公路无人机智能巡检应用探究

公路无人机智能巡检应用探究

韦凯

广西北投交通养护科技集团有限公司广西南宁530029

摘要：近年来，我国的交通行业迅速进展，公路工程建设日益增多，公路智慧化建设热度持续增长。在公路及周边通过无人机进行巡检和应急处置，存在显著便利性，然而对无人机的工程应用方面基本处于探索及论证阶段。本文首先分析无人机工作特性，其次探讨公路无人机在智能巡检中的应用，进行了技术讨论及成本分析，为无人机开展公路养护业务提供研究依据。

关键词：公路；无人机；日常巡检

引言

无人机摄影技术最早应用于军事领域，随着科学技术的进步，无人机低空遥感技术也获得了迅猛发展，在气象、农业、建筑等领域均有相关应用。近年来，许多国内外的学者对无人机摄影技术采集数据进行了研究。结合数字经济下对于交通运输等领域的基础设施数字化改造要求，开展基于北斗高精度定位的公路路网无人巡检模式研究，结合实际环境应用条件对境内高速、国道、省道、县道和乡村道路等开展例行常规巡查和重点区域详查监测，为智能化、高效化、便捷化的道路运输监管提供支撑。

1无人机特性分析

无人机是以无线遥控程序为导航系统的飞行器设备，由于结构形式的不同，不同类型无人机设备所具备的飞行能力也有所不同。在自动巡检任务的执行过程中，单翼螺旋桨可提供无人机设备所需的电量动力，并可使设备结构体按照预设软件程序完成常规巡检任务。受到改进RRT算法的影响，无人机设备在输电线路中具备较长时间的续航能力，且可在执行巡检任务的同时，将传输电量转换成电流或电压信号的应用形式，从而使得输电线路中的电量存储需求得到较好满足。无人直升机自动巡检如图1所示。

图1 无人直升机自动巡检

2公路无人机自动巡检的应用

2.1日常巡检方案

某公路路段（两个服务区之间）长度48ｋｍ，无人机全自动机库的控制距离（飞行半径、图传距离）为10ｋｍ，无人机巡航时间为60分钟，巡航速度为40ｋｍ／ｈ，无人机一次飞行距离理论上为两个控制半径的往返距离，即40ｋｍ。

通过高空视角，对公路路段整体通行状况进行实时检测异常状况，并幵展预测和处置工作，两个半径的往返距离为40ｋｍ，无法直线飞行40ｋｍ，由于超出控制距离后，无人机会直接返航。因此，无人机的最远飞行直线为自机库的位置起，最远的控制距离（飞行半径），即10ｋｍ。实际飞行过程中，存在逆风、中途变更飞行计划、操作挂载设备等情况，会影响无人机续航，因此，在实际应用中，每次飞行一个分型半径的往返后，需要在自动机库进行充电，随后再完成下一个飞行半径的往返。此时，需要的充电时间在20至30分钟。

根据上述情况，假设在该路段使用无人机全自动机库完成日常巡检工作，考虑到日常维护或无人机临时调配，尽可能在路段服务区、收费中心、有人值守场站部署自动机库。需要在该路段两端的服务区分别部署全自动无人机库，在路段中间，选择适当点位部署两个全自动机库。据此，根据路段的长度，若能完成全自动无人机巡检，则至少需要4个全自动机库，方可满足基础巡检要求。

2.2公路路网状态采集

采用常规巡护模式及重点巡视模式对路网状态进行信息监控采集，对公路路网路面裂痕、塌陷、路基损毁、掉落物、事故拥堵、交通设施等情况的进行图像采集，通过该模式改变以往单纯依靠人员及巡护车辆对路面进行养护信息采集及拥堵调查的模式，巡查成本可节省75%以上。

2.3斗无人机重点巡视模式

北斗无人机重点巡视模式针对道路交叉口、事故多发地或易拥堵的区域及路段的重点巡视需求开展涉及，主要是在无人机续航里程内通过合理规划无人机飞行航迹来覆盖巡视范围，可通过平台获取信息，如下图2所示。针对一个5岔口的路口，可以归划无人机航迹经过每个岔口，并在中间悬停来观测路况。无人机在重点区域布设数量需要结合巡检频次来考虑停机舱/停机坪的选择。针对重点区域，无人机单次巡检时间为0．5h，其中悬停时间5～8min，作业间隔为2h，作业航程最大16km，当重点巡视区域航程超过无人机最大作业航程或要求巡视间隔时间小于2h时，可选择在重点区域布设多套无人值守无人机智能巡检系统。

图 2 无人值守平台图

2.4地面数据处理

地面数据处理是输电线路无人机自动巡检方法搭建过程中的末尾操作环节，可在已知巡检数据采集结果的基础上，对RRT算法的改进目标进行重新规划，从而使得无人机设备能够采集到更多的自动巡检信息参量。所谓地面数据是指输电线路环境中，由地表电信号处理元件输出的传输电量数据，在无人机巡检环境中，地表电信号处理元件负载的处置指令极多，一方面可在改进RRT算法的作用下，更改无人机设备的原有巡检飞行形式，另一方面也可实现对传输电子量的准确划分。

2.5特殊点位以及应急处置

巡检成本对比如果釆用全自动无人机巡査方案，无人机的飞行半径为10ｋｍ，根据巡査点位范围大小，选择相应类型的无人机方案，可用一个机库覆盖全部巡査区域。应急业务单位，推荐选择ｎ类无人机，可挂载相应的外部设备，协助应急人员完成非可见光采集、喊话、空中投递等多种工作。假设采用此方案，需要配备专业的飞手操控无人机。

整体成本需要根据载具的配备情况估算，可挂载的专业视频釆集设备在4万元以上。年运营成本（无人机载具＋飞手＋应急人员＋车辆等）预估60万。应急用设备损耗方面，无人机和载具成本按照一年计算。假设采用人工巡査，按照5人、2辆车（10万ｘ2）的配置班组配置。按照5年计算，运营成本（工资＋车辆养护＋车辆折旧）：40万／年。但是，重点区域往往通达性较差，人工巡査无法完全满足业务需求，需要辅以相应的技术手段，实现尽可能完整的巡査覆盖。在特殊点位和应急业务方案中，无人机体现了相对较强的业务能力，成本不足以形成明显的优劣势对比。

2.6公路路网养护决策

采用应急监控模式辅以定点监控模式对事发地点、事件进行快速排查，辅以现场情况研判，实现公路路网塌陷、拥堵、违停等问题的综合处理，提升路网养护决策效率60%以上并极大降低了由于拥堵、事故导致的二次事故发生。

结语

综上所述，为推动科技赋能公路运营发展，应加强推进无人机工作室的建设，明确工作室人员的组成、管理、工作规划等相关内容。随着数字经济发展规划及交通强国战略的稳步推进，对精细化、智能化的路网养护应用需求将愈发迫切，对路网无人巡检模式的应用系统将愈发细致，据此，本文通过以北斗高精度定位技术构建无路网无任何巡护模式并开展探究应用，对后续交通强国战略及交通领域的基础设施数字化改造具备一定指导意义。

参考文献

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