无人机赋能轨道交通，构筑运营安全防线

　　一、背景和意义

　　城市轨道交通作为现代城市交通的运转动脉，对城市的发展和居民的出行起着至关重要的作用。为避免轨道交通保护区范围内因勘察及其他施工作业行为造成轨道交通结构受损事件，每日需开展保护区安全巡查工作。目前国内城市运营线路保护区巡查主要以人工为主，虽然有效保障了轨道交通结构设施和运营安全，但也存在投入人力多、存在盲区、巡查效率低等问题。

　　无人机作为一种新兴的巡查模式，具备高效、灵活等特点，已广泛地运用到电力巡查、智能交通、城市安防等领域。它通过机载摄像头对下方巡查区域进行拍照、视频实时传至云端，并通过AI识别技术对工程机械、人员、现场环境进行识别及预警，此高效、快捷的无人机巡查技术应用可更好地保障轨道交通保护区结构设施和运营安全。

　　二、项目目标和内容

　　(一)项目目标

　　无人机巡查是轨道交通保护区安全风险防范智能化发展的重要一环，本次轨道交通无人机巡查+AI识别的实施旨在通过无人机执行巡查任务，自动识别保护区内桩基设备、勘察钻机、挖掘机等对既有地铁安全有高危风险的机械和违规施工作业行为，自动推送预警信息，大幅提高保护区巡查效率，弥补人工巡查的短板。通过无人机技术的应用，实现轨道交通保护区的信息化、智能化管理，提高轨道交通运营阶段的“科技协防”水平，保障地铁运行安全。

　　(二)项目内容

　　通过规范无人值守机场自动巡查作业，搭建智慧低空一体化数据平台，更好的服务轨道交通保护区信息化风险管控，在轨道交通4号线东段(埠西站-大河东站)开展试点，具体如下：

　　1.定制化巡查

　　综合考虑全市禁飞区、敏感区、建筑密集区、超高建筑分布区等，通过部署无人值守机场，结合实景三维地图信息，确保航线的安全性和准确性，达到试验线路轨道交通保护区的巡查目的。

　　2.智能化识别

　　构建地质勘察钻机、桩基等AI算法模型，利用成果数据样本进行算法训练与推理的能力，及时发现和识别轨道交通保护区车站和区间的勘察钻探作业、桩基施工等可能打穿既有结构的高风险施工作业，实现自动预警功能。

　　3.数字化管理

　　针对巡查数据获取、存储，视频实时回传、分析、异常事件告警、回溯等环节，提供信息化辅助手段，为监管人员提供轨道交通轨道交通保护区实时状态及相关数据信息，并附加无人机实时视频、定位、照片等信息，辅助巡查决策。

　　三、关键技术

　　(一)面向城市低空飞行的巡查线路规划

　　在城市环境中，无人机需要考虑到建筑物的分布、高度、交通流量、飞行限制区域等多种因素，结合建筑物的三维模型和飞行限制区域，在三维空间中搜索并规划出既高效又安全的巡查线路，以实现高效、安全、可靠的无人机巡查。

　　(二)基于视频的施工作业AI识别技术

　　利用视频流传输实时图像数据，并结合AI图像识别技术，对施工作业现场进行高效、准确的安全监测和识别。可有效实现对桩基施工、钻机、挖掘机等多种场景的识别和预警。

　　(三)视频与空间信息融合定位技术

　　将视频与空间信息源进行有机结合，即将轨道交通保护区的范围线实时映射到监控视频中，可以精准地体现无人机拍摄的目标与轨道交通保护区的关系。通过提取视频中的动态信息和空间专题信息中的静态信息，可以实现对目标的全方位、多角度感知和分析。同时利用空间专题信息的定位能力，可以精确确定目标在地理空间中的位置，为决策提供有效的基础信息。

　　四、试点情况

　　项目选择青岛地铁4号线(全长30.7km)作为试点线路，选取埠西站-大河东站作为具体试点范围，覆盖里程约20km。

　　(一)机场布设方案

　　按照分时段飞行原则，试点项目设置3个机场，辽阳东路车辆段机场覆盖里程为9.1 km，小崂山站4.8km，登瀛车辆段5.2km。其中辽阳东路车辆段机场需二次充电完成巡检任务覆盖。

　　(二)机场现状

　　综合考虑供电、网络、信号遮挡等因素，辽阳东路车辆段机场布设在车辆段综合楼楼顶平台，登瀛车辆段机场布设在C栋宿舍楼楼顶平台，小崂山机场布设在车站A出入口顶板上。

　　(三)机场布设及航线

　　1.辽阳东路车辆段机场

　　考虑到无人机续航里程，其分为两个时段开展无人机巡检工作。第一阶段巡检范围是由埠西站～科苑经七路站，巡检线路长度为4.7km;无人机巡检第一阶段结束后返航，经过机场充电后，再开始第二阶段巡检工作;第二阶段巡检范围是科苑经七路站～彭家庄站，巡检线路长度为4.4km。

　　2.小崂山机场

　　该机场巡检范围西端存在山体遮挡，干扰无人机与机场之间通信，设定其覆盖巡检范围为彭家庄站～沙子口站，巡检线路长度为4.8km。

　　3.登瀛车辆段机场

　　该机场巡检范围西端存在电磁环境复杂区域、山体遮挡，干扰无人机与机场之间通信。设定其覆盖巡检范围为沙子口站～大河东站，巡检线路长度为5.2km。

　　上述机场无人机在巡检过程中，巡检高度距离地面120米。

　　(四)设备选型

　　项目选择大疆机场二代(飞机为M3D)和中科云图换电版机场(飞机为Mavic3)，两种无人机所采用的相机参数一致，广角相机均为2000万像素，长焦相机均为1200万像素，具备8倍数字变焦能力;航程一致，为8-10km;实测抗风能力为5级以下。巡检过程中利用长焦相机对地面进行变焦拍摄(目前巡检高度采用2倍变焦)。

　　辽阳东路车辆段和登瀛车辆段机场采用大疆机场2代，2代仅34公斤，充电时间为32分钟(张村河机场1代100公斤，充电时间45分钟)。

　　小崂山站为换电版机场，适配大疆御3无人机，配备4块电池，降落后换电到继续起飞仅需2分钟。

　　(五)航线设定及巡检频次

　　结合青岛市实景三维，对每条航线进行规划和飞行模拟，确保航线的安全性和准确性。

　　无人机可设置自动巡检时间，按照2次/天的巡检频次(可根据需求动态调整)，开展巡检任务。

　　(六)系统平台

　　项目搭建了智慧低空一体化数据平台，系统平台具有航线规划、指挥调度、数据管理、统计分析等功能。

　　五、无人机巡检成效

　　(一)实时视频与保护区线叠合

　　项目已实现将实时视频与地铁保护区范围线的动态空间定位，红色为特别保护区线(结构边线外侧5m)，黄色为控制保护区线(结构边线外侧50m)，该项技术相当于在实时视频画面中增加了电子围栏。

　　(二)智能AI识别

　　目前项目已初步实现自动识别地铁保护区范围内潜在的风险源信息(可识别钻机、挖机、桩机)，识别率在70%~80%，累计识别风险线索1400余次，识别出挖掘机3200台次，桩机66台次，钻机9台次。

　　(三)巡查报告

　　巡检结束后，将识别到风险源形成报告，报送给现场巡检人员核查。

　　六、经济效益及市场前景

　　(一)经济效益

　　以4号线试验段为例，传统人工巡检(两个班组)一次需要4小时完成，而无人机巡检仅需0.5~1小时，原人工巡检3人缩减为2人，并且覆盖面广，减少了巡检盲区，显著提升了巡检效率，相比人工，也减少交通事故风险，安全性得到提升。

　　(二)市场前景及社会效益

　　中国民用航空局预计，到2025年，我国低空经济的市场规模将达到万亿元。随着政策与应用场景的不断增加，低空经济渐露蓬勃之势。特别是航空航天、电子通信、军工等领域的央企积极布局低空经济，挖掘低空+巡检、低空+物流、低空+应急、低空+文旅等运营服务场景，探索未来经济增长的新引擎。

　　随着无人机等低空飞行器技术的不断进步，其性能将得到大幅提升，飞行稳定性、续航能力、智能化水平等都将得到显著提高。新型传感器、人工智能、大数据等技术的融合应用，将进一步提升巡检的准确性和时效性，有利于推动巡检行业高质量发展。