一、前言
1.1课题内容提要
在山区的铁路线上，无论普速还是高速铁路，铁路汛期安全行车是较为复杂的人机合一的环境系统,铁路沿线复杂多变的自然环境能够对铁路的行车安全造成巨大的影响。由于各类原因，铁路营运过程中，路基安全管理是一个薄弱点。这主要是因为山区铁路由于管线范围点多线长、交通不变、山区条件恶劣、设备功能有限等不利因素的影响。在设备检查中时常出现管理人员无法同时进行、检查结果不准确、汛期通讯中段等问题。由此可以看出铁路汛期行车安全防洪管理非常重要，特别是在山区地段，容易发生滑坡、泥石流以及坍塌等病害，对行车的安全造成了严重的不利影响，因此必须做好加强防洪管理水平，引入新技术、新方法、新设备，充分结合现有检查、检测方式的优点，形成及时、准确、高效、安全的先进检测手段迫在眉睫。
当前我国无人机巡检系统发展迅速、北斗定位系统蓬勃发展。飞行服务技术成熟稳定，利用其检查检测山区铁路路基、沿线设备设施、山体稳定状况有广阔的应用前景。综合采用无人机巡检并结合北斗卫星定位方式，通过无人机智能航线高清影像采集、计算机二维和三维成像，数据分析整理，实现无人机对铁路重点路基、山区铁路沿线崩塌落石情况及时探查、判读、指导施工、对整治效果进行检查，形成一个闭环管理，为铁路设备的安全运行提供条件。
1.2课题任务来源
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1.3课题依据
（1）【关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知】铁建设[2010]120号
（2）【铁路桥梁检定规程】 TB10012-2007、J124-2007
（3）【中国铁路总公司关于做好铁路建设项目危岩落石防治工作的通知】（铁总建设[2018]160号）
（4）【铁路工程物理勘探规范】 TB10013-2010
（5）【铁路工程岩石试验规程】TB10115-2014
（6）【铁路建设工程风险管理技术规范】 Q/CR 9006-2014
（7）中国铁路总公司关于做好铁路建设项目危岩落石防治工作的通知（铁总建设[2018]160号）。
密切关注新规范的使用情况，及时使用新版规范。
二、课题研究背景
2.1课题立项背景
山区铁路线路由于通讯不便、交通不便以及点多线长特点，多穿行于地形地貌陡峻、地质构造复杂的地带。高桥、长隧、高路堤深路堑数量众多，对铁路运输安全有重要影响。由于峰谷、河流阻隔道路，悬崖峭壁难以攀越，因此山区铁路路基及设备运行状态的检查比平原地带更为艰难，成为工务检查的重点，也是日常设备检查中的难点。
传统的山区铁路路基和危岩落石检查系统很难及时发现和预报，给铁路运输安全埋下了隐患。
点多线长：对于防洪工作，站端专业管理人员无法同时进行，这样对防洪工作质量产生了严重的不离影响。
交通不便：管理人员由于交通不便，无法第一时间赶到现场进行指导，使得险情无法及时进行控制，这一不便之处在山区段表现得尤为明显，进而导致达不到良好的救灾效果。
难以全面：山区线下设备日常巡视检查主要依靠人眼观察，受地形所限和人力影响，很多隐患部位都无法到达，难以进行全面的检查。
难以及时：地点较为偏僻，通讯方式比较单一，发生汛期险情时，容易造成通讯中断，这样就阻碍了应急处置工作的开展。
存在安全隐患：检测过程或进入限界、或登高、或涉水进行观测，人身安全风险大，特别是对高桥或高路堤深路堑检查需要进行高空作业，安全隐患大。
对运输安全和秩序存在干扰。许多人工探查需要封锁线路要点，对运输安全、人身安全和运输秩序有影响。
由于上述原因，山区铁路要实现对路基和设备进行准确、全面、及时、安全、的检测办法，为运输提供安全保障，需要开发新的途径。
2.2国内外研究现状
一、无人机在国外铁路领域的应用
近年来，各国铁路运输管理机构充分意识到无人机在远程遥控、空中高分辨率影像采集、人工难以涉足区域勘察等方面的优点，并逐步开始将其应用到铁路设备管理领域并取得长足发展。
除了航拍、摄像提供实施监控等传统领域，无人机还进入了交通工程施工管理、电网巡检、森林消防等巡查的新兴领域，应用场景日益广泛。亚马逊公司已经开始用无人机进行水务河道排污监管。据不完全统计，目前无人机已经在德、法、日、英、美、澳等十几个国家的铁路行业得到应用，例如：
铁路设备安全巡逻取证
欧洲铁路公司采用无人机的最初想法是为了防范货物失窃、车站建筑受损及相关设备遭受胡乱涂抹等事件发生及追责、取证。例如，为了避免供电和通信、信号电缆、铜线被盗造成的经济损失，法国铁路公司使用了无人机进行线路巡逻并拍照取证；德国铁路公司也为了防止电缆和金属被盗、防止作业区域出现「涂鸦」，购买了无人机并安装红外摄像机进行跟踪监测和夜间取证；波兰铁路公司为避免货物运输被盗采用无人机进行巡逻；以色列鉴于暴乱、袭击活动经常会对铁路车站和轨道线路造成频繁破坏的情况，在耶路撒冷的轻轨铁路网上空部署了无人机中队进行全天候巡逻和安保工作，甚至准备安装轻武器使之成为察打一体无人机。
2、基础设施检测监测
法国铁路公司近年来开始使用无人机对公司拥有的线路、桥隧、车站、电力、通信、道口、栅栏等一些检查人员难以到达的基础设施区域进行检测监控。日本铁道综研所开发了「利用激光和无人机的落石危险度评价系统」，通过无人机航拍来获取被测岩体的形状和裂纹信息，可以有效确定有落石危险的岩体，为日本铁路数十年旅客零伤亡的记录提供更坚实的保障。2015年10月，美国伯灵顿北方圣太菲铁路公司（BNSF）获得联邦航空管理局（FAA）的批准，开始使用无人机进行线路基础设施监测（如观测钢轨裂缝、变形以及轨枕的状况等），还可以在极端天气条件下进行数据采集。英国、澳大利亚、印度、荷兰等国家的铁路公司也利用无人机开展了基础设施检测监测的工作。
3、勘测设计和项目施工进度检查
印度铁路公司利用无人机监测在建铁路项目的进展情况，为控制工程进度提供依据。尼日尔铁路公司为了制定本国铁路网规划，采用法国德莱尔DT-18型无人机实施地形勘测，采集原始数据，其地面目标分辨率高达4厘米。
4、事故调查和灾害评估
熊本地震发生后，日本铁路公司迅速做出反应，即刻派出无人机，在震区南阿苏铁路线上的白川一桥上空进行调查、搜集资料，为应对灾情评估受损状况提供数据，这也是日本铁路首次利用无人机对地震后铁路受灾情况进行调查和评估。印度铁路也在事故发生后使用无人机搜集设备受损、人员伤亡、周边环境变化等情况，为救援提供直接的资料，使救援工作有条不紊、有的放矢。
5、用于污染物排放监测
早在2015年，美国联合太平洋铁路公司（UP）就获得了联邦航空管理局批准，使用无人机大面积国土对污染物排放数据进行搜集，用于空气质量监测和开展相关调查研究。
6、媒体拍摄
法国、日本等国的铁路均使用无人机开展照片、视频拍摄工作，以用于媒体宣传。
二、国内无人机应用现状
随着我国科技兴国战略的实施以及国内经济发展水平快速提高，无人机制造和应用以远超于经济增速的数值高速增长，可以说各行各业都在无人机的应用实践中与时间赛跑。交通兴国、铁路先行。铁路线路覆盖的范围也是越来越广，无人机的使用也由最初的探索阶段逐步进入蓬勃发展阶段。勘察设计单位在铁路规划、可行性研究、初步设计、施工图设计、施工配合各个阶段都将无人机应用到现场；施工单位在进场选择工区范围、大临设施规划、加密控制桩网；各设备管理单位购置了各类无人机，应用无人机开展专业检查、监控、指导生产。例如某工务段就开展了无人机检查山区客运专线桥隧检查工作。
目前国内铁路线路桥隧巡检都是由人工结合无人机航拍完成的，比传统人工巡检效率提高数倍。
虽然无人机应用于铁路领域还普遍面临着空中飞行许可、立法等一些问题，但是，无人机能够解决一些既有技术手段难以解决的事情已经得到了铁路管理人员的首肯。经过近几年的推广应用，已逐渐开始在多条铁路得到较好的发展。可以预见，无人机作为一种辅助性监测手段，在我国铁路领域将会有更大的发展。
三、课题研究内容
北斗卫星定位与无人机巡航结合进行山区铁路汛期安全技术研究的课题，研究目标是寻找在铁路汛期环境下的白天、夜晚铁路路基和设备的巡查，从竣工阶段开始跟踪研究。研究内容如下：
主要针对铁路路基、铁路山区危岩落石等线下基础设施隐患排查效率低、特殊地理位置人工难到达、难排查的问题找出切实可行的方法和手段。
当前山区铁路路基很多都建设在河谷、陡坡、悬崖、山涧等地段，常规采用人工巡查、巡检车，最近又开始投入无人机巡查；但是存在以下几点问题：
人工巡查许多地点很难进入，存在人身安全隐患，应急排查人员易发生意外。
路段巡检车必须天窗时段进行检查，对运输安全和秩序有影响。虽然目前巡检车上可以安装高清相机、摄像机在走行中记录，但是也存在盲区。比如：山区铁路周边岩石和路线过长检查不及时、隧道山体等位置拍摄不到；而用列车搭载高清相机时又由于要兼顾运输，容易出现拍摄模糊、数据筛检工作量大，存在漏查。
传统无人机存在稳定性差、操控技术要求高、铁路运营设备电磁干扰强、相机清晰度差、相机最多只能做到广角、夜视功能不强、巡查路径存在前后偏差等问题。
发现问题后，人工巡查方式无法较快给出损坏线路长度、快速测量病害影响面积、次生灾害范围，不能为应急抢险、快速恢复铁路运输提供准确参考资料和数据支撑；
传统巡查方式存在效率低、成本高、时效性差；
随着国家在科技领域宏观政策的支持及在科学技术应用、人工智能等巨大投入，各个行业都提高了科技创新及自主创新能力。尤其随着近年来北斗卫星定位系统的完善，无人机精确安全飞行、红外扫描成像、图像稳定传输、数据抗干扰存储、计算机三维成像、人工智能分析等方面的突破，无人机快速应用到各行各业及各个场景。无人机检查和应用软件数据分析管理在铁路上的应用尤为重要。
无人机在进行山区铁路路基巡检过程中，所获取的数据更加精确，同时，在计算机的协作下，可以完整地绘制出一套数字化智能巡检航线，与实际的施工情况相结合，可以将施工数据变得更加准确，一个精确的线路及实地数据对铁路线路的建设规划具有非常大的意义。铁路施工中利用无人机进行巡检，将大大降低铁路施工工人的劳动强度，提升巡检效率为铁路建设提供了有利的安全保障。
后续内容待更新
