας. Το δεύτερο έργο HKEPD μέτρησε μόνο δεδομένα εκπομπών για το υγραέριο και τη βενζίνη αλλά όχι το ντίζελ, επειδή πολλοί αβέβαιοι παράγοντες καθιστούν τη μέτρηση των εκπομπών κινητήρων ντίζελ πολύ δύσκολη. Η πιθανή παραγωγή του κινητήρα ντίζελ σε λειτουργία καύσης μπορεί να αντιπροσωπεύει μόνο ένα μικρό μέρος της συνολικής παραγωγής, αλλά το ντίζελ συμβάλλει σημαντικά στα NOx και τα σωματίδια.
Εφαρμογή της τεχνολογίας τηλεπισκόπησης στην παρατήρηση του αστικού πρασίνου των πόλεων
Το αστικό πράσινο αποφέρει ποικίλα οφέλη στην ανάπτυξη των πόλεων αποτελώντας βασικό στοιχείο σχεδιασμού τους. Αναλυτικότερα, συντελεί στη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, στη μείωση των αναπνευστικών προβλημάτων των πολιτών και βελτιώνει τη αισθητική των πόλεων καθώς επίσης αυξάνει την αξία της ακίνητης περιουσίας. Έρευνες έχουν αναδείξει την αξία του αστικού πράσινου στις πόλεις υπερτονίζοντας την έντονη επιθυμία των πολιτών να μετακινηθούν όσο πιο κοντά σε χώρους πρασίνους. Επίσης, έχει αποδειχθεί πως τα φυτά μπορούν να βοηθήσουν το σύστημα αποχέτευσης με περιορισμένη χωρητικότητα να επιτύχει ένα μέρος της απορρόφησης του βρόχινου νερού για να μειώσει την παράλυση των συστημάτων αστικών μεταφορών που προκαλείται από ακατάλληλη διαχείριση των όμβριων υδάτων. Δύο είδη δεδομένων τηλεπισκόπησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρατήρηση αλλαγής δασών, το ένα είναι τα δεδομένα της χρονοσειράς και το άλλο είναι τριπλής χρονικής διάρκειας, γνωστά και ως χρονικές δορυφορικές εικόνες. Το Triple-Temporal δεν μπορεί να αποτυπώσει αποτελεσματικά τη μεταβαλλόμενη εικόνα του δάσους φασματικά, ωστόσο μπορεί να παρέχει εικόνες με υψηλή χωρική και χρονική ανάλυση για να εξασφαλίσει υψηλή απόδοση στην ανάλυση δεδομένων. Τα δεδομένα χρονοσειρών μπορούν να εξασφαλίσουν τη μετάδοση δεδομένων αλλαγής δασών σε πραγματικό χρόνο και τη μακροπρόθεσμη παρακολούθηση της σημαντικής απόδοσης επένδυσης της περιοχής αλλαγής, ωστόσο είναι πολύπλοκο για τις χρονοσειρές να αποκτήσουν μια εικόνα υψηλής ανάλυσης. Η ενσωμάτωση του ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR), του ραντάρ ανίχνευσης φωτός και εμβέλειας (Lidar), του φασματομετρητή απεικόνισης μέτριας ανάλυσης (MODIS) και του ραντάρ συνθετικού διαφράγματος L-Band Phased Array (PALSAR) σε δορυφόρο (π.χ. Advanced Land Observing Satellite (ALOS)) μπορεί να δημιουργήσει τρισδιάστατες εικόνες με υψηλή ανάλυση με ακρίβεια. Το PALSAR χωρίς σύννεφα είναι καλό για την παρακολούθηση και την παρατήρηση βροχερών και συννεφιασμένων περιοχών σε τροπικές περιοχές και μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει τα πλεονεκτήματα των οπτικών αισθητήρων για να αντισταθμίσει τα μειονεκτήματα των δεδομένων ραντάρ ενσωματώνοντας τη χρήση. Έτσι χρησιμοποιώντας τις τηλεπισκοπικές εικόνες γίνεται έλεγχος της υφιστάμενης κατάστασης βοηθώντας τους ερευνητές για το σχεδιασμό των πόλεων.
Εφαρμογή της τεχνολογίας τηλεπισκόπησης στη διαχείριση της κυκλοφορίας
Η παρακολούθηση της κυκλοφορίας μπορεί να εξάγει πληροφορίες για το δρόμο ενσωματώνοντας αλγόριθμους RS και βαθιάς εκμάθησης. Επειδή αυτή η μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική από τις συμβατικές προσεγγίσεις, τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της κατάστασης του δρόμου. Επιπλέον, η εξαγωγή χαρακτηριστικών δρόμου που βασίζεται σε ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στη διαχείριση της κυκλοφορίας, στις επιχειρήσεις έκτακτης ανάγκης διάσωσης, στην κατασκευή δρόμων, στη χαρτογράφηση και στην ενημέρωση. Η εξαγωγή χαρακτηριστικών δρόμου μέσω UAV και η ορθογραφική προβολή μπορεί να παράγει εικόνες RS με σχετικά υψηλή ανάλυση.
Εφαρμογή τεχνολογίας τηλεπισκόπησης σε φυσικές καταστροφές
Η πρόληψη και ο έλεγχος των φυσικών καταστροφών και τα σχετικά μέτρα παρακολούθησης είναι επίσης αξιοσημείωτα προβλήματα για την ανάπτυξη των έξυπνων πόλεων.
Εφαρμογή τεχνολογίας τηλεπισκόπησης σε φαινόμενα κατολισθήσεων Η τηλεπισκόπιση συμβάλει στην δημιουργία ειδικών χαρτών πρόβλεψης κατολισθητικών φαινομένων μέσω των οποίων υπολογίζεται ο βαθμός ευαλωτότητας βάση των ειδικών χαρακτηριστικών περιοχών κάθε περιοχής. Πιο συγκεκριμένα, προσδιορίζονται ειδικά κριτήρια ανάλυσης του φαινομένου και μέσω του περιβάλλοντος του GIS δημιουργούνται χάρτες ειδικής κατηγορίας επικινδυνότητας ορίζοντας κάθε περιοχή με ειδικά χρώματα ανάλογα του βαθμού επικινδυνότητας.
Εφαρμογή τεχνολογίας τηλεπισκόπησης σε φαινόμενα σεισμών
Πρόβλεψη σεισμών :Μέχρι στιγμής, είναι δύσκολο για τους ανθρώπους να προβλέψουν άμεσα την ακριβή ώρα και περιοχή ενός σεισμού μέσω αισθητήρων ή τεχνολογίας RS. Οδηγίες πρόληψης και εκκένωσης: Μπορεί να ληφθεί με ανάλυση σχετικών παραμέτρων μέσω του QGIS, το οποίο μπορεί να προσφέρει στους ανθρώπους μια περιοχή διαφυγής σε περίπτωση σεισμού. Μέσω των εικόνων που λαμβάνονται μέσω δορυφόρου, η απόσταση μεταξύ των διαφορετικών κτιρίων μπορεί να υπολογιστεί για να εκτιμηθεί η απειλή των οικοδομικών συντριμμιών σε μια συγκεκριμένη περιοχή, καθώς και από υπολογισμούς εικόνων ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου (DEM) υψομέτρων σε διάφορα σημεία της πόλης και να αξιολογηθεί η πιθανότητα ασφαλούς εκκένωσης.
Εφαρμογή τεχνολογίας τηλεπισκόπησης σε φαινόμενα τσουνάμι
Ένα τσουνάμι είναι μια λιγότερο συχνή φυσική καταστροφή για τις εσωτερικές περιοχές. Ωστόσο, είναι σχετικά κοινό σε παράκτια περιοχές που βρίσκονται σε ηφαιστειακές σεισμικές ζώνες και απειλούν την παράκτια βιομηχανική αλυσίδα και την ασφάλεια των πολιτών. Χρησιμοποιώντας το RS και τις σχετικές τεχνολογίες ολοκλήρωσης, μπορεί να επιτευχθεί προστασία από τσουνάμι. Ως εκ τούτου, μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τις οικονομικές απώλειες και τα θύματα. Κάνοντας χρήση των δορυφορικών εικόνων μέσω της τηλεπισκόπισης και επιλέγοντας διαφορετικά έγχρωμα φωτοσύνθετα οι ερευνητές επισήμαναν πως μπορούμε να αναλύσουμε την υφιστάμενη κατάσταση. Η παρακολούθηση της υφιστάμενης κατάστασης συμβάλλει και διευκολύνει την εφαρμογή μέτρων αποκατάστασης μετά την καταστροφή.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Μια έξυπνη πόλη από μόνη της είναι μια δυναμική έννοια. Η περιγραφή της έξυπνης πόλης προσαρμόζεται συνεχώς με το χρόνο, τον βαθμό αστικής ανάπτυξης και τις εθνικές πολιτικές και κατευθύνσεις ανάπτυξης. Η προσαρμογή στις περιβαλλοντικές αλλαγές είναι η κύρια κατεύθυνση της ανάπτυξης της έξυπνης πόλης. Στον σχεδιασμό και την κατασκευή έξυπνων πόλεων, οι μέθοδοι RS και που σχετίζονται με την RS είναι πιο αποτελεσματικές και χαμηλού κόστους από τις παραδοσιακές μεθόδους. Όσον αφορά την παρακολούθηση ρύπων, το HKEPD πραγματοποίησε το HKTET έργο για την αξιολόγηση της ακρίβειας της μέτρησης και της παρακολούθησης RS και των επιπτώσεων των κινητήρων με διαφορετικούς βαθμούς ζημιάς στο περιβάλλον συγκρίνοντας κινητήρες με διαφορετικούς βαθμούς ζημιάς και παρακολούθηση των εκπομπών άνθρακα μέσω της τεχνολογίας RS. Όσον αφορά το αστικό πράσινο, εισάγονται αρκετοί κοινοί οπτικοί αισθητήρες και αισθητήρες ραντάρ και συγκρίνονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, όπως ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR), ραντάρ ανίχνευσης φωτός και εμβέλειας (Lidar), φασματόμετρο απεικόνισης ανάλυσης μοντέλου (MODIS) και Ραντάρ με συνθετικό διάφραγμα ζώνης L με σειρά φάσεων (PALSAR). Όσον αφορά τη διαχείριση της κυκλοφορίας, εισάγονται τέσσερα βασικά μοντέλα βαθιάς εκμάθησης που βασίζονται στην τεχνολογία RS, αναφέροντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, τις πιο σύνθετες εργασίες που μπορούν να ολοκληρωθούν, τα χαρακτηριστικά των αποτελεσμάτων εξόδου τους και την ομαλότητα των εικόνων. Να αξιολογήσει τα σενάρια που είναι κατάλληλα για τη χρήση τους. Όσον αφορά την πρόληψη φυσικών καταστροφών, το LSM που παράγεται με τη χρήση σχετικών τύπων και λογισμικού μηχανικής δείχνει αποτελεσματικά την πιθανότητα κατολισθήσεων στην πόλη και τις γύρω ορεινές περιοχές και την οπτικοποιεί. Είναι δυνατή η χρήση QGIS και σχετικών πρόσθετων για την ολοκλήρωση του χώρου εκκένωσης σε περίπτωση σεισμού.
