关于无人机巡检技术在高速公路中应用与研究

摘要 近年来，无人机技术的迅猛发展为各行各业带来了许多创新应用，该文通过对无人机巡检技术在高速公路管理实践中的应用进行研究，探讨其在监控和巡逻、路面检测和维修等方面的优势和发展前景。通过对无人机在交通监测、交通管理、交通安全和应急救援等方面的应用进行深入分析，展示了无人机在高速公路中的巨大潜力和广阔前景。

关键词 无人机巡检技术；高速公路；智能化；自动化

中图分类号 U415 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）18-0004-03

0 引言

随着我国高速公路里程不断增长，高速公路的建设和运营面临许多挑战，其中包括巡检工作的复杂性和难度，然而传统的高速公路管理方法受限于技术手段，难以全面、准确地掌握路况信息，及在应对突发事件时反应速度较慢。同时社会经济的发展和交通量的不断增加，令高速公路管理面临着越来越多的挑战[1]。传统的人工巡查和监控方式已经无法满足现代交通管理的需求，因此探索新的技术手段，提高高速公路管理的效率和安全性成为当务之急。无人机巡检技术作为现代科技发展的一项重要组成部分，随着其技术的不断进步和发展，在交通管理、物流配送、医疗卫生、城市规划等诸多领域都有着广泛的应用。在高速公路巡检中的应用研究，可以推动无人机技术在交通领域的创新和发展，为我国交通事业的现代化发展提供有力支持。

1 无人机巡检技术概述

1.1 无人机巡检技术基本概念

无人机巡检技术是一种新型的先进技术，它能够有效地进行设备的巡检、监测、测量等工作使巡检效率大大提高。这种利用无人机进行自动巡检的方案，可以通过无人机巡检在实现数据精准、节约成本的同时发现问题提高检测效率[2]。高速管理中的应用让双手解放，让管理智能化、自动化，未来无人机巡检技术的发展将朝着智能化、协同化、多样化的方向发展。无人机巡检技术的发展将会通过智能化的路径规划和巡视，巡视效率和准确度将得到极大提升，而协同应用则是通过将无人机与遥感技术等相结合实现更高效的巡检，是多种技术的融合。

1.2 无人机巡检技术的应用领域

无人机巡检技术广泛应用于建筑、电力、农业、环境保护等领域，尤其在高速公路巡检领域效率更高，人力成本更低，精确度也比传统人工巡检高。无人机可以进行全天候的巡检，可以避免恶劣天气和夜间巡检的困难，同时还可以对各种地形、空间进行巡检。这些都是传统人工巡检所不能比拟的，如果需对各种地形、空间进行巡检，无人机巡检技术可以搭载摄像头、热成像仪等设备及时发现路面裂缝、排水沟堵塞、隧道渗水等问题，同时还可以对交通状况进行监控及时发现交通拥堵等问题。例如通过无人机巡检技术可以发现隧道渗水问题并能及时向管理部门报告避免安全隐患等，为高速公路养护管理提供了有力支持[3]。后续随着无人机技术的不断发展，在日常巡检、应急救援、交通管理等高速公路相关领域，无人机巡检技术将有更广阔的应用前景。

2 无人机在高速公路管理中的应用实例

2.1 无人机在高速中智能监控巡逻和违章抓拍

2.1.1 无人机在高速公路智能监控巡逻

目前高速监控以固定式监控为主，存在着监控距离小、监控有死角、监控摄像头的距离不能够全面覆盖高速公路等问题。而无人机智能化巡检高速公路，通过无人机搭载摄像机和激光雷达等传感器，从机巢起飞，规划好航线，可以实现对高速公路的全天候监控和巡逻，并能及时发现和处理路面损坏、交通事故等问题，提高了高速公路的安全性和畅通性。据新闻了解国内首套“5G+无人机”电子警察自动巡航系统在兰州市公安局交警支队韩家河交警大队正式启用，助力兰州公安交警实现对兰临高速17 km长下坡交通安全隐患的24 h智能动态检测监管。无人机智能化在高速监控巡检具有明显的优势，以前在高速公路上巡检，主要是依托交警开车上路巡检，一方面交警开车巡检容易疲劳，劳动的强度较大，另一方面巡检密度没有无人机的密度大，综合以上两点，无人机的巡检能节省更多时间和精力。

2.1.2 智能巡检监控抓高速违章

伴随国家工业经济增长，人民对车辆需求不断增长，据公安部统计，2023年全国机动车保有量达4.35亿辆，其中汽车3.36亿辆[4]。随着车辆增加，高速公路通行交通压力不断提高，高速公路交通流量加大，发生高速公路事故率提升，对社会公共安全造成危害。经过查找文献，结合高速公路事故数据，发现高速公路发生事故主要原因是车辆违章造成的。目前我国高速公路抓违章主要依靠固定式摄像头抓违章，不能够实现全高速布控摄像头，存在漏洞，特别是节假日高速出现大量违章现象，目前抓违章手段不能满足现在需求。高速交警在节假日中向事故高发区和容易拥堵的高速路段使用无人机进行巡逻和违章拍照，手动操控无人机，对飞手要求非常高，工作量大，后期需要人工对照片进行违章筛查[5]。所以需要寻求更加智能化的技术手段抓高速违章，保证高速有序通行，而无人机的智能巡检技术有效地弥补高速管理中不足，仅需在高速某路段设立无人机机库，规划好相应航线，无人机可以对某段高速公路进行智能巡检，实现全天候智能化，在巡检过程中自动拍照，无人机返回机库后进行充电或换电，同时可以进行数据传输，再通过AI违章识别软件智能筛查违章车辆的照片，自动上传交警系统，再通知违章车辆的车主，如图1所示。如咸阳市公安局交警支队与西安翔迅科技有限责任公司联合研发的智能化高速公路无人机巡逻系统，采用了最新的技术，成功解决了高速公路无人机智能巡逻的技术难题，并主要功能包括视频巡逻、违法抓拍、道路异常事件自动检测预警等，为全国高速公路交通有效管理提供了新的技术支持。

2.2 无人机智能巡检高速路面

高速路面产生的裂缝、坑洞、隆起等问题，可能会造成交通事故。目前高速路面的巡检依靠路政人员开车进行，一方面路政人员长期在高速开车，容易产生疲劳，同时高速路况复杂，极有可能发生严重事故，对路政产生较大财产损失。另一方面高速路面宽，特别是炎热的夏天，路面炎热产生蒸汽，路政人员容易目眩，难以发现高速路面问题，而无人机通过搭载摄像机和激光雷达等传感器，可以实现对高速公路的全天候监控和巡逻，确保了安全性和可靠性，提高了效率。利用AI智能识别可以及时发现高速公路损坏问题，并及时提醒路政处理路面损坏，有效地提高了高速公路的安全性和畅通性[6]。如重庆高速投入使用全国首个高速公路无人机自动巡查系统，具有路政巡查、异常情况预警等功能，并通过无人机对重点路段实施自动巡查监管，实现了道路运输非现场监管。

2.3 迅速抵达事故现场及处理交通事故

在高速公路发生交通事故，无人机能够第一时间到事故现场，并通过搭载的高清摄像头收集高速公路交通事故现场相片和视频，将数据实时传输到指挥中心，为事故处理提供重要的参考依据。如果是发生交通小事故，指挥中心通过无人机的摄像头+喇叭的方式远程处理事故和指挥事故车辆及时撤离到应急车道或就近服务区，进行下一步处理，避免造成二次事故发生。据新闻报道，杭州高速交警普遍投入无人机巡查，当高速公路出现异常事件导致后方车辆排队缓行，而传统警力短时间内无法到达时，无人机将迅速上前喊话，指挥引导车辆靠边，避免次生事故发生。

在高速发生大型事故等，无人机可以快速飞往现场，为救援人员提供实时的影像和信息，为救援工作提供有力的支持，救援人员可以及时了解事件的发展情况，制定应对措施，提高救援效率，最大限度地减少人员伤亡和财产损失[7]。

3 无人机巡检技术在高速公路巡检中的优势与局限性

高速发展的中国经济和不断完善的交通运输事业使高速公路的建设和管理水平在国家经济发展和社会稳定中扮演着至关重要的角色。因为我国高速公路的里程线路越来越长，传统的巡检方式已经不能满足当前高速公路巡检的需求，无人机巡检技术作为一种高效、安全、精确的巡检手段在高速公路上的应用已经非常广泛。通过表1、表2我们可以看出无人机巡检技术具有高效、安全、准确的优点，并可以有效降低巡检成本、保证安全、提高质量，但无人机巡检技术存在投入成本高、技术难度大等局限性，有待进一步研究完善。因此，为我国高速公路的安全、稳定、高效运行提供有力保障需要加强对无人机巡检技术的研究和改进，提高其应用效果，最终促进我国高速公路巡检技术的发展。

4 无人机巡检技术在高速公路巡检中的主要挑战

无人机巡检在高速公路巡检中面临着包括技术难题、安全问题、法规问题在内的诸多挑战。首先无人机巡检在技术层面上面临的技术难题很多，比如无人机在保证数据的准确性和完整性的同时还需要在高速公路上完成稳定的飞行并保持较高的巡检效率，其次在安全问题上面对气象条件复杂、交通流量大等问题，无人机需要在高空飞行并确保安全操作。此外无人机巡检还需要解决数据处理方面的问题，包括提高数据处理效率确保结果准确可靠，以及在设施维护、应用结果等方面的问题。最后在法规问题上对于空域管理、飞行安全、数据保护等相关法规无人机巡检都需要遵照执行，这些问题有待于相关法规的制定与细化。

5 结束语

无人机巡检技术在高速公路智能化管理中的应用为高速公路安全、精确地监控、维护、应急管理提供了解决方案。无人机巡检技术可满足高速公路管理，提高管理效率，具有灵活性和高效性，同时无人机技术应用于高速公路智能化管理为高速公路管理智能化、高效化奠定基础，也为今后高速公路管理工作提供了新方向。

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]薛科.无人机电力线路安全巡检的关键技术研究[J].中国设备工程，2023（21）：175-177.

[3]全辉.高速公路无人机自动巡检可行性探究[J].中国交通信息化，2022（10）：148-151+159.

[4]金朝力，冉黎黎.2023年全国机动车保有量达4.35亿辆[N].北京商报，2024-01-12（3）.

[5]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.

[6]冯志杨.基于无人机巡航的道路裂缝视觉检测方法研究[D].西安：长安大学，2021.

[7]支野，王杨谨，田勇.无人机在高速公路交通应急指挥中的应用研究[J].道路交通管理，2022（8）：56-57.