浅析多旋翼无人机在地铁设施保护巡检的前瞻性

摘要：地铁的日常巡检工作是保证地铁能够安全稳定运行的不可或缺的一项重要的工作，工作人员为了不留死角，覆盖全线，受到了交通条件、地形地貌、禁行盲区等多方面原因，导致部分地方巡检方式艰辛，耗时长。现代科技壁垒不断地被突破，鉴于无人机具有快速移动性，影像分辨率高，使用成本可控及携带方便的优势，成为各领域进行俯瞰，巡检的重要工具。在进行地铁设施保护的措施中，无人机能够定点判断、发现并能够快速提供地铁保护范围内施工建设的信息，对此通过前期用无人机巡检方式的多次实验与改进，浅谈该方式能否实现地铁无人机快速化巡检的前瞻性。

关键词：无人机；巡检；前瞻性 1、无人机的应用功能优缺点 1.1无人机的功能概述

无人机，简称UAV，它除了具备体积较小，造价不高，还有着不错的机动性、灵活性，可以基本无视地形的特点，同时民用无人机也使用方便，市场品牌多，选择性也广泛。

目前，无人机在各行各业的应用领域上相对开阔。在农业方面，它准确测算投保地块的种植面积，所采集数据可用来评估农作物风险情况、保险费率，并能为受灾农田定损在街景拍摄方面，在无线遥控的情况下，根据节目拍摄需求，开展大规模航拍，实现空中俯瞰的效果。 1.2无人机巡检应用的优势预测

采用无人机技术进行地铁线路巡检应用主要表现在以下几个方面：

第一是由于无人机的体型小，在起降过程中环节比较简单，在确保路面平坦、开阔，在人不多的情况下基本无特别要求。

第二，无人机质量较轻，可折叠，方便携带，在执行任务时均可携带上地铁，出地铁站后立即飞行，做得高效便捷。

第三，无人机具自动避障功能，安全系数高，降低了撞击可能。能够装载高清摄像器，空中拍摄保证照片质量，云台调节拍摄角度，范围广阔。 1.3无人机巡检应用的缺点

无人机用于巡检工作存在弊端，问题在于电量，电量不足直接导致巡航时间不足。其次就是遥控范围受限制，如大疆御系列，遥控范围在无阻挡的情况下也只能在5公里内操作，并操作会有延时。距离越远，图传信号越弱，图传会也因网络原因存在掉线可能。最后即是天气等不可抗力因素，出现暴雨、6级以上风力是无法工作的，任务期间出现这种问题需立即返航，避免意外发生。 2、现阶段地铁线路巡检的主要问题 2.1地铁线路巡检的主要内容

地铁的开通线路由繁荣往郊区方向发展。线网范围更广阔，相应的在地铁周边存在的各种项目也会愈发增长。大多数施工项目都有前期勘探作业，该作业对地铁安全影响尤为严重，地铁巡检工作是由巡检人员通过徒步，骑行，轮渡等方式地铁隧道正上方巡视，处理未审批项目，也需要密切关注已审批工点，发现其违规立即对施工单位警告并要求停止施工。 2.2 地铁线路巡检的主要难点

由于线路的跨度大，有某些区间的处于严峻形势，其中需要过江，爬山甚至禁止通过区域需要绕行遥远的路途。当巡检人员遇到过江段，若该区段没有设立

轮渡码头，需绕行大段距离，直至找到桥梁通过河流方可继续完成任务。遇到跨山段这种行人无法通过的地方，巡检人员无法继续前进，并需要绕行相当遥远的距离，造成部分路段无法巡查，形成巡检盲区，因此对巡检造成 一定的困难。 另外，遇到高温天气，巡检人员工作路途遥远，偶然会遇恶犬等攻击性动物，对工作人员的人生安全保障和工作负荷压力也相应增加。 3、无人机地铁设施保护巡检的实际应用 3.1无人机项目前期准备措施

本实验巡线人员考取了AOPA驾驶证件，采用型号为大疆御2，平板电脑安装地面站应用软件。

作为安全巡检的重要内容之一，就是做好对线路隐患排查，巡检人员实地摸查，把每个区间的距离，周边所有工地，已有成的高楼建筑、塔吊，高压电线杆，过江段落的数量均记录，并作出巡检周期表格，判断出该合适飞行高度，郊区人流相对较少，地形地貌复杂，适合作为实验的目标。最后初步制作无人机流程。 3.2无人机巡检的主要内容

在工作过程中，需要记录飞行的轨迹，记录沿途的影像资料，并记录实际飞行时所需的用电量。飞行前，为保障巡检进度，收集好路径地理坐标信息，规划最优巡检路线，利用地面站设置好航线。飞行的基础：（1）选好起降点，把无人机放置在于地势平坦的地面上。（2）先开遥控，后开无人机电源，并从平板电脑上运行软件，进入云台界面查看相机能否正常工作。（3）等待机尾闪烁绿灯，进入安全状态，即可用遥控解锁，让无人机平稳起飞。轻推副翼和方向杆量，运行地面站软件，把设好的航线导入，实行任务。

过程中需时刻关注云台传输是否完整，是否已经避让高大建筑。另外还需要关注信号问题，记录通过的区间信号强度是否良好。如信号中断时，等待飞机返航时，还需查看任务是否完成。 3.3无人机飞行实验案例

案例一：对某线路的上方进行飞行实验，该地铁线路同时有地下段与高架段。 地下段以步行方式巡检，会遇到隧道过江段，在没有轮渡过江的情况下，巡检人员需要走到江边地带后返回地铁，通过坐地铁到达江边的对岸，从而来回行走。而无人机巡检方式设定好航线直飞到终点。结束后，与巡检工作人员做对比，路径，巡检人员用时最快需要约用5小时，无人机用时25分钟，因此在地下段的巡检过程，无人机巡检速度是人工巡检的12倍。实验初步可见，使用无人机能避免绕路，提高巡检效率。

高架段采用汽车巡检方式进行巡检，但同样遇绕路问题，需要绕行大段距离才能到达，而无人机能够直接从岛上飞过，路径如图5所示。最终人工巡检用时约为6.2小时（已除去休息时间），而无人机总体用时为2小时，可推算出该区段无人机巡检方式比人工方式3.1倍。

案例二：本实验该某跨山段部分区间属盲区，地铁从隧道入口前进之后便无法继续工作，而无人机，找到合适的起飞地点开始飞行，存在信号阻隔的问题，但设定好航线，即使在遥控和图传丢失的情况下，依然会照航线执行任务。 实验最终顺利完成，空中效果，可看出地铁隧道上方的情况以及附近的施工情况，而传统的人工巡检方式无法到达的地方，无人机可以起到辅助的作用。今后可考虑使用无人机进行盲区段巡检，排查盲区里存在的隐患。 4、影响无人机巡线质量的分析 4.1 无人机电量的影响因素

为测定电量对飞行里程的影响，记录了实验中不同数据分析，数据。

垂直速度对电量的影响：从试验中得到数据如下：从0米升空至200米需要66秒左右，电量消耗约10%。如果想要增加无人机巡检效率，可以对部分安全空域设定低处的飞行巡检高度或者优化航线减少起降点。

水平速度对电量的影响：我们分别使用了10m/s与15m/s进行了测试，测试结果为使用15m/s测试组在各种风力的情况下，完成任务的时间快，而且损耗电量低。如要保证航线拍摄照片相对连续，固定拍照时间应降低。

航点数量对电量的影响：如果航点过多，且航向发生大时，自主飞行时会到达航点后会先悬停（水平速度降低为0m/s），调整航向后才会继续作业。 4.2 环境对无人机信号的影响

距离越远，遥控信号与图传信号越差。实验中有高山阻挡出现信号断续问题，因此地势高的地方信号越好。另外周围有较多的钢铁类建筑会造成磁场干扰，因此飞行前务必选择空旷的起降点，并打开磁场界面检查磁场情况方可安全飞行。 4.3 风险源分析系统的影响

目前为达到无人机返航后能及时查看所拍照片内容，并对其进行分析，由于系统仍在学习机械样式的优化阶段，目前出现漏报和误报情况较多，所以暂时由巡检人员配合人工挑选有风险的照片，并判断其影响程度。而系统的分析会通过不断地学习与后期的程序优化，将会减少漏报情况，从而提高分析质量。 总结：

无人机进行地铁巡检作为一种新型科技手段，通过初步的实验可知，无人机对视野盲区等恶劣的地形进行巡检依然具有很大优势。且经过前期的调研，无人机在地保巡检工作中具有巡检速度快、巡检无死角、消除人工盲区的优势特点，很好的辅助人工对难以通行或绕行的山区、农田、过江（河）等区域的快速巡检，巡检效率是人工巡检的2倍以上，能有效的提升巡检效率和质量。

采用无人机结合传统人工巡检的方式，可有效降低巡线人员的工作量，同时降低巡检人员的安全风险。合理运用无人机将对地铁的安全运营有积极的作用。后期经营拓展可探索为提供高架桥梁健康体检服务、高架车站顶部健康体检服务、地铁电缆高架线路健康体检服务。因此今后无人机在多个方面都有较大的应用前景和经济价值，具有一定前瞻性。