浅谈无人机技术在高速公路中的应用及挑战

浅谈无人机技术在高速公路中的应用及挑战

付昌杰

云南省交通科学研究院有限公司    云南    昆明    650000

摘要：随着科技的飞速发展，无人机技术已经广泛应用于各行业，无人机技术已经应用于高速公路建设、管理、运营、养护工程，大幅提升高速公路管理的工作水平，无人机在高速公路领域的信息化、智能化发挥出更大的作用，促进我国高速公路长期健康发展。

关键词：无人机；技术；高速公路

近年，我国十分重视低空空域管理工作，并相继出台了一系列政策法规，积极推动低空管理及无人机技术应用。2021年《“十四五”民用航空发展规划》正式印发，作为未来五年民航发展的纲领性文件，《规划》将全面开启多领域民航强国建设新征程，其中强调指出“大力引导无人机创新发展”；随着国家相关政策逐步落地，无人机市场发展愈发成熟，无人机技术不断提升，逐渐应用在各个行业领域中，尤其在高速公路交通行业，无人机技术在高速公路中的应用及发展前景有着不可替代的优势。

一、无人机技术在高速公路建设中的应用

通过无人机技术的地理数据采集、可视化展示以及施工过程的监控和管理，可以提高高速公路建设的效率和质量，减少人力投入和时间成本。

1.用于高速公路设计的可视化展示

无人机搭载的摄像机和摄像系统可以拍摄高速公路建设前后的全景图像和视频，通过特定的软件处理可以制作出高速公路建设的三维模型和可视化展示。这对于高速公路建设设计的沟通和协调起着重要作用，可以方便各部门了解高速公路建设的目标和效果，提前发现和解决问题，在工程实施前就能获得一致的认可，减少施工过程中的纠纷和争议。

2.用于施工过程的监控和管理

在高速公路建设过程中，无人机可以实时监测施工现场的情况，及时反馈给管理人员，以便做出调整和决策。在施工过程中，无人机还可以对施工进度和质量进行监控和验收，提高施工质量和效率。通过无人机监控和管理，可以减少施工事故和质量问题，保证高速公路建设工程的顺利进行。

二、无人机技术在高速公路运营管理中的应用

随着大数据技术的快速发展，无人机智能硬件已开始向小型化、低成本、低功耗的方向迈进，进一步提升高速公路运营管理水平，无人机在高速公路运营管理中逐渐得到应用。

1.用于交通安全提示，降低高速公路事故发生率

无人机应用于高速公路交通安全提示，通过无人机搭载的高音喇叭、电子显示屏，对过往车辆司乘人员、沿线居民和服务区人群进行交通安全提示，提升交通参与者的安全文明意识，尤其是在交通事故易发路段或发生交通拥堵、交通事故、恶劣天气等异常情况时，无人机的声光警示设备可以提示车辆减速慢行、择道绕行，降低高速公路事故发生率。

2.用于在高速公路中交通疏导、交通管制

当高速公路发生交通拥堵、堵塞状况时，通过监控应急中心下发任务，调派无人机和操作员执行任务，无人机搭载可见光相机及喊话器模块，高空侦察道路交通状况，并实时回传到监控应急中心，根据回传图像，监控应急中心做出精准判断并通过喊话器远程指挥交通疏导；切实提高疏导交通的工作效能，克服时间和空间的限制，减少人力物力，准确快速疏导交通，从而进一步提高高速公路通行能力。

3.用于高速公路中事故快速处理指导

高速公路交通事故发生后无人机可迅速到达事故现场，操作无人机升空进行事故现场初步勘察取证，完成勘察取证后利用无人机携带的喊话设备，指挥事故车主迅速撤离事故现场并恢复道路正常秩序，真正实现事故快处快撤，确保人员安全。

4.用于高速公路中应急救援

当高速公路发生交通事故或自然灾害时，可能随之而来的是大面积的交通拥堵，尤其是很多时候救援人员到了现场才发现有些救援所急需的设备药物不能及时到达现场，无人机技术凭借其强大的机动性与灵活性，可以及时的将救援物资运送到事故现场，为救援人员第一时间抢救受伤人员提供强有力的救援支持。

三、无人机技术在高速公路巡检养护中的应用

目前高速公路巡检养护采用人工的巡检工作，不仅工作量大，费时费力，而且效率也比较低。高速公路无人机巡检具有非常高的效率，无人机以高速、高精度的方式在空中进行巡检，大大减少了高速公路巡检所需的时间，提高了公路管理的工作效率。

1.用于在高速公路日常养护路况监控

无人机技术能够在高速公路日常养护路况监控方面发挥辅助作用，可以搭载现代化高清摄像头的云台，能够保证机身运动过程中摄录信息的清晰性、稳定性，这可以辅助养护维护部门更好地对道路设施设备状况进行完整的记录与拍摄，这可以为养护维护部门提供高速公路日常路况信息，进而提升高速公路管理单位对于路况的了解与及时维修维护，提高道路的通行效率。

2.用于在高速公路养护路面巡检巡查

现有高速道路依靠传统视频监控对道路流量进行监控，传统视频监控在发生故障后不能及时修复，给监控带来盲点，而无人机在高速公路巡检巡查中机动灵活，正好弥补路面摄像头位置不佳存在的盲区。完成高速公路辅助设施排查、道面坑洼异物排查、应急车道违章巡逻、道路流量统计等例行巡检巡查，且巡检巡查全程自动对准高速公路，无需人工干预，极大提高了养护维护中巡检巡查效率；这些数据可以及时反馈给养护维护部门，以便及时修复和维护高速公路，从而提升高速公路的安全性和舒适性。

3.用于在高速公路电力系统巡检巡查

传统的高速公路供电系统人工巡检方式受环境及天气影响大，工作效率较低并存在一定的人身安全风险，而无人机具备操作简单、载荷丰富、自动飞行等优点，无人机技术通过在输电力路巡检过程中提供远程和实时监控，可缩短运检故障排查时间，提升巡检巡查效率和质量。使用无人机还可以对部分电力系统维修维护工作在带电环境下作业，确保了用电安全，提高巡检巡查作业人员的安全性，提高了电力维护和检修的速度和效率，并且降低成本。

4.用于在高速公路交通安全设施巡检巡查

高速公路交通安全设施主要为波形护栏、标志、标牌、标线、防落网、刺铁丝、隔离栅等，目前采用日常巡视和定期检查的方式进行养护维护。通过无人机技术将传统的交通安全设施巡检巡查工作转型为自动化、智能化、协同化的业务流程，以提高巡检工作效率。

四、无人机技术在高速公路应用中面临的挑战

1.通过优化无人机的设计，提高其抗风能力和稳定性，在智能无人机飞行系统控制下确保无人机在各种环境条件下都能稳定飞行。

2.通过GPS和地理信息系统（GIS），结合采集的实时数据，不断改进任务规划算法，提高无人机的路径规划和任务分配效果。

3.提升无人机的续航能力：无人机通过多种传感器以及各种定位方式共同作用实现精准对接的无线充电方法，实现无人机自动充电换电，以提高飞行时间和负载能力，使无人机在高频次巡检中满足需求。

4.精确的导航和定位系统：使用精确的导航和定位系统，可以确保无人机准确无误地到达目标地点。

5.实时数据传输和处理：通过无线通信技术，实时传输无人机收集的数据，包括视频、图片和其他传感器数据；使用边缘计算和云计算技术对数据进行实时处理，以便及时发现并解决问题。

6.飞行安全性：飞行过程中可能遭遇天气变化、通信中断等风险，需要完善无人机安全保障和飞行管制系统来确保飞行安全。使用自动避障技术，配置了多重安全机制确保无人机在飞行过程中能够自动避开障碍物；同时，无人机应具备在出现故障时自动返回基地的能力。

最后，随着我国高速公路的快速发展，国内的高速公路通车里程数不断增加，无人机在高速公路中无疑具有巨大的潜力和优势，随着无人机技术的不断发展和完善，相信无人机技术在高速公路建设中的应用将会越来越广泛。

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

[2]严恒、王嘉嘉.无人机在公路工程项目管理中的应用探讨

[3]马文安、李雍友、孙辉、胡晋华.BIM+无人机技术在公路工程中的应用研究