铁路基础设施无人机巡检技术及管理平台

随着铁路事业的飞速发展，铁路基础设施的巡检工作面临着越来越高的要求。传统的人工巡检方式不仅效率低下、劳动强度大，而且在一些复杂地形和特殊环境下存在较大的安全风险。无人机巡检技术及管理平台的出现，为铁路基础设施巡检带来了革命性的变革，成为保障铁路安全运行的重要手段。

一、建设内容

（一）无人机硬件设施

选用适配铁路巡检的工业级无人机，如大疆 Matrice 系列等，它们具备出色的飞行性能、稳定性和负载能力。根据巡检任务需求，搭载变焦、定焦可见光相机、红外相机、激光雷达等多种传感器，实现对铁路基础设施的全方位、多维度巡检。同时，部署固定式机巢和移动式设备，如在铁路沿线的关键位置安装固定式机巢，实现无人机的自动起飞、降落、充电和数据回传，提高巡检效率和自动化程度。

（二）综合服务平台

综合服务平台作为无人机巡检系统的核心，集成飞行巡检计划管理、巡检工单管理、数据采集与分析、缺陷复核、报表生成等功能模块。通过该平台，管理人员可以制定巡检计划、分配巡检任务、实时监控无人机飞行状态、接收和处理巡检数据、生成巡检报告等，实现对铁路基础设施巡检工作的全流程管理。

（三）飞行管理平台

飞行管理平台负责无人机的飞行控制、实时态势直播、航线规划与管理、飞行历史回放与统计等功能。集成于 5G 网联无人机地面站，支持多架无人机的同时管理和控制，确保无人机按照预设航线安全、稳定地飞行，并实时回传飞行数据和图像信息。

（四）算法调度平台

算法调度平台依赖于大数据中心提供的数据存储和分析能力，支持多种深度学习框架，如 TensorFlow、PyTorch 等。该平台对巡检数据进行智能分析，包括基于图像的目标检测、识别和分类，基于点云的语义分割、几何测量等，实现对铁路基础设施病害和缺陷的自动检测和识别。例如，采用 Faster-RCNN 算法及其改进版本 RRNet，对接触网支撑装置紧固件进行检测，能够有效识别小目标和密集目标，提高检测精度。

（五）数据管理与分析系统

构建铁路无人机巡检数据库，对采集到的海量数据进行集中存储和管理。运用数据挖掘和分析技术，对巡检数据进行深度挖掘，提取有价值的信息，如病害发生的规律、发展趋势等，为铁路基础设施的维护和管理提供决策支持。

二、核心技术

（一）非对称冗余飞行控制技术

通过冗余控制模块，在系统出现故障时仍能维持无人机的飞行稳定性，显著提升复杂环境下的飞行安全性，确保巡检任务的顺利进行。

（二）多模融合定位技术

结合卫星定位系统、惯性导航和视觉 SLAM 等技术，实现强干扰条件下的高精度定位，增强无人机在巡检任务中的自主飞行能力，提高巡检的精度和可靠性。

（三）多频段高可信组合数据链技术

设计多频段高可信组合数据链，通过诱捕防御和加密技术提升抗干扰能力，确保突发情况下数据可靠传输，维持超 20m 的安全距离，保障巡检数据的完整性和准确性。

（四）图像与点云智能分析技术

- 基于图像的智能分析 ：采用深度学习的图像目标检测算法，对采集到的图像数据进行分析，能够识别多种病害和缺陷，如桥梁的螺栓缺失、锈蚀，声屏障的异常等。通过图像增强技术，如对比度调整、图像去雾等，提高图像的可视性和分析精度。

- 基于点云的智能分析 ：利用点云数据的几何信息，进行语义分割、接触网几何测量、环境隐患排查等分析。例如，采用 SALAProNet 框架进行点云语义分割，解决了数据稀疏问题，提高了局部特征的表达能力；通过点云分割和自适应提取方法，实现接触线的精确测量，为接触网的维护提供可靠支持。

地图数据的下载、转换、浏览、编辑（基于 AutoCAD），可使用GeoSaaS（.COM）的相关工具

三、应用场景

（一）日常巡检

- 桥梁巡检 ：无人机按照预设航线对铁路桥梁进行全面巡检，包括桥梁墩台墩身、钢结构、桥栏杆等部位。利用高分辨率相机采集图像数据，通过智能分析算法检测螺栓缺失、锈蚀、结构裂缝等病害。

- 接触网巡检 ：搭载激光雷达和可见光相机的无人机对接触网进行巡检，采集接触网的点云数据和图像数据，实现接触网几何参数的精确测量和紧固件缺陷的检测，及时发现接触网的潜在安全隐患。

- 线路巡检 ：无人机对铁路线路进行巡检，检查轨道的几何状态、轨枕的完好情况、道床的清洁度等，及时发现线路病害，保障列车运行的安全和稳定。

（二）应急巡检

在突发事件发生时，如地震、洪水等自然灾害，或者铁路基础设施遭受外力破坏时，无人机能够迅速响应，快速到达现场进行应急巡检。通过采集现场的图像和数据，为应急救援和决策提供及时、准确的信息支持。例如，在 2023 年山东地震后，无人机系统迅速协助相关管理部门开展震后应急巡检，重点排查桥梁关键设施的受损情况，有效保障了列车的安全运营。

四、优势与价值

（一）提高巡检效率

无人机巡检能够在短时间内覆盖大面积的铁路基础设施，大大提高了巡检效率。与传统人工巡检相比，无人机巡检可以节省大量的时间和人力成本，尤其是在铁路线路长、地形复杂的地区，优势更为明显。

（二）提升巡检精度

搭载高精度传感器的无人机能够采集到清晰、详细的图像和点云数据，通过智能分析算法对数据进行处理和分析，能够精准地检测出铁路基础设施的各种病害和缺陷，提升巡检精度。

（三）降低安全风险

无人机巡检避免了人工巡检在复杂地形和危险环境中的安全风险，如高墩桥梁、深山谷地段等。同时，无人机的自主飞行和智能避障技术也保障了其自身的飞行安全。

（四）提供数据支持

无人机巡检采集到的大量数据，为铁路基础设施的维护和管理提供了丰富的数据支持。通过对数据的挖掘和分析，能够提前预测病害的发生和发展趋势，为制定合理的维护计划和维修方案提供依据。

（五）推动智能化运维

铁路基础设施无人机巡检技术及管理平台的应用，推动了铁路运维向智能化、信息化方向发展。实现了巡检工作的自动化、智能化和数据化，提高了铁路运维管理的科学性和效率，为铁路的安全运行提供了有力保障。