1 无人机行业应用发展背景及研究意义

近年来，低空经济的战略地位不断上升，2021年2月，低空经济写入《国家综合立体交通网规划纲要》。2023年底举行的中央经济工作会议提出“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。2024年全国两会，“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”被写入政府工作报告。低空经济催生出以无人机应用为核心的产业新生态，已经成为重要的国家战略性新兴产业。

近年来，国内围绕低空经济，在政策引导、空域管理改革、技术突破及应用场景拓展等方面作出了一系列顶层设计。在空域管理改革方面，推进空域的精细化管理与改革，通过地方试点开放部分空域，为无人机和低空飞行提供便利。在技术突破及应用场景拓展方面，大力支持技术创新，推动无人机、飞行汽车等新技术在物流、旅游和应急等领域的应用，加速低空经济产业化、多元化发展。

国内铁路的快速发展，随之而来的是铁路运行安全保障要求的日益提升，运维人员面临的压力也越来越大，迫切需要加强铁路基础设施综合巡检的自动化和智能化水平。而无人机具有飞行灵活性高、单次飞行成本低、飞行覆盖范围大等优点，必将在铁路生产、运营和维护等方面发挥重要作用。本文围绕较为常见的铁路货场、编组站、施工及应急管理等场景进行应用需求研究并提出解决方案。

2 铁路货场巡检应用场景

2.1 场景需求分析

1）装卸作业前后检查、堆场状态盘点

根据铁路货场作业相关要求，在装卸作业前后均要进行“三检”工作，包括检查运单、检查车辆和检查货物等，在列车发车前需要对列车、集装箱等进行检查、复核。日常还需要对堆场的集装箱等定期进行盘点、复核。传统的相关检查、复核工作均由人工来完成，作业效率较低，劳动强度较大，易漏检对货运作业效率的提升影响较大。

2）安防管控

货场范围大，作业情况和场内人员较为复杂，安防管控难度较大。

2.2 场景应用方案

以无人机为依托进行智能巡检，综合利用自主导航、机载传感、AI图像识别等多种先进技术，辅助场内作业人员进行相关检查、核验工作。系统结构如图1所示。

1）利用无人机的高效性和灵活性，在列车发车前，使用无人机沿列车两侧及顶部进行快速巡检，自动完成列车预检、车号和箱号自动核对，对车内异物、车门虚开、货物未卸尽等进行自动识别，发现隐患问题自动报警。使用无人机进行列车预检，省去人工爬车登顶检车环节，降低劳动强度，提高检车效率，减少安全隐患。

2）无人机巡检结束后，系统自动对航拍高清视频/图像进行自动拼接，并按照车厢进行裁剪，自动对齐列车三侧图像，形成巡检记录，方便货运人员查看，如图2所示。同时通过AI图像自动识别列车车型、车号、箱号、箱型、异物和装载加固等内容，对列车车号和箱号进行核对，在发现隐患问题后自动告警，如图3所示。

3）按照货场股道预设航线，在列车发车前，由货运员选择对应股道，一键操作即可实现该股道列车快速巡检，方便快捷。

4）辅助进行安防巡视，巡视过程中利用AI图像识别对实时回传的高清视频进行图像分析，在发现可疑人员或未按规定佩戴安全帽、穿防护服时，可自动进行喊话驱离、安全提醒。

2.3 场景应用案例

以昆明局磨憨站货场为例，自2024年4月份使用无人机智能巡检以来，至2024年10月，累计开展列车预检及安防巡视上千余架次，替代了80%的室外货检人工作业，单次货检人员平均减少75%，时间缩短60%，货检效率提高近50%。

3 铁路编组站巡检应用场景

3.1 场景需求分析

1）临时货检

目前，国内编组站在进站口基本都设置高清货检装置，在列车进场时利用超偏载配合视频监控进行货检，但货物在进入编组场内后偶尔也需要对其做临时或额外的货检，以保证货物和车辆的安全。

2）超速连挂情况确认

根据驼峰溜放作业相关管理规定，如果在驼峰溜放过程中发生车辆超速情况，需要先停止该股道的溜放作业，并封锁该股道，同时通知电务、车辆和货检的相关作业人员到场内检查对应的设备、车辆状态进行确认，处置时间较长，影响作业效率。

3）应急巡检

目前，编组站一般通过在重要位置安装视频监控摄像头或安排作业人员巡检，以及时发现和协调处理各种突发状况，如火灾、车辆脱轨、设备损毁和人员意外入侵等。但某些突发情况仅用视频监控方式无法确认事件严重性，且巡检人员无法及时到位，影响作业人员依据事件严重性制定应急策略，从而造成更大损失。

3.2 场景应用方案

以无人机为载体，配合挂载平台搭载云台相机、激光雷达、红外传感、电磁感应等多种挂载设备，进行智能巡检，辅助监测编组站内状况，系统结构如图4所示。结合AI识别算法，实现在固定航线巡检、超速连挂情况确认、施工作业防护和应急处理等场景的应用。

1）固定航线巡检

通过提前设定好的巡检航线进行定期站场巡检，实现车列编组天窗确认，场内异物识别，场内温度异常、人员上道提示/告警和接触网异物等功能，提高作业效率，识别危险源，保障作业安全，如图5所示。

2）超速连挂情况确认

在驼峰控制系统识别三部位溜放超速现象后，自动向无人机发送巡检指令，无人机根据指令飞抵相应股道，对该股道设备、车辆状况进行AI识别，并将识别结果反馈至值班员。

3）施工作业防护

根据施工计划，系统自动划定电子围栏，对施工作业过程进行实时监控。

4）应急处理

当发生设备故障、车辆脱线、人员意外入侵等突发事件时，无人机可快速飞抵现场，为应急指挥中心提供远程监控视频，便于应急指挥人员及时制定应急处理方案。

3.3 场景应用案例

在成都北编组站进行智能巡检的试点应用，对上述应用场景进行部分功能验证，取得较好的效果。

4 施工及应急管理应用场景

4.1 场景需求分析

1）夜间施工照明

铁路夜间施工需要足够的照明设备，在施工现场提供足够的光亮，保障施工人员的安全，提高工作效率。目前夜间作业照明采用临时架杆在施工四周设照明灯，有条件的地方设置钢架门和照明灯，存在作业复杂，拆装作业时间长的问题。

2）施工安全防护

为了提升施工安全，目前采取安全员现场检查和巡视的措施，但监控手段有限，难以全面监控施工人员的安全装备穿戴。此外，施工现场设置警示、指示和禁止标志，以提醒注意安全，但仍有人员忽视警示，进入危险区域。

3）远程指挥

夜间施工往往涉及多个班组和工种的协调作业，信息传递可能因为班次轮换、沟通不畅等原因出现延迟，导致管理者无法及时了解现场情况。

4.2 场景应用方案

由于系留无人机通过系留线缆传输的地面电源作为动力来源，可实现长时间滞空作业。因此可发挥系留无人机载重量大、续航时间长、架设快速操作简单、环境适应能力强的特点，实现上述场景的应用需求，系统结构如图6所示。

1）通过在系留无人机上搭载大功率照明模块，在施工点升空迅速提供夜间施工作业照明。作业完毕直接收降无人机，达到施工作业照明设施搭建简单、循环利用、布设灵活的场景应用需求。

2）通过在系留无人机上搭载高清云台相机模块，可在施工点进行施工作业安全监控，通过AI识别的技术手段实时监控作业人员是否正确穿戴安全帽、防护服等。并可在作业区域绘制虚拟电子围栏，实时监控作业人员范围，在人员进入警示区域后能够进行喊话提醒，并在系统上进行告警。

3）通过部署的综合作业系统，工作人员可在调度大厅对现场施工作业进行远程辅助监督，发现现场问题还可实时喊话指挥，让管理人员的指令传递更具时效性、高效性。

4.3 场景应用案例

2024年7月，在新合肥西站二级施工作业中联合部署应用，进行照明、喊话、AI图像分析和远程调度指挥等功能的验证，有效保障了施工作业顺利完成。

2024年12月，应用于陇海铁路故县至高柏区间发生边坡塌方事故抢修复旧工程，极大地提升抢修施工效率。

5 下一步发展的思考

随着低空经济的蓬勃发展和3DGIS、北斗高精定位、多源融合感知等技术手段的不断进步，无人机在铁路行业发挥的作用已经得到越来越多的认可。但是无人机在铁路行业内如果要得到广泛应用，还需要加强和完善以下几个方面内容。

5.1 加强应用政策引导

近年来，政府对无人机行业的发展给予高度重视，并陆续出台多项政策以支持和规范行业发展。例如，《十四五民用航空发展规划》《十四五通用航空发展专项规划》等，为无人机行业的发展提供了政策保障。但是受到铁路行业运营安全的影响，铁路线路周边的空域管控较为严格，从一定程度上制约了无人机应用，需要相关铁路管理部门统筹作业流程、安全规则和装备技术等因素，综合考虑空域资源的管控措施，因地制宜制定相应的管理办法，逐步推进无人机在铁路行业的规模化应用。

5.2 提高装备安全属性

以强化无人机装备性能为核心，实现相关关键技术突破，如无线充电、视觉避障、飞控系统、手势控制、5G通信和集成芯片等，以提高无人机装备的安全性、可靠性，为无人机在铁路行业的广泛应用提供可靠保障。

5.3 完善空域管控技术

采用技术手段打造涵盖无人机管理、空域管控、任务航线、路径规划等功能于一体的低空智能管控系统，并且结合无人机反制技术，确保低空飞行“洞察秋毫、管控有力、畅行无阻”，真正实现无人机“飞得起、落得下、用得好、管得住”，为无人机在铁路行业的广泛应用保驾护航。

6 结束语

本文将无人机操作简单、机动灵活、视野范围广、工作效率高等优点和铁路行业的应用需求相结合，提出了将无人机应用于铁路货场、编组站、施工及应急管理等场景的解决方案和应用案例，并提出需要在提供政策保障、提高安全属性、加强空域管控等方面继续进行深入探讨，以实现无人机在铁路行业的大规模应用，提高铁路行业的自动化和智能化水平。