【应用方案】无人机铁路安全监测方案

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1 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 无人机铁路安全监测方案 天津腾云智航科技有限公司 2 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 目录 1 铁路安全监测概述...........................................................................................................................3 2 无人机铁路安全监测.......................................................................................................................4 2.1 无人机铁路安全监测优势.....................................................................................................4 2.2 无人机铁路安全监测具体解决方案......................................................................................5 2.2.1 无人机铁路施工安全监测...........................................................................................5 2.2.2 无人机铁路安全日常巡检...........................................................................................6 2.2.3 无人机铁路防灾安全监测...........................................................................................7 3 公司及产品介绍...............................................................................................................................8 3.1 公司简介.................................................................................................................................8 3.2 产品线汇总.............................................................................................................................8 3.3 iFly 无人机平台介绍..............................................................................................................9 3.3.1 iFly-U3 电动固定翼无人机..........................................................................................9 3.3.2 iFly-D1 多旋翼无人机................................................................................................10 3.4 传感器系统..........................................................................................................................11 3.4.1 Sony A7r 相机............................................................................................................. 11 3.4.2 iGCS-1 高清数字图传系统........................................................................................11 3 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 3.4.3 iCam H3 红外热成像系统..........................................................................................14 3.5 Pix4d 无人机影像处理系统................................................................................................15 4 应用案例......................................................................................................................................... 16 案例 某铁路段线路巡检项目...................................................................................................16 4 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 无人机铁路安全监测方案 1 铁路安全监测概述 铁路是国家的重要基础设施、国家的大动脉、大众化交通工具。铁路已进入高速发展阶 段，时速可达 350km/h 左右，每年投资达到上万亿人民币，在综合交通体系中处于骨干地位。 随着铁路里程和技术的快速发展，给我们的生活带来了诸多的便利，同时，铁路安全问题也 面临着日益严峻的考验。随着社会经济和科技的快速发展，对于铁路的安全监测要求越来越 高，传统的人工巡检方式已经很难满足安全、高效的现代化需求，所以急需利用现代化科学 技术产品来解决铁路安全监测面临的问题。 铁路安全 监测项目 项目描述 图示 传统安全监测 方式 存在问题 铁路施工 安全监测 主要针对铁路施工 安全、施工进度等 进行监测 人工监测为 主， 地面仪器监测 为辅 1、人工工作量大； 2、工作效率低； 3、不能实时、全局掌控 施工进度及安全； 铁路安全 日常巡检 主要针对铁路日常 受损维护及运营安 全等进行监测 人工巡检为 主， 直升机或小型 消费级无人机 为辅 1、人工工作量大； 2、工作效率低； 3、直升机使用费用高， 安全隐患多，操作复杂； 4、消费级小型无人机工 作效率低，监测分辨率 低； 铁路防灾 安全监测 主要指对大风、雨 雪、泥石流、地震 等自然灾害以及铁 路路段异常落物等 威胁铁路安全的因 人工巡检为 主， 直升机应急监 测为辅 1、人工工作量大； 2、工作效率低； 3、直升机使用费用高， 安全隐患多，操作复杂； 5 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 素进行监测 2 无人机铁路安全监测 2.1 无人机铁路安全监测优势 近年来，中小型无人机发展迅猛，无人机在铁路方面的应用前景值得期待。无人机自身 具有携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、 自主飞行等优势，在铁路安全监测中相较于传统方式具有明显的优势： 1、无人机在铁路施工中，可将施工场地情况通过图传设备实时回传至指挥中心，提高铁 路施工安全监测的实时性和全局性，使用方便，工作效率高； 2、在铁路线路遭受地震、泥石流等不可抗力破坏的情形下，采取无人机系统进行铁路应 急业务，有利于铁路相关部门及时掌握铁路实时信息； 3、有利于定期对线路及周边情况进行定点巡检，及时掌握铁路运行情况，确保铁路运行 的安全。 6 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 图 2.1 无人机在铁路安全监测的应用 2.2 无人机铁路安全监测具体解决方案 2.2.1 无人机铁路施工安全监测 铁路施工，都呈条带状分布，施工线路很长，施工时单纯依靠传统的人工监测，不仅工 作量大，工作效率低，难以从全局去把控施工进度及施工安全问题。随着无人机技术的快速 发展，无人机在铁路施工安全监测方面的应用引起了相关部门的高度重视。 近年来，无人机市场发展火热，各种大、中、小型多用途的无人机相继出现。其中，大 疆无人机主要以消费级无人机迅速占领民用无人机市场，是国内外消费级无人机市场的佼佼 者。鉴于无人机如此火热的市场前景，中海达作为测绘仪器设备的代表，也开始自主研发和 生产无人机，并迅速将 iFly 无人机推向了测绘行业应用各个领域。相较于市场其他消费级无 人机、准专业级无人机，在施工安全监测方面具有其自身的优势，主要体现如下： 1、iFly 无人机机型丰富，既有固定翼无人机，又有旋翼无人机，能够适应多种用途和使 用环境； 2、iFly 无人机可搭载高清摄像机、高清图传设备、热红外成像系统、倾斜相机等多种传 感器，可供用户的选择更多； 3、iFly 固定翼无人机续航时间可达到 90 分钟，旋翼无人机续航时间可达 70 分钟，续航 时间更长，工作效率更高； 4、iFly 无人机飞行姿态更稳定，获取数据分辨率更高，数据精度更高，更适合航测作也 要求； 在项目施工中，可以利用 iFly D1 四旋翼无人机平台搭载高清数字图传系统，将传感器采 集的影像数据或者视频数据实时回传至地面指挥室，实现铁路施工进度和安全的实时监测管 理。 7 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 图 2.2 无人机铁路施工安全监测 具体软硬件配置如下表： 硬件 飞行平台 iFly U3 固定翼无人机 iFly D1 四旋翼无人机 传感器 Sony A7r（标配） iGCS-1 高清数字图传系统 后处理软件 Pix4Dmapper 2.2.2 无人机铁路安全日常巡检 铁路运营的安全性，直接关乎着国家的经济利益和公民的人身安全问题。因此，对于铁 路线路的日常巡检工作的效率、精确度、安全性等要求更高。鉴于铁路线路的复杂性和巡检 的安全性考虑，目前无人机在铁路线路的巡检工作应用很少。随着随着无人机技术的不断完 善、不断成熟，再加上无人机在进行巡检任务时的低成本、高效率等特点，无人机在线路巡 检方面应用会日益增多，也会发挥其独有的优势。 在铁路安全日常巡检任务中，可以利用多旋翼无人机飞行平台搭载高清数字图传系统， 实时将监测画面回传至地面控制中心，获取实时高分辨率线路状态数据及媒体视频数据，也 可以通过搭载热红外成像系统，实现夜间铁路线路的巡查工作，从而实现铁路线路 24 小时安 全巡检。 8 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 图 2.2 无人机铁路安全日常巡检 具体软硬件配置如下表： 硬件 飞行平台 iFly U3 固定翼无人机 iFly D1 四旋翼无人机 传感器 Sony A7r（标配） iGCS-1 高清数字图传系统 iCam H3 红外热成像系统 后处理软件 Pix4Dmapper 2.2.3 无人机铁路防灾安全监测 随着铁路的不断提速，大风、雨雪、泥石流、地震等自然灾害以及铁路路段异常落物等 因素对铁路运营的安全工作存在巨大威胁。利用无人机系统机型铁路防灾安全监测任务，可 以实时将铁路路基、路面状况实时回传至地面监测中心，工作效率高、使用方便，可以很好 地为监测中心进行铁路应急处理提供支撑。 在铁路防灾安全监测中，可以利用固定翼无人机搭载高清数码摄影系统，快速获取大范 围高分辨率航摄像片，通过后处理软件系统快速得到大范围正射影像图，可以很清晰地反映 铁路路基、路面现状等；也可以通过多旋翼无人机搭载高清数字图传设备，实时将铁路路基、 路面图片或视频数据回传至监测中心，为监测中心决策提供有力支持。 9 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 图 2.3 无人机铁路防灾安全监测 具体软硬件配置如下表： 硬件 飞行平台 iFly U3 固定翼无人机 iFly D1 四旋翼无人机 传感器 Sony A7r（标配） iGCS-1 高清数字图传系统 后处理软件 Pix4Dmapper 10 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 3 公司及产品介绍 3.1 公司简介 天津腾云智航科技有限公司是中海达旗下致力于无人机产品销售及研发制造于一体的子 公司，公司拥有一支以高水平技术带头人为核心的研发团队，凝聚力强、创新力强，有多年 大型国企研发经验，公司坐落于天津自贸区空港经济区创业创新中心，目前拥有 500 多平米 的现代化办公场所。公司依托于中海达集团的优势，扎根于测绘行业，致力于打造测绘行业 无人机系统第一品牌。 图 3.1 公司外景图 3.2 产品线汇总 公司产品主要包括 iFly-U3 电动固定翼无人机、iFly-D1 多旋翼无人机、传感器系统及数据 处理软件等。 其产品线汇总表如下： 类别 型号 备注 固定翼无人机 iFly U3 标配 Sony A7r 旋翼无人机 iFly D1 标配 Sony A7r 高清清数字图传系统 iGCS-1 11 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 红外热成像系统 iCam H3 倾斜摄影相机 iCam Q5 后处理软件 Pix4Dmapper DP-Modeler 3.3 iFly 无人机平台介绍 3.3.1 iFly-U3 电动固定翼无人机 图 3.2 iFly-U3 电动固定翼无人机 1、特点 1）易携带，易培训 iFly-U3 飞机操作极简单，可直接参照操作说明书操作，完全没有经验者，培训 24 小时 内即可结业。 2）高效作业 iFly-U3 标配 3600 万像素的 SonyA7r 相机，不仅航时长，同时飞行作业速度快，达到 85km/h 的平均时速，在同等条件下，作业面积更大、更高效。 3）腹部开伞设计 iFly-U3 采用腹部开伞，下反翼尖设计，大大提高开伞成功率，同时飞机背部着地降落， 更好的保护好了飞机的眼睛--相机。 12 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 4）小翼展，大载荷 iFly-U3 属于 1.7m 小尺寸翼展无人机，最大载荷达到 1.5kg，可以选配多种传感设备进行 组合，同时也支持直接升级 RTK 技术。 2、性能参数 飞行系统 最大起飞重量 5.5 千克 载荷系统 最大载荷 1.5kg 机体尺寸 （m） 1.70*0.84*0.18 标配 Sony A7R 机体材质 航空复合蜂窝材料 地面站系统 控制半径 20 公里 续航时间 90 分钟 RTK 技术 （选配） 平面精度 ±8mm+1ppm 飞行速度 85km/h 高程精度 ±15mm+1ppm 飞行高度 4000m（最大海拔高） 工作环境 抗风性能 6 级风 动力装置 后推专业定制电机 工作温度 -20°C～60°C 动力电池 高性能锂电池 抗雨能力 小雨 起飞 弹射起飞 飞机操控 架设时间 10 分钟 降落 定点伞降 操控方式 全自主起飞降落 3.3.2 iFly-D1 多旋翼无人机 图 3.3 iFly-D1 多旋翼无人机 1、特点 1）具备手动、增稳、自主等多种飞行模式，抗风性能好； 2）碳纤维复合材料加工制造工艺，质量轻，抗冲击和抗疲劳性好； 3）操作简单，适应多种复杂地理环境； 4）抗电磁环境干扰能力强、系统电磁兼容性好； 5）续航时间长。 13 天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司） 2、性能参数 飞行系统 起飞重量 8kg 载荷系统 标配 Sony A7R 荷载能力 3kg 选配 倾斜相机、高光谱相机、图 传系统+摄像机、红外相机 等 轴距 1.1m 机体尺寸 （m） 1.8*1.8*0.485 机体材质 3k 高强度预侵碳纤维 地面站系 统 控制半径 10km 续航时间 70min 选配 ADS-8 空域监管系统 飞行速度 10m/s RTK 技术 （选配） 平面精度 ±8mm+1ppm 飞行高度 4000m 高程精度 ±15mm+1ppm 动力装置 110kv-175kv 顶级无刷 电机 环境 抗风性能 6 级风 动力电池 20000mAH 高性能锂 电池 抗雨性能 小雨 起降方式 垂直起降 工作温度 -20°C～60°C 组装方式 机臂可拆卸 飞机操控 架设时间 10 分钟 旋翼尺寸 29 寸全碳纤维空心桨 操控方式 全自主起飞降落 3.4 传感器系统 3.4.1 Sony A7r 相机 传感器是采用 Sony A7r 相机，相机幅面为 7360*4912 像素，35mm 蔡司定焦镜头。 主要性能 相机图示 外形尺寸 127*94*48mm 机身特性 全画幅微单 传感器类型 CMOS 传感器尺寸 35.9×24mm 有效像素 3600 万 电池类型 锂电池（NP-FW50） 存储卡类型 SD/SDHC/SDXC 卡 快门速度 30-1/8000 秒 感光度 ISO 100-25600 14