据官方统计,2015年仅在巴西就有2万架无人机投入使用,主要用于农业、采矿、基础设施检查、安全和边境管制以及生态区与城市测绘。
无人机正在彻底改变数据采集和测绘的方式,土地管理、政策制定和宣传领域也将因此而迎来重大转变和新的机遇。
由于制造成本快速下降,大约十年前无人机(UAV)开始在全球范围内得到广泛应用。在发展中国家和快速城市化的地区,无人机迅速成为土地权利保护、实时更新地图并了解规划区外定居点情况的重要工具。从拉丁美洲到南亚,地理空间信息和土地管理部门均配备了无人机。测量师用它界定具体的城市地块,估价师用它来确定城市边缘地区的土地价值,企业和政府雇员则用它更新国土信息。
无人机的技术性能——可以携带多光谱小型航空摄影机,并能够生成可视环境图像和红外热像图——为传统航拍甚至高分辨率卫星图像提供了实质性的补充。由于无人机可以在非常低的高度飞行,能够很好地操控且可以反复拍摄,因此可以生成分辨率为1厘米甚至以下的细粒度图像,进而生成三维图像。
无人机的潜力令人兴奋不已,因为它们可以赋予民众和非政府组织、以及其他小型、非正式的关系网络更多的能力。 “由于民众参与关键时刻的数据生成,无人机将对政策制定和决策过程产生影响”,拉丁美洲土地管理系统专家和土地测量师Diego Alfonso Erba说道,“民众可以操控无人机,对某一情境进行拍照,并与政府当局分享照片”。在非正式定居点、未经许可的资源开采及爆发冲突等快速变化的情境中,无人机可以为司法系统提供证据。
拉丁美洲开创性地利用无人机来丰富和改善土地政策与管理,这一作法得到全球各地的响应。 “中国也在做同样的事情”,林肯土地政策研究院中国项目主任和北京大学-林肯研究院城市发展和土地政策研究中心(PLC)主任刘志说。在东亚地区,无人机正被用于协助新的高科技研究和实验,以实现土地登记的现代化,并帮助解决其他大范围的挑战,包括可能实施的房地产税。
在布宜诺斯艾利斯的31区,政府启动了一项无人机调查,同时使用无人机和街道激光扫描仪对住宅、街道和公共场所的占用情况进行了统计,并制作了三维模型,得到更加准确的住宅开发图。
在拉丁美洲和亚洲,无人机在国土“地籍”演化方面十分有用——公共登记在管理地块相关信息,及全拉美地区土地利用决策方面发挥至关重要的作用。
在大部分地区,现有国土地籍系统源于几个世纪前从欧洲殖民者引入的“正统”(orthodox)模式,Erba说,他是2016年林肯研究院出版的《让土地更清晰:拉美城市规划与发展中的地籍》(Making Land Legible: Cadastres for Urban Planning and Development in Latin America)一书的合著者之一。他长期从事土地登记的前沿研究,致力于将土地登记系统升级为“多用途地籍(MPCs)”,而无人机在这一演进过程中正发挥着举足轻重的作用。
传统的或“正统的”地籍作为公共登记由政府机构来维护。但它们并不足以用于当前的城市决策,因为它们只覆盖私人地块,而且仅包括有限的物理、法律和经济属性。相比之下,多用途地籍由辖区内利益相关方中的志愿者来维护。这些志愿者致力于提供更加丰富、更加包容的城市信息。多用途地籍可能包括关于环境、交通运输系统或公共设施网络的字母数字数据、专题数据或特定领域的地籍数据,而且它们可以由政府和私营组织来建立。这样做的好处包括:可以改进城市规划、推动更加公平的税收、增加财政收入及扩大税基。
“多用途地籍模式提供的数据集成是识别与监测地块及其占用人经济、物理、法律、环境和社会属性最直接的途径”,Erba与其合著者Mario Piumetto——他是一位专门研究地理信息系统的土地测量师——观察发现,“规划者需要这些信息来管理城市发展、确定城市融资战略、减少非正规性,及分析政府干预带来的影响”(Erba and Piumetto 2016)。通过将地理空间监测工具大众化,无人机技术正推动着公共登记转向多方参与的多用途地籍。
Erba和Piumetto指出,在已经建立地籍的拉美城市,正在使用无人机来应对非正式建筑的问题。 例如,在布宜诺斯艾利斯的31区(最具价值的地区之一),约有40,000人在面积相当于100个街区的区域内建起了最高5层的非正式建筑。 2016年,政府启动了一项无人机调查,同时使用无人机和街道激光扫描仪对住宅、街道和公共场所的占用情况进行了统计,并制作了三维模型。利用这一更加准确的住宅发展图像,相关机构和利益相关方得以更好地将非正式的定居者转变为正式的财产所有者,并参与规划过程。
厄瓜多尔还展示了无人机增强版地籍系统是如何提高城市恢复力的。波托惟耶霍市一直使用无人机来监督非法占用公共场所的情况。通过将2010年的记录与近期无人机拍摄的监控画面相对比,政府当局确定超过7,000座新建筑违反了建筑许可。2016年4月,波托维耶霍市发生7.8级地震,大批建筑被夷为平地,200多人遇难。在这种情况下,更加准确、实时的居民点数据被证明是至关重要的。通过对比地震前后无人机照片,可以协助救援和重建工作。
在中国,无人机在当前正在进行的房地产价值评估方面可能是最实用的。自2003年以来,中国一直在考虑对个人住宅征收市级房地产税。几十年来地方政府从来没有对个人住宅征收房地产税的权力。然而,大多数城市都面临着一个巨大的技术障碍:不具备房地产评估系统或数据库。研究人员希望无人机可以帮助建立房地产税评估的基础。
“问题是我们如何能够帮助这么多的中国城市迅速建立地籍系统,这是征收房地产税的基础”,刘志主任指出,北大-林肯中心正在资助一个研究项目,以提供这方面的创新。中国研究人员下一阶段的工作是将产权数据与无人机技术生成的地块三维图像进行合并。 至关重要的是,研究人员必须从政府获取完整的产权数据(如,正式的所有权信息及房产单元、地块和建筑物规模),以便更准确地匹配3-D图像。刘志主任指出,目前尚不清楚这些记录在许多城市是否完全实现数字化。 虽然无人机产生的数据并不能提供缺失的所有权文件,但更好的地块数据最终将推动更加精确的地籍系统的建设过程。
北京交通大学副教授、北大-林肯中心资助项目的负责人张纯表示,无人机目前正使用移轴镜头实拍技术——可以使无人机下面的场景看起来像缩影图片——并通过拍摄的图像生成3-D 模型。 随后这个项目将提供基本的空间信息。目前,无人机技术正被应用于在鸡鸣驿、歙县和古北口等小镇。但随着研究人员用无人机进行实验,他们在技术和监管方面碰到诸多限制。 “考虑到电池续航能力的限制,调查范围不能太大”,张纯说,“研究人员面临的最大困难就是无人机禁飞(限飞)区,比如北京六环以内”。但如果地方政府决定使用无人机来开发3-D房地产数据库,禁飞区则不成为问题。
房地产评估不在张纯负责项目的研究范围之内,但大规模批量评估将是中国面临的一大挑战。最终这项劳动密集型工作可能会通过无人机生成数据支持下的计算机方法来完成。刘志主任指出,美国地方政府长期以来利用计算机辅助批量评估(CAMA)技术对某一区域所有的房产进行评估。“在中国,我们正与几个城市合作,通过引入大数据分析来完善计算机辅助批量评估模型,从而获得更加准确的房地产评估价值”,刘志主任说道。这类工作可能会成为下一阶段的研究内容,但目前阶段仍然关注的是如何将现有房产记录与无人机数据相匹配。
土地登记方面,在尚未形成正式土地管理制度和土地结构未知的城市和辖区,在对实物财产限制进行初步和临时识别时,使用无人机是至关重要的。
目前,无人机符合文化和法律要求,因此在各种土地政策运用的案例中发挥着关键性作用。但其发展和应用显然有着更广泛的内容。无人机正朝着更广泛的商业和娱乐用途发展——包括更清晰地定义土地政策——这在某些方面是技术创新二阶效应的经典故事。航拍技术最初的开发和原型设计主要用于军事研究。但“智能手机战争”带来的关键性技术突破使得人们能够以合理价格使用飞行相关仪器,原因是各种通信技术公司竞相改进指南针、陀螺仪、测高仪等软硬件的性能(Anderson,2017)。
然而,即使技术已经具备,且也获得广泛用于公共用途的经济权利,但无人机使用的政策环境仍有待成熟。 例如,美国联邦航空管理局曾试图在解决商业和消费者需求的同时,平衡人们对无人机可能会与载人飞机航线发生冲突,或侵犯隐私和土地权利等方面的顾虑。如上所述,这类辩论一直在全球上演。
不过,许多正在开发的技术主要集中于农业土地,其利益纠葛和冲突是最小的。预计农业将成为无人机技术商业应用的主要领域。由于无人机仪器可用于测量辐射特征和红外光谱,因此无人机在提高农作物产量和综合农业方面具有巨大的潜力(Wihbey, 2015)。不过,在过去十年里,这些收益一直分布不均。日本和加拿大等国放开了农业空域,即便是美国也仍正在讨论在何地实施开放农业空域的政策(Lewis,2017)。为了扩大农业技术规模,需要进一步扩大无人机的飞行范围,让无人机飞到地面操作员视线之外的空域。无论如何,“精准农业”的理念已经风靡全球,具有潜在的环境效益,比如会减少并更有针对性地使用农药和其它化学品。当然,农村农业背景下取得的进步将用于监测,如森林蓄积量、野生动植物数量及限制规划区外定居点无序扩张等方面,并确保生态可持续性(Panegue-Galves等,2014)。
很多国家正在完善无人机操作员所需的培训、许可和认证等相关政策。当然,正式的土地测量本身也有着专业技术标准,可以与新技术进行整合。民用或娱乐用途及非正式的土地与城市空间监测势必会变得更加复杂化,因为同时使用多架无人机,“群集”技术及潜在的自动化程度更高(无人机通过软件变得更加智能),甚至独立于操作员自动运行将带来新的观测可能和挑战(《经济学人》,2017年)。
随着全球快速城市化,未来几十年世界将会涌现出大量的土地利用方面的问题,诸如住房不可支付和土地短缺,无人机可能会成为管理这些问题的重要工具(Wihbey,2016)。的确,无人机可能会促进某种技术的“跨越式发展”,这类似于手机与互联网的连接——让发展中国家许多个人和社会在没有专属家庭宽带的情况下接入互联网。
北大-林肯中心(PLC)主任刘志认为多用途地籍可能会成为解决方案,但许多亚洲城市将需要技术进步、治理意愿及公众的支持来完善和升级其快速发展的城市的地籍系统。中国小城镇试点可能会为本地区较大城市(如果不是世界各国的话)提供借鉴。
中南美洲无人机条例正在不断完善,以适应无人机在完善土地政策领域越来越多的应用。按照Erba和Piumetto的说法,据官方统计,2015年仅在巴西就有2万架无人机投入使用,主要用于农业、采矿、基础设施检查、安全和边境管制以及环境区与城市测绘。 2017年5月,无人机的激增促使巴西国家民航局(ANAC)发布新的安全和操作规则,其中引用并明确遵循了其它民用航空局(如美国和欧盟)的定义(ANAC 2017)。
墨西哥民航总局已经发布了一套类似的规则,旨在防止意外事故、保护第三方、土地产权及飞行财产安全。 在阿根廷,飞行高度超过400英尺的飞行器需要获得授权,并且在设备重量、飞行区域和信息收集方面也受到诸多限制。
世界各地的许多机构已经开始利用无人机技术帮助解决历史遗留的管理问题,特别是遭受冲突或面临经济窘境等不利条件的地区。例如,世界银行着重强调了巴尔干冲突后的努力,其中科索沃地区因业主(大多数为男性)在20世纪90年代的地区战争遇害而面临着诸多遗留问题。由于缺乏正式的记录,这些地区幸存下来的女性一直在努力重建财产和土地政策方面的秩序。世界银行指出:“传统土地测量和登记所需要的时间、成本及其复杂性…成为这些妇女的障碍。完成土地登记往往需要数年的时间,而且过于昂贵,致使这些妇女没有任何信息来保护她们的合法权益”(世界银行,2016)。因此,世界银行与科索沃测绘局合作,将无人机用于执行地籍测绘活动。
世界银行专家也指出,无人机被证明是非洲大陆不发达地区争取土地权利的有效武器(Totaro,2017)。尽管欧洲近90%的地区在地方政府一级开展测绘,但非洲大陆只有3%的地区拥有类似分辨率的地图。由于沿海地区被迅速开发为酒店、商业或住宅用地,无人机可以帮助这些社区跟上发展步伐,并获得适当的税收收入。
总的来说,无人机的优势在于它们可以用相对较低的成本收集到丰富详细的信息。无人机甚至可以生成高质量的街道和房地产三维模型,并提高数据收集效率。但也必须考虑到无人机的一些弱点。限于速度和飞行自主性,无人机只能覆盖有限的地域范围。另外,不利的天气状况也是一个重要问题。
迄今为止,事实证明无人机在城市运行中最为有效,因为城市的运行往往需要非常详细和丰富的数据。任何部署无人机的决定必须权衡该任务的成本和收益。高分辨率卫星图像(目前分辨率达到30厘米)可能已经足够了。如果调查范围超过25公里,卫星图像文件可能更为合适和有效。
然而,考虑到大规模市场部署,无人机提供了其它航空测量技术无法做到的可能性。“无人机将实现地理空间信息收集和分析的大众化”,Erba说,“每个人都能够迅速使用几年前只有卫星所有者才能使用的工具,照片可以随时发送到云端”。他还指出,这种新的能力可以增强许多种类信息的透明度和问责性,并提高政府效率:“遭受侵入或砍伐地区的航拍照片可以立即直接发送给负责城市监控的官员。这种极其重要的信息可以完全零成本地提供给国家,并且可立即用于行动”。
不管此类行动是否能够带来更加统一的监管执法,更完善的征税,还是更加丰富和动态的土地登记数据,这些新的技术都会随时给全球土地政策的方方面面带来重大转变。
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作者简介:John Wihbey,东北大学新闻学与新媒体助理教授,其著作和研究重点为科技、气候变化和可持续发展等问题。