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摘要：随着低空经济上升为国家战略性新兴产业，无人机与轨道交通的深度融合已成为交通领域的研究热点。本文基于2020—2026年间发表的147篇中文学术文献，采用文献计量与系统综述方法，全面梳理该领域的研究现状、核心主题与技术演进趋势。研究发现：该领域研究呈现爆发式增长，2024—2026年发文量占总量73.5%；研究形成四大核心主题集群——无人机智能巡检技术、数字孪生与系统融合、无人机与卫星协同技术、治理与安全机制；技术演进从“单点应用”走向“体系融合”，从“能飞”走向“精准诊断”，从“技术探索”走向“规范治理”。本文揭示了“感知—诊断—预测—决策”一体化的智能运维新范式，并展望了未来研究方向。
关键词：低空经济；轨道交通；无人机；智能巡检；数字孪生；融合发展
1 引言
低空经济作为战略性新兴产业，自2023年中央经济工作会议提出以来，已成为培育新质生产力的关键领域。2024年“低空经济”首次写入政府工作报告，2025年十部门联合发布《低空经济标准体系建设指南》，标志着低空经济进入规范化发展阶段。与此同时，我国城市轨道交通运营里程已突破1.2万公里，形成全球规模最大的轨道交通网络，其运维保障需求日益迫切。
在此背景下，无人机与轨道交通的融合发展应运而生。无人机凭借高机动性、多传感器集成、低成本等优势，可有效弥补传统人工巡检效率低、覆盖范围有限、存在安全盲区等不足，已成为轨道交通智能运维的重要技术手段。2025年12月，中国城市轨道交通协会低空交通分会的成立，标志着“轨道+低空”融合发展正式步入产业化协同阶段。
本文基于2020—2026年间发表的147篇中文学术文献，系统梳理无人机与轨道交通融合领域的研究现状、核心主题与技术演进趋势，为后续研究与实践提供参考。
2 文献来源与研究方法
2.1 文献来源
本文分析的147篇文献均来自中国知网（CNKI），发表时间跨度为2020年1月至2026年3月。文献类型包括：学术期刊论文81篇（占55.1%）、学位论文43篇（占29.3%）、报纸文章16篇（占10.9%）、会议论文7篇（占4.7%）。研究主题涵盖无人机智能巡检、数字孪生、空天协同、治理机制等多个维度。
2.2 研究方法
本文采用文献计量与内容分析相结合的方法：首先对文献的发表时间、研究主题、技术关键词等进行计量统计；其次对核心文献进行深度内容分析，提取关键技术、主要观点与研究结论；最后通过主题聚类与关联分析，揭示研究热点与发展脉络。
3 文献分布与总体特征
3.1 发表时间分布
从发表时间看，147篇文献呈现显著的增长趋势：2020—2022年共28篇（占19.0%），2023年19篇（占12.9%），2024年33篇（占22.4%），2025年51篇（占34.7%），2026年第一季度16篇（占10.9%）。2024—2026年发文量占总量的73.5%，表明该领域研究自2024年起进入爆发式增长阶段，这与国家低空经济政策的密集出台高度相关。
3.2 研究机构分布
从研究机构看，北京交通大学以12篇居首，其后依次为西南交通大学（6篇）、中国铁道科学研究院（5篇）、南京航空航天大学（4篇）、同济大学（3篇）。轨道交通特色高校与科研机构占据主导地位，同时清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等顶尖高校也深度参与，体现了研究的跨学科特征。
3.3 基金资助分布
文献中获得各类基金资助的共52篇（占35.4%），其中国家级基金（国家自然科学基金、国家重点研发计划等）32篇，省部级基金15篇，企业课题5篇。国家自然科学基金出现频率最高（19次），表明该领域研究已获得国家层面的持续支持。
3.4 研究主题聚类
通过关键词提取与主题分析，可将147篇文献归纳为四大研究集群（表1）。
表1 无人机与轨道交通融合研究主题聚类
| 研究集群 | 核心文献数量 | 代表性关键词 | 研究重点 |
|---|---|---|---|
| 无人机智能巡检技术 | 65篇（44.2%） | 无人机巡检、目标检测、语义分割、点云处理、缺陷识别 | 轨道、扣件、接触网、桥梁、隧道等基础设施的自动化检测 |
| 数字孪生与系统融合 | 28篇（19.0%） | 数字孪生、BIM+GIS、实景建模、数据融合、可视化平台 | 物理世界与数字世界的映射、多源数据集成、智能决策支持 |
| 无人机与卫星协同技术 | 31篇（21.1%） | 空天地一体化、卫星互联网、通信中继、导航增强、星链 | 无人机与低轨卫星协同组网、应急通信、广域覆盖 |
| 治理与安全机制 | 23篇（15.6%） | 低空经济、法律法规、监管沙盒、安全风险评估、空域管理 | 政策体系、标准规范、隐私保护、飞行安全 |
四大集群相互关联、层层递进：智能巡检是核心应用场景，数字孪生是技术集成平台，卫星协同是能力拓展手段，治理机制是发展保障条件。
4 核心研究主题分析
4.1 无人机智能巡检技术
智能巡检是当前研究成果最丰富、应用最成熟的领域，涵盖轨道、扣件、接触网、桥梁、隧道、边坡等各类基础设施。
轨道与扣件检测是研究热点。童磊（2024）针对无人机视角下轨道线形态多样化的挑战，提出了锚自适应的双分支轨道线检测网络ARTNet，实现全角度轨道线检测，mF1精度达76.12%，在边缘设备端以30 FPS以上运行。姜耀鹏（2024）针对扣件缺陷样本少的问题，提出基于对抗学习的轨道扣件缺陷数据生成算法EATGAN，有效扩充训练数据集；在此基础上提出轻量化目标检测算法LFDNet，适配无人机边缘端低算力场景。李金钊（2025）针对接触网异物入侵问题，提出基于多视角定位原理的异物定位方法，通过多视角比对实现异物与接触网空间关系的精准判断。
桥梁与隧道检测技术不断突破。刘玖财等（2025）提出面向无人机智能巡检的桥梁数字孪生系统，融合IFC知识图谱与游戏引擎，实现“实桥—虚拟—数据”的三维联动，为桥梁全生命周期管理提供新范式。吴克烽（2025）针对隧道口墙体裂缝检测，提出基于RFA-YOLO的裂缝检测方法和基于改进DeepLabV3+的裂缝提取方法，实现了裂缝的精准定位与量化分析。
多模态数据融合显著提升检测精度。韩燚等（2025）设计了基于多模态协同感知的轨道交通智能巡检无人机系统，整合可见光、红外、激光雷达三类模块，通过时空同步校准与改进卡尔曼滤波融合算法，缺陷漏检率较单一模态降低63.8%。闫野（2025）利用无人机LiDAR点云数据，结合支持向量机诊断模型，对轨道不平顺类型的分类准确率达93.7%，可快速识别轨道局部沉降与方向偏移。
机库网络与集群协同实现规模化部署。吴敏、廖志坚（2025）研究基于无人机机库网络的轨道交通安全保护区智能化巡检方法，通过在沿线部署无人值守智能机库，构建覆盖全域的自动化巡检体系，巡检效率提升2.7倍。李浩等（2025）提出基于无人机协同编队控制的铁路智能巡检方法，设计编队控制模型和协同算法，解决铁路安全保护区限制下的侧飞侧视探测问题。
4.2 数字孪生与系统融合
数字孪生技术正在从概念走向落地，成为“轨道+低空”融合的核心技术支撑。
数据架构规划是融合的基础。王张宏羿（2025）提出面向城市轨道交通与低空经济融合的业务与数据架构框架，坚持“一切业务数据化、一切数据业务化”，构建“四层两翼”数据架构模型，为融合发展提供顶层设计。
实景建模与BIM融合提升可视化水平。唐红国等（2024）将无人机倾斜摄影测量技术引入城市轨道交通工程，生产具有真实地理信息坐标的三维实景模型，基于“实景模型+GIS+BIM”多源数据集成，实现多专业协同管理与方案比选。贾彦昌、杨辉（2023）研究表明，无人机倾斜摄影测量技术可满足城市轨道交通选线、设计以及运行的数据要求，成果精度具有更高可靠性。
数字孪生系统实现虚实联动。刘玖财等（2025）提出的桥梁数字孪生系统，以IFC知识图谱为核心数据管理引擎，统一整合设计建造信息、结构语义与多模态感知数据，构建覆盖“构件—子结构—区域”多空间尺度、支持全生命周期演化的增量式语义管理体系。
4.3 无人机与卫星协同技术
随着低空经济向“空天地一体化”演进，无人机与卫星的协同成为研究新热点。
通信中继与导航增强是核心方向。乔海东等（2025）系统阐述卫星互联网赋能低空安全的技术架构，从通信赋能、导航赋能、监视赋能、计算赋能四大维度，构建“天基—空基—地基”一体化融合安全保障体系。赵海涛等（2025）针对传统去蜂窝大规模MIMO系统覆盖盲区问题，提出无人机—低轨卫星辅助的空天地一体化资源分配方法，显著提高系统通信覆盖与用户平均吞吐量。
应急通信是重要应用场景。常中伟（2025）针对自然灾害可能破坏旅游轨道交通通信信道的问题，研究无人机作为中继通信平台的航迹优化方法，为搭建应急通信备用信道提供解决方案。闫莉等（2024）针对恶劣自然环境下地面基础设施受损的铁路场景，提出无人机通信感知一体化无线接入网络架构，实现列车运行环境实时感知及应急信息回传。
频谱管理与兼容共存受到关注。陈勇等（2025）从2015—2023年无人机电磁频谱管理政策更迭入手，深入探讨无人机通信频谱管理政策、标准与技术。陈媛等（2024）开展应用于无人机的5G IMT系统与地球静止轨道卫星的兼容共存分析，为频率兼容技术分析提供借鉴。
4.4 治理与安全机制
随着应用规模扩大，治理机制研究快速跟进。
法律法规体系不断完善。刘静（2026）系统分析中国低空经济高质量发展的风险挑战及法治应对，指出当前面临空域安全风险、数据安全风险、隐私保护风险等挑战，提出完善低空飞行基本法、构建分类分级管理制度等建议。岳赛峰、呙克江（2026）以南京铁路公安处实际办理的无人机违法违规飞行案件为研究样本，提出“技防+人防+法防”的综合治理框架。
监管沙盒成为制度创新方向。李天懿（2025）研究无人机配送监管沙盒的实践探索与制度建构，提出监管沙盒制度体系应由准入机制、测试评估机制、豁免容错机制、退出机制组成，为我国无人机配送监管提供制度框架。
安全风险评估逐步深化。戴融、武昊（2025）针对地铁巡检场景的无人机安全风险，从飞行前、飞行中、飞行后不同阶段，分别从人员、设备、环境等方面评估影响运行安全的因素，建立完善安全管理制度。黄驰（2025）针对大型无人机与有人机融合运行侧向安全间距问题，引入“误差安全裕度”概念，建立改进碰撞风险模型，为提升低空空域利用率提供理论支撑。
5 技术演进趋势分析
5.1 从“单点应用”到“体系融合”
早期研究聚焦于无人机单点技术突破，如弹射器结构优化（刘慧楠等，2025）、导航定位优化（李凯辉，2026）、编队控制（都岩巍等，2025）等。随着技术成熟，研究重点转向系统集成与体系融合。秦勇等（2025）构建了“端—边—云—监”一体化的轨道交通自主无人机智能巡检体系框架，从全链路视角统一巡检场景下的技术架构。王张宏羿（2025）从产业规划视角，构建“轨道+低空”融合的业务与数据架构框架。
5.2 从“能飞”到“精准诊断”
早期巡检研究主要解决“能不能飞、能不能看清”的问题。近年来，研究重点转向“能不能诊断、能不能预测”。闫野（2025）利用无人机LiDAR点云数据实现轨道平顺性智能诊断，精度达毫米级。任珂昕等（2025）提出的轨道区域分割算法，mIoU达97.448%，为异物侵限技术提供准确检测界限。吴廷等（2025）在YOLOv8中引入SimAM注意力机制，使轨道交通保护区内工地检测精度大幅提升。
5.3 从“技术探索”到“规范治理”
早期研究以技术探索为主，2025年以来治理机制研究快速增加。刘静（2026）、李天懿（2025）、岳赛峰（2026）等从法治、监管、执法等角度深入研究，标志着该领域进入“发展与规范并重”的新阶段。2026年十部门联合发布《低空经济标准体系建设指南》，为规范化发展提供政策指引。
5.4 从“二维平面”到“三维立体”
研究视角从传统二维平面向三维立体空间拓展。刘洁敏等（2024）提出一种低空空域与城市地上地下空间协同开发模式，构建“机场—卫星城—中心城区”功能组团和三级管道空域飞行交通系统。陈纤绮（2025）构建空间优化、业态创新与服务升级三维协同驱动模型，提出低空经济立体走廊规划方案，实现无人机物流与地面交通97%的时空衔接率。
6 未来研究方向展望
基于上述分析，未来研究可在以下方向深化：
-
关键技术突破：隧道等GNSS拒止环境下的可靠导航、复杂气象条件下的安全飞行、多无人机集群协同控制、轻量化机载AI芯片等。
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数字孪生深化：IFC知识图谱的自动化构建、数字孪生体与物理实体的实时同步、基于数字孪生的预测性维护等。
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标准体系建设：巡检数据标准、接口标准、安全评估标准、适航认证标准等。
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治理机制创新：空域动态管理、跨域协同监管、责任认定与保险制度、监管沙盒推广等。
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商业模式探索：“巡检即服务”模式、无人机机库网络运营模式、“轨道+低空”物流商业模式等。
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跨域融合研究：低空系统与城市轨道交通、高速铁路、高速公路的跨域协同，低空经济与智慧城市建设的融合等。
7 结论
本文基于2020—2026年间发表的147篇文献，系统梳理了无人机与轨道交通融合领域的研究现状、核心主题与技术演进趋势。研究发现：
第一，该领域研究呈现爆发式增长，2024—2026年发文量占总量的73.5%，与低空经济政策密集出台高度相关。北京交通大学、西南交通大学等轨道交通特色高校是研究主力，国家自然科学基金提供持续支持。
第二，研究形成四大核心主题集群：无人机智能巡检技术（占44.2%）、数字孪生与系统融合（19.0%）、无人机与卫星协同技术（21.1%）、治理与安全机制（15.6%）。四大集群相互关联，共同构成“技术—平台—拓展—保障”的完整研究体系。
第三，技术演进呈现四条清晰路径：从“单点应用”到“体系融合”，从“能飞”到“精准诊断”，从“技术探索”到“规范治理”，从“二维平面”到“三维立体”。当前研究正朝着“感知—诊断—预测—决策”一体化的智能运维新范式迈进。
第四，尽管研究已取得丰硕成果，但在关键技术突破、标准体系建设、治理机制创新、商业模式探索等方面仍面临诸多挑战，需要学界、业界与政府协同攻关。
可以预见，随着低空经济政策体系的持续完善与技术的不断创新，无人机与轨道交通的融合将不断深化，为构建“空天地一体化”的现代化综合交通体系提供有力支撑。
参考文献
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