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軌道交通，通向美好生活

軌道交通+低空技術

MAIN TEXT

低空鐵路巡檢場景技術研究

史 龍

碩士，高級工程師

通號低空智能科技有限公司

研究方向：基礎感知、智能運維和安全控制技術在軌道交通與低空經濟領域的理論研究與成果轉化

低空技術成績：主導并完成了基于深度學習的軌道缺陷自動識別系統的設計與實現，顯著提升了巡檢的效率和準確率。推動了巡檢數據的自動采集與分析流程，開發了針對高危隱患的智能預警模型，有效減少了人工巡檢的盲區與延遲。

郵箱:shilong@crsc.cn

孫 亮

本科，正高級工程師

通號低空智能科技有限公司

研究方向：軌道低空巡檢系統和智能運維系統的研發以及安全控制頂層架構設計

低空技術成績：主導多項鐵路巡檢方案的安全策略。通過對線路、橋梁及隧道等關鍵部位的風險評估，結合現場實際情況，制定了科學合理的巡檢流程與應急預案，顯著提升了巡檢作業的安全性和規范性。

郵箱:sunliang1@crsc.cn

葉 軻

博士，高級工程師

通號低空智能科技有限公司

研究方向：軌道交通及低空巡檢近場識別系統的設計，柔性測試系統的研發以及巡檢場景的系統方案設計

低空技術成績：主導鐵路低空巡檢系統的場景應用與整體方案設計工作。在重慶和西寧鐵路低空巡檢系統項目中，針對實際場景需求，構建了集成無人機、多傳感器與智能運維平臺的整體解決方案，主持研發模塊化、可擴展的測試平臺，滿足了多樣化巡檢產品檢測需求。

郵箱:yeke@crsc.cn

劉廣宇

碩士，工程師

通號低空智能科技有限公司

研究方向：低空場景運營服務研究

低空技術成績：主導湛江至海口空鐵聯運運營項目。該項目作為全國首個“低空+鐵路”跨海聯運示范工程，其協同模式與區域示范價值已得到驗證，同時也為后續項目的策劃、實施積累了寶貴經驗。

郵箱:liuguangyu1@crsc.cn

翟茂春

碩士，高級工程師

通號低空智能科技有限公司

研究方向：低空經濟應用場景及技術研究

低空技術成績：牽頭開展了低空巡檢、低空物流、低空文旅等不同低空場景總體方案研究，作為低空應用前端研究專業人員，深入挖掘了不同低空場景的應用需求、關鍵技術體系和實施路徑，為低空應用場景落地實施提供了重要支撐。

郵箱:zhaimch@crsc.cn

摘要：為探討低空經濟賦能鐵路巡檢在新時代具備顯著的潛力與發展前景這一重要問題，首先研究國內外低空經濟與鐵路行業發展現狀，接著以安陽、重慶和合肥鐵路的智能運營系統為例，論述系統功能、闡述當前面臨的技術集成、數據安全及應用場景多樣化等多重挑戰。最后提出以飛行安全為前提，通過將無人機、傳感器與智能分析平臺等多種低空技術與鐵路巡檢體系深度融合，可提升巡檢效率和準確性，并實現實時、可視化的運營監測與故障預判。同時，指出跨領域協同創新及標準化制度建設對于完善低空巡檢生態體系至關重要，為后續的規模化部署奠定堅實基礎。

關鍵詞：低空經濟；鐵路巡檢；技術融合；交叉場景

中圖分類號：V279+.2；U284

文獻標識碼：A

基金項目：通號低空智能科技有限公司科研項目（K1240006）

引用格式：史龍，孫亮，葉軻，等.低空鐵路巡檢場景技術研究[J].鐵路通信信號工程技術，2025，22（5）： 1-8.

Shi Long, Sun Liang, Ye Ke, et al. Technical Research of Low-altitude Railway Inspection Scene[J]. Railway Signalling & Communication Engineering, 2025, 22(5): 1-8.

近年來，低空經濟作為一種新興經濟形態，正在迅速發展并展現出巨大的應用潛力，2024年首次被寫入全國兩會政府工作報告。進入2025年，低空經濟產業政策更多聚焦于空域動態釋放機制和風險分級管控體系，以“飛得起必須先管得住”為導向，為低空經濟的安全穩定發展奠定了堅實的制度基礎。在此背景下，低空經濟如何賦能軌道交通產業，業界的專家以獨特的視角提出了技術融合與應用場景驅動生態的見解。如北京交通大學蔡伯根等教授提出視覺、激光雷達多模態感知技術與高精度衛星導航、慣性導航、UWB和5G精密定位技術深度融合的低空鐵路無人機巡檢方案；交控科技股份有限公司郜春海等對于低空軌道的物流場景和出行場景提出了融合的構想；列車自主運行智能控制鐵路行業工程研究中心趙強等在鐵路應急管理、遠程調度分析了應用探索的技術路徑；北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司李斌等針對鐵路沿線防洪防災等風險隱患的排查過程中，巡檢作業效率低、識別告警率低、輔助研判精度不高、現場巡檢人員作業風險大等諸多問題，提出基于“無人機+AI”的鐵路防洪防災智能巡檢系統建設方案。鐵路巡檢作為鐵路運輸安全的重要環節，面臨效率與智能化雙重提升的需求。因此，基于多源信息融合的低空鐵路巡檢技術路線，綜合利用無人機、智能傳感器和移動通信，實現對軌道設施的全天候、全要素智能感知，并引入數據自動判別算法，提高巡檢準確率，具有極大的研究價值和實際意義。

1 發展現狀

截至2024年，中國鐵路運營里程已達到16.2萬km，其中高鐵里程已超過4.8萬km，完成了“八縱八橫”高速鐵路主通道的構筑，穩居世界第一。作為低空經濟元年，其發展正處于快速崛起階段，得益于政策的引導和市場需求的拉動。國家發改委低空經濟司的正式成立以及相關政策的出臺，不斷釋放低空經濟發展的空間。在鐵路巡檢領域，中國鐵路系統近年來加速引入無人機等新興技術，用于代替傳統的人工巡檢模式。高鐵線路、橋梁和隧道等重點區域已經實現無人機巡檢的初步應用，城市軌道交通車輛服役性能保障重點實驗室在鐵路隧道無人機智能巡檢系統研發上取得重大進展。在歐美等發達國家，低空經濟的興起同樣推動鐵路巡檢邁向智能化與高效化。美國早在十年前便開始試驗性地將無人機用于軌道巡檢，涉及軌道檢測、橋梁應力取樣以及環境災害預警等方面。而在歐洲，無人機和人工智能、大數據結合的試驗案例屢見不鮮，MILAN等學者針對無人機在鐵路巡檢中的應用提出了一種基于視覺的檢測方法，利用連續圖像處理和偏航角調節技術來實現對鐵路線的精準跟蹤和缺陷檢測，受制于國外產業體量的限制，未在鐵路巡檢領域大規模的商用。但國外這些先進技術和標準的引入，為我國無人機智能巡檢技術的改進提供了寶貴的借鑒與對比參考。總體來看，低空經濟與鐵路巡檢的融合驅動與協同創新已經初步形成，作為全球鐵路大國之一，支撐中國高鐵“走出去”戰略，拓展低空經濟與鐵路領域技術融合應用是很有必要的。

2 挑戰與機遇

在傳統鐵路巡檢模式中，巡檢人員既要承擔繁重的工作，又面臨地形復雜、環境惡劣等問題，技術與管理運營層面均面臨多重挑戰，難以滿足現代鐵路發展的需要。在多傳感器數據融合與實時處理方面，高效整合高清視頻、激光雷達、紅外探測及GPS定位等多源數據、并在邊緣端與云平臺間實現低時延與高精度的協同，是提升缺陷檢測準確率的關鍵。然而，復雜軌道環境導致數據時延、精度不足及算法魯棒性欠佳的問題依然突出，直接影響實際應用效果。在鐵路沿線諸如隧道、橋梁、高架線路等環境條件下，由于光線遮擋或信號干擾等因素，傳統圖像識別算法易發生誤判或漏檢，即便借助計算機視覺與深度學習技術也仍面臨在極端環境下的魯棒性不足。為了保障邊緣節點、無人機與云平臺間的數據傳輸穩定與安全，邊云協同系統必須具備對網絡斷裂、數據丟包的容錯能力，同時還需重視潛在信息泄露與網絡攻擊風險，筑牢數據安全防線。除技術難點外，管理與運營層面的障礙同樣制約了無人機智能巡檢體系的規模化應用。當前低空經濟及無人機巡檢相關政策雖在各地不斷涌現，但全國范圍內尚未形成統一的技術標準及運營規范，導致跨區域數據共享、設備兼容和安全管理等方面存在較大摩擦和阻力。在商業模式上，目前大多數項目仍較為依賴政府資金支持，尚未形成可持續的市場化盈利模式，如何通過數據增值服務與長期投入回報來實現經濟效益仍需深入探索。由于無人機巡檢跨越航空、計算機、通信與自動控制等多領域，國內高端復合型人才儲備不足，技術團隊在多平臺協同、深度算法研發及系統運維方面均面臨不小壓力。正因如此，從技術到管理運營的全面突破，對于推動鐵路巡檢乃至更廣泛行業應用具有重要意義，也需要各方在政策支持、標準制定、商業模式創新及人才培養等方面協力攻關。

面對鐵路巡檢的多重挑戰，基于低空經濟理念下的無人機鐵路巡檢技術研究取得了全方位和深層次的進展，既體現在硬件層面高清攝像頭、激光雷達等傳感器的迭代升級，也體現在軟件層面多模態數據融合和深度學習算法的融合應用。一方面，高精度巡檢技術的發展使得無人機能夠在復雜地形和多樣化區域中獲取高分辨率的三維影像數據，通過先進圖像處理與三維重建手段，極大降低了傳統巡檢模式下因盲區導致的漏檢率。另一方面，人工智能驅動的缺陷自動識別算法在鐵路巡檢中嶄露頭角，通過大數據訓練和特征提取，能夠對軌道微裂痕、局部磨損等多種潛在安全風險進行實時識別與預警。在此基礎上，有關研究團隊還進一步構建了以邊云協同為核心的新型數據處理平臺：邊緣端對無人機采集的圖像和傳感數據進行預處理，云端則利用深度學習和大規模分布式計算對數據進行深度分析與快速反饋，協同模式的建立不僅降低了巡檢周期與成本，也為運營部門提供了更精準的調度決策依據。在這一體系之下，多傳感器如激光雷達與GNSS的融合進一步增強了無人機在定位和避障方面的能力，深度學習算法的持續演進則顯著提升了缺陷檢測與標注的效率與準確率。同時，立法進程和標準化建設的推進也為低空空域開放和無人機規模化協作提供了政策保障，一些地區已先行在低空飛行審批流程和基礎設施方面給予了硬件與軟件的雙重支持，使多無人機協作在長距離或分段式巡檢任務中展現高效率與穩定性。系統數據的安全性與合規性對于鐵路巡檢系統也十分重要，需要采用多層次的數據安全管理措施。在數據存儲和傳輸過程中，采用加密標準以及TLS協議，有效防止數據在傳輸與存儲環節被非法竊取或篡改，同時引入基于角色的訪問控制機制，嚴格限定不同用戶和崗位的數據訪問權限，實現權限分級和最小授權原則，有效降低內部數據泄露風險。對于關鍵敏感數據需要經過脫敏處理或匿名化，數據訪問和操作審計，異常行為的實時監控和記錄等多項舉措確保數據安全事件可追溯、可審計，優先考慮使用專網通信，提升通信安全性。

此外，伴隨無人機在鐵路巡檢領域應用的日益廣泛，行業內亦開始出現專業培訓機構，為無人機駕駛與數據分析提供更系統的技術支持與人才儲備，從而為低空經濟理念深度融入鐵路運維行業奠定了牢固基礎。

3 案例分析

3.1 鐵路基礎設施無人機智能巡檢系統

鐵路基礎設施無人機智能巡檢系統通過利用無人機搭載的多類型傳感器和先進算法，實現對鐵路沿線基礎設施的高效、精準巡檢。該系統由4個子系統構成：辦公管理服務平臺子系統、飛行管理子系統、數據采集子系統和調度平臺。辦公管理服務平臺子系統通過訪問接口與飛行管理平臺和算法調度平臺交互，實現高效全面的巡檢管理。數據采集子系統包含與無人機相關的硬件設施，主要包括飛行器、載荷、通信設備及機巢平臺。飛行管理子系統與無人機設備直接通信，同時記錄巡檢任務階段的航線、飛行時長、飛行架次、飛行里程等信息。調度平臺集成人工智能分析算法，能夠靈活調度，實現高效的數據并行檢測。低空智能運營服務系統（鐵路巡檢場景）如圖1所示。

在鐵路巡檢場景下，巡檢系統通過融合紅外、可見光、激光雷達等多源傳感器，能夠在多種環境條件下采集作業數據，用人工智能算法及圖像識別技術開展關鍵工作場景的缺陷檢測。針對鐵路沿線周邊環境檢測方面，無人機的靈活機動性能可對沿線樹木、植被以及其他潛在可入侵物進行實時監測，及時發現被忽略的安全隱患。在施工安全方面，通過定位施工人員的位置，實時評估施工安全預警，一旦預測到有潛在危害安全的可能，對施工人員進行預警提示，提前預防安全事故的發生，多種鐵路巡檢應用場景如圖2所示。

3.2 子系統功能需求

辦公管理服務平臺子系統作為低空智能運營系統的管理中樞，集成了飛行管理子系統和調度平臺的各項功能，實現高效而全面的鐵路基礎設施巡檢管理，通過接口調用實現多子系統間的數據和業務信息交互。包括巡檢任務管理、工單計劃管理、歷史信息查詢與系統日志管理等4項核心功能，在巡檢流程中，辦公管理服務平臺首先負責制訂巡檢計劃和巡檢工單，并將生成的航線信息下發至飛行管理子系統，以便無人機按照分配的航線自主執行數據采集任務。完成飛行作業后，無人機將返回機巢平臺，并將采集到的影像和傳感器數據上傳至數據采集服務器節點。隨后，辦公管理服務平臺對返回的數據加以整合、分析，并將處理請求發送至調度平臺。調度平臺則依據所接收的指令執行算法模型的調度和檢測分析，并將檢測結果保存在數據庫中，最終再將分析成果反饋給辦公管理服務平臺。巡檢系統的操作人員可以在辦公管理服務平臺上查看并處理檢測所發現的缺陷信息，完成審核、復核以及生成巡檢報告等后續作業，從而實現對鐵路基礎設施巡檢的全流程閉環管理。同時，在運維階段，辦公管理服務平臺根據業務需求提供對巡檢任務、缺陷數據以及后續處置和維護工作的有效支持，確保巡檢業務的高效率與高可靠性，辦公管理服務平臺子系統業務流程如圖3所示。

在巡檢應用中，通過搭載不同類型的任務負載，可以有效滿足多樣化的數據采集需求，實現對目標區域更大范圍、更快速且更精細化的巡檢。為了確保飛行器在執行巡檢任務時的安全性與穩定性，將列車控制系統安全碰撞預警算法與無人機控制深度融合，顯著提升了在復雜環境下作業時的可靠性。飛行器內部同時嵌入了多種二次開發安全策略模塊，包括北斗導航應用、電量保護機制、失聯返航機制、六向安全避障、安全返航機制以及對惡劣環境的適應性等，為無人機提供全方位的安全保障與靈活度。本系統以P4型垂直起降復合翼無人機為基礎進行針對性應用開發，支持搭載多種類型的相機和傳感器，包括變焦相機、定焦可見光相機、紅外相機、激光雷達以及第三方掛載系統，借助這些載荷可以實現對鐵路線路等重點基礎設施的全方位監測和巡檢。在地面基站方面，配合無人值守機巢系統，可在固定范圍內實現智能化、無人化的管理與操作。通過外接電源保障機巢內無人機的供電需求，地面基站系統不僅能夠下發航線任務，還可實時回傳巡檢數據，讓操作人員在遠程即可完成任務規劃、任務下發、數據監控與結果分析。無人機可在完成精準巡檢后自主返航充電，數據實時上傳至后臺，全流程無需人員到場干預，大幅降低了人力成本并提升巡檢效率。

飛行管理子系統有效整合了無人機飛控、實時動態監測、航線與航路管理、飛行信息統計，以及設備、人員與機巢管理等關鍵功能，依托5G-A網聯通信技術，實現無人機地面站為鐵路巡檢等場景提供高效而全面的管理與支持。通過無人機動態監測模塊，可實現與無人機的設備連接管理、飛行監控以及圖像實時回傳，不僅提升了巡檢過程的可視化程度，也為快速響應與決策提供了重要保障。在巡檢任務部署方面，平臺允許對無人機巡檢航線進行規劃、調整及下發，并可保存航線模板以便后續復用。每次作業前，需遵照當地政府以及運營公司制定的巡檢作業技術要求及管理規范，確保無人機配置及各項系統功能正常，并充分評估作業區域的環境與氣象條件是否符合相關標準及要求。無人機在任務接收后，可直接由機巢自動起飛，依照設定的航程路線進行沿線巡檢，對目標對象或重點部位進行拍攝，完成巡檢任務或在突發情況下可自主返航至地面基站，并將采集到的圖像數據傳回平臺進行統一管理與分析，從而實現安全、高效且全面的鐵路巡檢流程。

調度平臺充分依賴數據中心所提供的數據存儲與分析能力，利用CPU、GPU等硬件基礎設施以及深度學習框架，貫穿人工智能全流程，為用戶提供從數據準備、模型開發和訓練到模型部署的完整功能支持，并統一模型輸入輸出接口信息，實現對機器學習算法與深度學習算法模型的一鍵式發布，以便與業務系統無縫對接。在數據管理層面，該平臺根據飛行任務類型與時間生成記錄信息，對采集到的影像數據進行歸類，并通過在圖像中進行缺陷標注，輸出包含圖片名稱、缺陷類別及缺陷坐標等信息的數據，形成鐵路沿線基礎設施及周邊環境數據庫，為后續分析奠定堅實基礎。在圖像預處理過程中，通過對比度調節、圖像去霧和減小光影影響等方式提高圖像質量和人眼可視度，為缺陷檢測提供更準確的輸入數據。對檢測出的疑似缺陷結果進行人工復核，確認存在缺陷位置后完成記錄，確保海量數據的高效有序分析和處理。值得注意的是，當分析結果出現潛在的安全隱患時，調度平臺會進行安全預警，提示操作人員立即組織相關應急行動，預防事故的發生。

4 創新與展望

4.1 技術融合的探索

在未來的低空經濟與鐵路巡檢融合進程中，技術與應用場景將進一步趨于深度協同與智能化發展，利用邊緣計算的無人機能實現實時數據處理與本地化決策，配合鐵路企業構建涵蓋多元業務的低空巡檢綜合物聯網平臺，形成從數據采集到智能診斷及遠程調度的完整閉環，為鐵路運維自動化、智能化提供了可復制的范例，也將大幅提升鐵路巡檢效率與安全保障水平。與此同時，低空空域管理和無人機在鐵路交通特殊領域的操作規范也亟待更加專業和細化的法規與政策來保駕護航，特別是在緊急搶險和應急救援等特殊情況下，可以通過建立快速審批流程，確保第一時間調動低空資源。在政策層面上，仍需推動低空經濟與智能鐵路建設的政策統籌，以形成配套完善、良性互動的政策生態。除此之外，中國低空經濟企業與鐵路運營公司應通過深化合作，積極吸取各省市示范區的成熟經驗與成功實踐，從技術研發到標準制定，實現國內協同與共同創新，推動建立統一的鐵路高效巡檢標準。基于這一發展趨勢，低空經濟在鐵路領域的應用遠不止巡檢，還將持續拓展至災后搶修、貨物運輸以及沿線生態環境保護等多元化場景，推動傳統行業轉型升級、加速數字化變革，滿足鐵路行業在安全生產、服務效率和可持續發展等方面的更高要求。

伴隨著低空空域的逐步開放和無人機技術在鐵路巡檢領域的應用拓展，可能會出現航道沖突、設備失控及數據安全問題。在低空空域管理尚未完全成熟的情況下，鐵路巡檢無人機不僅要與民用航空、通用航空以及其他工業無人機爭奪空域，也可能由于網絡信號干擾、系統故障和電池動力衰竭等原因發生失控墜落，從而對鐵路設施與周邊環境造成安全威脅。同時，鐵路作為國家交通命脈的一部分，若無人機采集到的重要數據遭到黑客攻擊并被篡改或泄露，可能引發更為嚴重的鐵路運營安全和國家安全隱患。盡管近年來中國在低空經濟領域的法規有所進步，但對于鐵路巡檢無人機的法律仍處于起步階段，一些省份尚未建立統一的低空空域管理平臺，巡檢任務常需與地方民航爭奪空域，審批流程復雜且缺乏跨區域調度的靈活性。在執行層面，由于鐵路多延伸在惡劣或復雜的氣候環境中，無人機在高風速、紊流及極端天氣條件下的抗干擾、抗低溫能力仍待提升。此外，從業人員的短缺與培訓機制的不足也成為約束低空經濟在鐵路巡檢中大規模應用的重要因素，尤其是在偏遠地區，合格的專業操作與維護團隊數量更顯不足。整體而言，低空經濟與鐵路巡檢的深度融合是機遇與挑戰并存，堅持“管得住”是“飛得起”前提的安全原則，通過高效的運維手段與綠色環保理念促使行業持續健康發展，其規范化、智能化應用值得進一步推廣與完善。

4.2 多場景融合的探索

隨著交通基礎設施的不斷升級和文旅融合發展的深入推進，低空與鐵路載客運輸在滿足多元出行需求和促進地區經濟與文化交流方面展現出了廣闊的應用前景。低空載客運輸不僅在通勤、一日游和短途旅行等輕量級場景中具有靈活高效的優勢，而且在應急救援、邊遠地區補給等領域也能發揮重要作用。與此同時，鐵路載客運輸依托其大容量、快捷性和安全性，始終是跨區域人流、物流運輸的骨干力量，在配合低空運輸的互聯互補上潛力巨大。通過合理規劃低空與鐵路的樞紐節點，可以實現多種交通方式的無縫銜接，提高人員流動與產業資源配置的效率，形成跨區域的綜合交通運輸體系，帶動沿線城市群的發展。在文旅市場方面，鐵路與低空相結合能夠為游客提供更加獨特和多樣化的出行體驗，不僅能帶動特色旅游資源的開發，還可進一步豐富旅游產品形態，創造新的消費熱點。例如，深圳北站的“空鐵聯運”，借助直升機或小型固定翼飛機等短途飛行服務，配合高速鐵路或觀光列車項目，讓游客在有限時間內最大化感受深圳的地域文化、地理風光和歷史人文魅力。未來，隨著相關政策和技術的不斷完善，低空與鐵路載客運輸的場景將在城市更新、區域聯動和文旅創新等方面進一步衍生出更多合作模式，為產業升級和可持續經濟發展注入新的活力。

5 結論

本文通過對國內低空經濟與鐵路融合產業的新發展、新動態進行研究，并基于對智能運營系統在安陽、重慶、合肥鐵路巡檢案例的分析，低空經濟在鐵路巡檢領域的應用既面臨技術、法規與安全等多重挑戰，也孕育著巨大的發展潛力。新型無人機平臺、智能識別算法以及大數據分析的深度融合，不僅能拓展鐵路巡檢的主動感知能力，還能提升巡檢質量與效率。面對飛行安全、法規限制與運營成本等難題，需要多方協調與技術創新相結合，通過完善安全標準與配套制度來強化產業的規范化發展。同時，與5G-A、云計算等相關技術的協同集成，將帶動更多智能化應用的落地，為鐵路巡檢作業提供更靈活的解決方案。未來，在政策支持與技術迭代的推動下，低空經濟勢必對鐵路巡檢領域的智能化升級與行業轉型產生深遠影響，助力行業共同健康的發展。

素材來源：《鐵路通信信號工程技術》雜志

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