无人机自动巡航系统在高速公路管理中的实践研究

覃敏兴 孙卫宁 龙维珍

广西计算中心有限责任公司 广西南宁530025

作者简介：姓名：覃敏兴（1989.0815）；性别：男，民族：壮，籍贯：广西南宁人，学历：本科；现有职称：无；研究方向：无人机应用、物联网。

摘要：在科技发展的今天，我国无人机的应用范围更加广泛。结合我国对于高速公路运营的管理需求，需要对高速公路的痛点和难点问题进行解决，无人机在高速公路管理中，可以实现全自动巡航、后台操控、实时图传。本文针对现阶段我国无人机自动巡航系统在高速公路领域的应用进行研究分析，为实现今后的无人机技术应用提供借鉴和参考。

关键词：无人机；自动巡航系统；高速公路

引言：随着时代的发展，我国高速公路通车里程不断增长，对交通管理的技术的要求不断提高，小巧、方便的无人机在交通领域得到了广泛应用。路网监测、道路养护、应急处置等智能化需求越来越多，以往传统的人工巡查方法无法满足现今公路对技术的要求。因此，近年通过不断研究无人机技术，已经对高速公路的管控的痛点问题，已经实现了一定的技术重大突破。本文对无人机的使用背景、应用方法、展望等方面来进行综合阐述。从而为实现无人机技术应用于高速公路的管理提供了一定的借鉴和参考。

一、应用背景及自动巡航需求

近年来，随着科技发展，无人机技术具有灵活、高效、稳定、视角广等优势，受到不同行业的关注，发展越来越迅速。特别是在通信业、交通、渔业等领域，已经具有比较成熟的应用规模。无人机一般是由操作者进行遥控，但是由于操纵者在地上，对于在道路上使用则具有如下明显的弊端：操作员的技能要求比较高；监控距离短，使指挥中心对于实际的场景信号掌握不及时等。因此，在高速公路上我们所要求的自主巡检控制系统，是能够完成远程通信、路线规划自动日常巡查与管控、监控后台远程操控、即时图传等功能的控制系统，给管理人员带来了精确、方便的决策依据^[1]。

二、自动巡航系统研发

从2016年开始，我国自主探索并研发了无人机在高速公路管养应用中的自动巡航系统。

1、实施目标

无人机通过人工操控，可以实现自动、定时巡航；选择不同路径，面对应急情况，可以实现后台远程操控，避免人员危险；视频通过后台进行实时画面传送到对应的高速公路监控指挥中心；通过后台的飞行数据分析比对，分析发现的异常情况，及时快速把位置、图片、时间等信息发送到相关的业务部门。

2、通讯网络

4G网络在高速公路的覆盖面还是比较广泛的，它的传输时间比较高、信号不稳定等，常常不利于高速公路的远程实时操控和影像回传。因此，利用高速公路上的监控杆、电源和高速光缆等通信资源，设置无人机地面通信基站，建立了完善的无人机远程通讯专用网，这种无线和有线两者融合的方法，利用光信号、射频信息之间互相交叉不断变换，从而可以对无人机进行远程通讯和远程控制。

3、相邻基站自动切换

在无人机经过邻近基站时，主动监测地面GPS定位、与邻近地面基站的通讯质量、误码率、延迟等重要信息数据，及时分析和选择与地面基站实现的数据对话，并及时设置通讯链路，以实现无人机在运行过程中远程控制与地面影像数据传输的平滑转移^[2]。

4、精准起降

在高速公路上，无人机想实现全自动的操作，一般需要提前建立自动起降平台。设置的地方最好选择在高速公路收费站区或高速公路服务区，方便人员定期维护，采用了红外线定位和图像识别等技术，帮助无人机在精度区域内可以实现全自动起降。

5、低空数字化巡航线路

进行无人机的全自动巡检前，应做好无人机航线计划，既可以在航拍过程中随意完成镜头缩放以及对云台视角、变焦倍率等的调节，或者上可以实现暂停或平移等一些动作，以完成对特定目标的捕捉。目前对无人机的操作一般会采取提前设定航点，无人机在试飞过程中一般会按照航点设定的顺序进行航线，在实践中对无人机的操作不断优化，让无人机可以在一定区域范围内灵活地改变航行方向。

6、后台操作系统建设

对无人机的操作，需要编制一套飞控软件，这样方便对无人机的巡检情况不断进行监控和调度，一般会把飞控系统安装在高速公路的监控中心大厅，工作人员通过后台监控可以对无人机进行实时控制，从而可以实现日常监管，面对紧急情况的施救功能。

三、应用情况

根据前期我国对于无人机的研发建设，无人机应用系统被广泛应用在各个领域，还可以实现多种巡检功能。

1、综合路面情况巡检

通过使用无人机，可以对高速公路的综合道路状况实现全景巡检，同时还可以利用摄像机放大、识别高速公路的道路裂缝，以及机动车号牌等相关信号。

2、高度边坡、桥梁等险峻地势的建筑物结构巡检

相关的养护人员可使用无人机对高边坡、桥梁结构等人员不易到达检测的区域进行图像视频数据的采集，查看对应设施的当前状态。

3、执法情况巡检

路政部门通常会利用无人机对高速公路的进行巡检，检查路面和道路两侧红线内是否有违法情况，对路产设施的维护信息可以及时发现。

4. 
   

5. 广告牌、路牌

高速公路的监督管理机关可使用无人驾驶直升机，对广告牌、路牌标识等实施巡查和处理

^[3]。

5、突发情况巡检

在发生突发情况和紧急事故的时候，高速公路的管理人员能够及时把无人机升空至特定位置，对于突发状况进行巡查，并及时把现场的状况传送至高速公路的指挥中心。

四、应用前景展望

当前在无人机自主巡航控制系统研发过程中的第一阶段研制成果，目前也已经在福建罗宁的高速公路上实行了应用，还获得了一定的突破性进展。随着无人机技术不断升级、北斗导航技术信息的普及，中国高速公路无人机场景在很多方面都存在着开发潜能。

1、路径自动规划与地形跟踪功能拓展

进行无人机航线的数字化改造，以及对于无人机在实际的飞行路径的自动规划，通过这样可以实现制作数字化的电子地图，从而开展无人机的地图作业，并且使无人机的飞行轨迹能随着实际地形的起伏最终保持和地面呈的固定高度。

2、不间断巡航方式研究

研究人员自动收纳的起降方舱，在无人机出发与落地时由方舱自行打开，在无人机进舱之后方舱自行关闭，可实现自动充电或自行替换电池，从而完成不间断巡航。

3、长航时、高机动性飞行平台搭建

进一步发展全新的无人机及飞行设备，结合高速公路的应用场景，如使用即具备垂直起降能力、长航时、高机动性的可倾转螺旋桨式无人机和垂直起降固定翼无人机。

4、数据库建立与信息共享功能

对在无人机巡检过程中抓拍的录像、图片等数据，进行了自动检索和分析，从而形成了高速公路管理大数据分析。利用大数据分析、云计算技术，进行数据的分类、比对，为高速公路各子业务的实际应用进行数据共享和辅助决策。

结语

随着科技的蓬勃发展，怎样更高效地提升中国公路科学管养效益，智能化提高运营管理与服务质量，已成为近年来中国公路业界不断探讨的重要问题。利用无人机智能巡逻管理系统，可为高速路网日常巡逻信息收集和数据分析对比，和紧急施救的开发使用，进一步增强公路管理系统现代化的技术能力和管理水平。

参考文献

[1]吴勤峰.无人机自动巡航系统在高速公路管理中的应用[J].海峡科学,2021(11):89-92.

[2]黄少雄,杨燕炜,苏义坤,谭勇,潘勇.仁新高速养护巡检无人机系统的适用性判定研究[J].黑龙江交通科技,2021,44(10):210-212.

[3]兰建雄,苏义坤,谭勇,潘勇,欧镇团.基于无人机的仁新高速养护智能巡检系统设计[J].黑龙江交通科技,2021,44(09):214-215.

作者简介：姓名：覃敏兴（1989.0815）；性别：男，民族：壮，籍贯：广西南宁人，学历：本科；现有职称：无；研究方向：无人机应用、物联网。