本文概述了低空經(jīng)濟(jì)和高速公路運(yùn)營(yíng)管理的現(xiàn)狀，指出了傳統(tǒng)高速公路運(yùn)營(yíng)管理方式面臨的挑戰(zhàn)以及無(wú)人機(jī)技術(shù)在該領(lǐng)域中應(yīng)用的必要性和優(yōu)勢(shì)；介紹了綜合性高速公路無(wú)人機(jī)平臺(tái)的關(guān)鍵組成部分，包括無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)、項(xiàng)目及航線管理系統(tǒng)、組織及設(shè)備管理系統(tǒng)和智能算法識(shí)別系統(tǒng)；探討了無(wú)人機(jī)在高速公路運(yùn)營(yíng)管理中的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景；并對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)在高速公路中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

 一、概述

1.1 低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

低空經(jīng)濟(jì)是以低空空域?yàn)橐劳校_(kāi)展各種有人、無(wú)人駕駛航空器飛行的一種新興經(jīng)濟(jì)形態(tài)，涵蓋了從飛行器研發(fā)制造、低空飛行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)到飛行服務(wù)保障等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，具有十分顯著的戰(zhàn)略意義。低空經(jīng)濟(jì)能夠拓展市場(chǎng)空間，孕育發(fā)展新動(dòng)能，打造經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新引擎，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。

近年來(lái)，隨著政策的不斷出臺(tái)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，低空經(jīng)濟(jì)在國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。隨著電動(dòng)垂直起降飛行器、無(wú)人機(jī)等新型飛行器的不斷涌現(xiàn)，低空經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景日益多元化，涵蓋了物流運(yùn)輸、空中游覽、應(yīng)急救援、農(nóng)業(yè)植保等領(lǐng)域。如今，無(wú)人機(jī)技術(shù)不斷成熟，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)大，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)已成為低空經(jīng)濟(jì)中不可或缺的重要一環(huán)，具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展前景。

1.2 高速公路運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)狀

隨著高速公路車流量的劇增和車輛類型的日益多元化，高速公路運(yùn)營(yíng)管理面臨著諸多困難。傳統(tǒng)高速公路運(yùn)營(yíng)管理方式主要依賴人工巡檢與監(jiān)控設(shè)備，存在工作效率低、消耗成本高、范圍不足等問(wèn)題。特別是在惡劣天氣、突發(fā)事件等情況下，傳統(tǒng)的管理方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事故的及時(shí)響應(yīng)和有效處理。

1.3 無(wú)人機(jī)在高速公路領(lǐng)域中應(yīng)用的必要性

無(wú)人機(jī)在高速公路運(yùn)營(yíng)管理中具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)可以在一定時(shí)間內(nèi)快速到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，大幅提升巡檢效率，降低人力成本和工作強(qiáng)度。無(wú)人機(jī)搭載高清相機(jī)等設(shè)備，可大幅提高巡檢精度，對(duì)高速公路上的細(xì)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)的捕捉和記錄，更全面、準(zhǔn)確地為管理部門提供信息支持。在惡劣天氣條件下，無(wú)人駕駛飛機(jī)可代替人工開(kāi)展巡檢作業(yè)。當(dāng)發(fā)生特殊情況時(shí)，無(wú)人機(jī)可快速抵達(dá)事故場(chǎng)地并實(shí)施空中偵察監(jiān)控，為搶險(xiǎn)救援提供堅(jiān)實(shí)可靠的安全保障。

二、平臺(tái)架構(gòu)

高速公路無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是一個(gè)集無(wú)人機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、算法分析、信息展示與決策支持于一體的綜合性平臺(tái)。該平臺(tái)通過(guò)高清攝像頭、紅外傳感器等無(wú)人機(jī)搭載的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路進(jìn)行更加全面的多方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，最終將處理結(jié)果以可視化的形式展示給管理人員，為決策提供有力支持。

2.1 無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)是平臺(tái)的核心組件。飛行駕駛艙具有全面的飛行控制功能，包括飛行指令的發(fā)送、云臺(tái)控制和高精度GIS航線控制，以確保無(wú)人機(jī)按照設(shè)置的航線安全穩(wěn)定飛行。實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控功能負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)的電量、位置、速度等實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，一旦出現(xiàn)特殊情況，會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)置警報(bào)，以確保無(wú)人駕駛飛機(jī)及其裝備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。直播大屏看板提供了飛行任務(wù)實(shí)況直播功能，支持大屏展示，便于集中監(jiān)控和指揮，使工作人員可以實(shí)時(shí)了解無(wú)人機(jī)當(dāng)前的飛行狀態(tài)和工作詳情。

2.2 項(xiàng)目及航線管理系統(tǒng)

項(xiàng)目及航線管理系統(tǒng)在平臺(tái)中負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理、任務(wù)規(guī)劃、航線規(guī)劃等內(nèi)容，幫助業(yè)務(wù)人員優(yōu)化資源分配，合理制定飛行策略。項(xiàng)目管理功能支持創(chuàng)建、編輯、刪除項(xiàng)目，以及按項(xiàng)目分配人員，確保資源的有效利用。任務(wù)規(guī)劃功能支持單次、循環(huán)等多種類型的任務(wù)創(chuàng)建和調(diào)度，能夠根據(jù)實(shí)際經(jīng)營(yíng)需要的高速公路，定制相對(duì)穩(wěn)定可靠的飛行參數(shù)及飛行任務(wù)。航線規(guī)劃功能支持多種智能規(guī)劃模式，不僅可以提高飛行效率，還能保障無(wú)人機(jī)的飛行安全。媒體庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和展示航線飛行中拍攝的圖片及視頻，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析、決策提供有力支撐。

2.3 組織及設(shè)備管理系統(tǒng)

組織及設(shè)備管理系統(tǒng)在平臺(tái)中負(fù)責(zé)組織架構(gòu)調(diào)整和設(shè)備管理，組織架構(gòu)管理功能支持多層級(jí)的部門設(shè)置和權(quán)限分配，還可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和機(jī)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)和維護(hù)保養(yǎng)。組織管理功能支持多層級(jí)的部門設(shè)置和權(quán)限分配，以確保組織高效運(yùn)作。成員管理功能支持用戶的添加、刪除、修改、權(quán)限調(diào)整等操作，以確保系統(tǒng)的安全性和可控性。設(shè)備管理功能可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)和機(jī)場(chǎng)設(shè)備的全面管理，支持設(shè)備的綁定、解綁、狀態(tài)監(jiān)控等操作，以保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和及時(shí)檢修。

2.4 智能算法識(shí)別系統(tǒng)

智能算法識(shí)別系統(tǒng)是平臺(tái)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和分析的關(guān)鍵部分。交通流量監(jiān)測(cè)算法通過(guò)無(wú)人機(jī)巡航實(shí)時(shí)采集道路交通流量數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)分析交通流量的變化趨勢(shì)，生成詳細(xì)的交通報(bào)告，為管理者提供優(yōu)化交通信號(hào)控制和道路規(guī)劃的依據(jù)。違章行為檢測(cè)算法利用無(wú)人機(jī)拍攝的高清圖像，實(shí)時(shí)檢測(cè)并識(shí)別違章行為，快速定位違章車輛并生成警報(bào)和報(bào)告。目標(biāo)跟蹤算法能夠?qū)μ囟繕?biāo)進(jìn)行持續(xù)跟蹤，獲取其移動(dòng)軌跡、速度等信息。安全隱患識(shí)別算法通過(guò)無(wú)人機(jī)巡查高速公路沿線，識(shí)別邊坡松動(dòng)、排水溝擁堵、設(shè)施損毀等安全隱患，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)上報(bào)安全隱患，以防止交通事故的發(fā)生。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 日常巡檢與路面監(jiān)測(cè)

無(wú)人機(jī)搭載高清相機(jī)、紅外相機(jī)等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速公路多方位的監(jiān)測(cè)管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面裂縫、坑槽、積水等相關(guān)問(wèn)題，并對(duì)收集的資料進(jìn)行加工分析。系統(tǒng)可以自動(dòng)生成詳細(xì)的巡視報(bào)告，包括問(wèn)題的具體位置、類型、嚴(yán)重程度等信息，及時(shí)提供設(shè)施養(yǎng)護(hù)建議。與傳統(tǒng)人工巡檢方式相比，無(wú)人機(jī)巡檢具備更高的效率和巡檢精度，可以大大降低風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，通過(guò)積累和分析無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)，也能為高速公路的維修決策提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)高速公路養(yǎng)護(hù)管理任務(wù)的信息化、數(shù)字化、智能化、可視化。

3.2 橋梁與隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)

無(wú)人機(jī)能夠?qū)Ω咚俟飞系臉蛄宏P(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期的安全監(jiān)測(cè)。通過(guò)高清攝像機(jī)拍攝清晰畫(huà)面，結(jié)合智能算法進(jìn)行識(shí)別和解析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁出現(xiàn)的裂縫、變形、銹蝕等安全隱患，并對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。無(wú)人機(jī)還可以飛抵橋梁的難以到達(dá)的部位，如橋墩、橋塔等，進(jìn)行細(xì)致的檢查，確保不遺漏潛在問(wèn)題。一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)安全隱患，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警并告知相關(guān)部門人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修，以防止橋梁事故的發(fā)生。通過(guò)橋梁安全監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的定期、全面、精準(zhǔn)的檢測(cè)，提高橋梁的養(yǎng)護(hù)水平和使用壽命，確保高速公路的安全暢通。

3.3 交通設(shè)施完好性檢查

無(wú)人機(jī)能夠?qū)Ω咚俟飞系慕煌?biāo)志牌、隔離帶、防護(hù)欄等輔助設(shè)施進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，通過(guò)相機(jī)捕捉高清圖像，并采用智能算法進(jìn)行分析識(shí)別，及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)交通設(shè)施的損壞、遮擋或缺失，如標(biāo)志牌的模糊、隔離帶的破損、防護(hù)欄的變形等。一旦發(fā)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)立即記錄并通知相關(guān)部門進(jìn)行維修或更換，保證交通設(shè)施完好有效。無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢具備更高的效率和準(zhǔn)確性，可有效節(jié)約人力和時(shí)間成本。無(wú)人機(jī)還可抵達(dá)人工難以到達(dá)的高速公路區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通設(shè)施的多方位、全角度自動(dòng)巡檢，確保不遺漏關(guān)鍵潛在問(wèn)題。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)與快速救援

無(wú)人機(jī)作為空中監(jiān)控救援的高效工具，能夠在應(yīng)急情況下迅速響應(yīng)，實(shí)時(shí)為高速公路管理部門提供現(xiàn)場(chǎng)信息和數(shù)據(jù)保障。無(wú)人機(jī)可以快速抓拍事故現(xiàn)場(chǎng)圖片來(lái)評(píng)估事故的嚴(yán)重程度，為救援人員提供精準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)詳情，協(xié)助制定更加安全、可靠的救援方案。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以用于搜尋被困人員、監(jiān)測(cè)火源或危險(xiǎn)源，以及為救援隊(duì)伍提供空中指引和支持。在緊急情況下，無(wú)人機(jī)的快速部署和高效作業(yè)能夠顯著縮短響應(yīng)時(shí)間，提高救援效率，減少人員傷亡和相關(guān)財(cái)產(chǎn)損失。

3.5 交通流量監(jiān)測(cè)與疏導(dǎo)指揮

無(wú)人機(jī)能夠?qū)Ω咚俟返慕煌髁窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)無(wú)人機(jī)的高空視角，可以捕捉到更廣闊的交通畫(huà)面，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)車輛數(shù)量、車速、車流密度等關(guān)鍵指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行分析加工。系統(tǒng)可憑借實(shí)時(shí)交通流量智能判斷交通狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通擁堵點(diǎn)及潛在擁堵的風(fēng)險(xiǎn)，并將預(yù)警信號(hào)發(fā)送給交通管理部門。在高峰期或特殊情況下，無(wú)人機(jī)可快速識(shí)別交通擁堵的位置，并將信息傳回指揮中心，通過(guò)搭載喊話器等設(shè)備，遠(yuǎn)程指揮交通疏導(dǎo)工作，確保道路暢通無(wú)阻。基于無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，交通管理部門可以迅速制定交通疏導(dǎo)及指揮方案，調(diào)整車道分配、優(yōu)化信號(hào)燈控制、發(fā)布路況信息，有效引導(dǎo)車輛流動(dòng)和緩解交通壓力，提升高速公路整體通行能力。

3.6 周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)與生態(tài)保護(hù)

無(wú)人機(jī)攜帶多光譜攝像機(jī)、環(huán)境監(jiān)測(cè)感應(yīng)器等裝備，能夠?qū)Ω咚俟分苓叺沫h(huán)境進(jìn)行全面、細(xì)致的監(jiān)測(cè)，通過(guò)高清圖像和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并評(píng)估周邊環(huán)境的生態(tài)狀況，包括植被覆蓋、水質(zhì)狀況、空氣質(zhì)量等關(guān)鍵指標(biāo)。無(wú)人機(jī)還可以飛抵難以到達(dá)的區(qū)域，如陡峭山坡、濕地等，進(jìn)行更加詳盡的環(huán)境調(diào)查。基于無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，高速公路管理部門可以制定更加精準(zhǔn)的生態(tài)保護(hù)措施，如植被恢復(fù)、水土保持、污染防控等，確保高速公路的運(yùn)營(yíng)不對(duì)周邊環(huán)境造成負(fù)面影響。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以監(jiān)測(cè)野生動(dòng)物活動(dòng)情況，為規(guī)劃建設(shè)生態(tài)廊道提供科學(xué)依據(jù)，有助于評(píng)估高速公路建設(shè)對(duì)周遭生態(tài)環(huán)境的真實(shí)影響，并采取必要的保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

3.7 數(shù)字化養(yǎng)護(hù)檔案

通過(guò)無(wú)人機(jī)巡檢采集、生成、分析的目標(biāo)數(shù)據(jù)，可以建立高速公路的數(shù)字化養(yǎng)護(hù)檔案。這些檔案詳細(xì)記錄了高速公路各部位的狀態(tài)、維修歷史等信息，可為養(yǎng)護(hù)決策提供重要參考。基于數(shù)字化養(yǎng)護(hù)檔案和智能算法預(yù)測(cè)分析的結(jié)果，可以優(yōu)化養(yǎng)護(hù)資源的配置方案，例如，根據(jù)路面損壞程度和交通流量情況合理安排維修計(jì)劃和預(yù)算。采用智能算法，綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史維修記錄、交通流量變化等多種因素，可以為管理部門提供更加精準(zhǔn)、有效的保養(yǎng)建議，幫助增強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作的針對(duì)性和實(shí)效性，降低高速公路養(yǎng)護(hù)成本，并提升高速公路服務(wù)等級(jí)和使用年限。

四、結(jié)束語(yǔ)

在低空經(jīng)濟(jì)浪潮的推動(dòng)下，無(wú)人機(jī)在高速公路運(yùn)營(yíng)管理中的應(yīng)用展現(xiàn)出了巨大的潛力和廣闊的前景。無(wú)人機(jī)技術(shù)具有靈活高效、覆蓋范圍廣、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)構(gòu)建綜合性的無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)全方位的高速公路實(shí)時(shí)監(jiān)控，極大提高巡檢效率、精度和應(yīng)急響應(yīng)能力。(作者：胡淼，胡永梁，王路，劉泓皓)