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摘要
低空轨道智能巡检技术作为低空经济与轨道交通融合发展的关键领域，正以革命性的方式改变传统基础设施运维模式。本文系统分析了低空轨道智能巡检的技术架构、应用场景与发展趋势，研究了以无人机为核心的低空巡检系统与轨道式智能巡检机器人的技术特点与适用场景。研究结果表明，通过融合5G通信、人工智能、数字孪生等先进技术，低空轨道巡检系统能够实现基础设施运维从"被动响应"向"主动预警"的转变，显著提升巡检效率与安全性。随着低空经济产业的快速发展与技术进步，低空轨道智能巡检技术将在构建现代化综合立体交通网络中发挥日益重要的作用。
关键词：低空经济；轨道交通；智能巡检；无人机；人工智能；数字孪生
1 引言
随着我国轨道交通网络的快速扩张和运营时间的增长，传统人工巡检模式面临着效率低、风险高、盲区多等挑战。根据中国民用航空局预计，到2025年年底，低空经济市场规模将达到1.5万亿元人民币，到2035年达到3.5万亿元人民币-2。在这一背景下，低空轨道智能巡检技术应运而生，成为轨道交通运维体系智能化转型的重要方向。
低空轨道智能巡检技术主要包含两大技术路径：一是以无人机为代表的低空巡检系统，二是以轨道式机器人为代表的地面巡检系统。QYResearch调研显示，2024年全球巡检无人机市场规模约为4.07亿美元，预计2031年将达到9.46亿美元，2025-2031期间年复合增长率为13.0%-7。这一数据表明，低空轨道智能巡检技术正处于快速发展阶段，市场前景广阔。
本文旨在系统分析低空轨道智能巡检技术的体系架构、应用现状与未来趋势，为行业发展提供理论参考与实践指导。
2 低空轨道智能巡检技术体系架构
低空轨道智能巡检系统构建了天空地一体化的技术架构，通过多层次技术协同，实现轨道交通基础设施的全方位、智能化运维。
2.1 低空巡检系统技术架构
低空巡检系统以无人机为核心载体，融合现代通信、人工智能与数据分析技术，构建了完整的巡检技术体系：
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感知层：由各类传感器组成，包括高清可见光相机、红外热成像仪、激光雷达等。在天津地铁的无人机巡检实践中，无人机机场凭借搭载的高清摄像头与多样化传感器，实现了管辖区域巡检的无人化、自动化运作-6。
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传输层：基于5G通信、北斗定位等技术，实现巡检数据的实时传输与精准定位。重庆轨道项目中的无人机搭载的毫米波雷达与5G边缘计算模块，可在复杂地形中实现厘米级定位-10。
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平台层：包括飞行控制平台、数据管理平台等。天津地铁项目团队搭建的无人机"中央大脑"——飞行控制平台，能够实现隐患自动报警、无人机实时可寻可控、云端海量数据实时可查-4。
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应用层：通过AI算法、数字孪生等技术，实现对巡检数据的智能分析与应用。卡斯柯的无人机AI巡检系统集成数字孪生、人工智能和新一代信息通信技术，可通过全时全域的高精度自动化巡检、智能数据分析及数字化管理，自动识别设备故障、环境异常等隐患-1。
2.2 轨道式巡检机器人技术架构
轨道式智能巡检机器人系统由机器人本体、轨道平台、供电平台、通信平台、定位模块、后台监控平台等组成-3。该系统具有以下技术特点：
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自主移动能力：轨道式智能巡检机器人可根据后台管控系统下发的指令执行自动巡检、精确盘点、标记异常等任务，从而实现对设备及环境的高密度、高质量检测与多维度分析管理-8。
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多传感器融合：机器人本体通过搭载温湿度、气体、烟雾、噪声等传感器，对环境和声音进行采集和监测；通过搭载红外热成像镜头、可见光高清摄像头进行大范围和指定设备的关键部件的视频和红外图像采集-8。
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智能识别与诊断：通过后台图像增强引擎和智能分析系统，对关键区域进行智能识别、智能检测与故障诊断-8。
表1：低空轨道智能巡检系统比较
| 技术指标 | 低空巡检系统 | 轨道式巡检机器人 |
|---|---|---|
| 覆盖范围 | 大范围、立体覆盖 | 线性覆盖、局部区域 |
| 灵活性 | 高，不受地形限制 | 中，受轨道布局限制 |
| 巡检效率 | 高，单次覆盖面积大 | 中，按预设轨道巡检 |
| 定位精度 | 厘米级 | 毫米级 |
| 应用场景 | 轨道线路、桥梁、隧道等 | 车站内部、隧道、管廊等 |
3 低空轨道智能巡检关键技术
低空轨道智能巡检系统融合了多项前沿技术，其中以下几项关键技术对系统性能具有决定性影响：
3.1 自主导航与智能避障技术
自主导航是低空轨道智能巡检系统的核心技术之一。基于视觉伺服的无人机自主巡线飞行导航方法，为解决无人机在轨道线路巡检作业中依赖人工操控的问题提供了技术路径-9。这项技术能够实现高自适应性、高位置精度的无人机自主巡线飞行，为轨道线路超长距离自主巡检提供技术支持。
在重庆轨道交通的实践中，无人机在隧道口巡检中突破地形限制，通过激光雷达与3D建模技术检测衬砌空隙，较传统方法效率提升60%-10。更有突破性的是，系统在无手机信号、无卫星定位的隧道内完成自主飞行测试，通过三维环境扫描与动态建模，弥补了人工巡检的视觉盲区-10。
3.2 智能识别与预警技术
智能识别是低空轨道智能巡检系统的另一项核心技术。通过AI算法，系统能够从巡检数据中自动识别异常与隐患。卡斯柯的无人机AI巡检系统能够自动识别设备故障、环境异常等隐患，识别准确率超90%-1。
天津地铁无人机巡检项目能毫秒级识别桩基设备、挖掘机等高危机械及违规施工行为，识别准确率达95%以上-4。而昆明地铁的实践表明，通过"AI算法+实时视频回传"技术能够精准定位违规施工点，应急响应时间缩短至分钟级-10。
3.3 多源数据融合与数字孪生技术
多源数据融合技术将不同来源、不同类型的巡检数据进行整合分析，提供更全面的设施状态评估。卡斯柯的低空智能管控系统通过数字化空域建模、动态计划流控、安全包络等关键技术，构建覆盖"计划—调度—监视—运维"的全流程管控体系-1。
数字孪生技术通过构建物理实体的虚拟模型，实现巡检数据的可视化分析与趋势预测。青岛地铁探索无人机与数字孪生平台联动，形成"数据采集-智能分析-决策执行"闭环-10。这一技术路径为轨道交通基础设施的预测性维护提供了可能。
4 低空轨道智能巡检应用场景与成效分析
低空轨道智能巡检技术已在多个应用场景中取得显著成效，展现出巨大的应用价值。
4.1 轨道线路与保护区巡检
轨道线路与保护区巡检是低空轨道智能巡检的主要应用场景。天津地铁5、6、9、10号线及津静线保护区无人机巡检项目是目前天津轨道交通涵盖线路最多、巡检范围最广的一次，标志着天津轨道交通进入地铁保护区智慧巡检新时代-4。
在该场景中，无人机单次飞行20分钟即可覆盖3公里线路保护区，效率较人工提升6倍-4。此外，在津静线前期试点工作中，无人机凭借精准的探测能力提前发现12处安全隐患，相较传统巡检方式，隐患处置效率提升40%-4。
4.2 隧道与地下空间巡检
隧道与地下空间环境复杂，传统巡检难度大、风险高。低空轨道智能巡检系统在这一场景中展现出独特优势。重庆轨道交通5号线等4条线路打造的线网级智能巡检系统正式投用，覆盖240公里运营里程-10。在隧道口巡检中，无人机突破地形限制，通过激光雷达与3D建模技术检测衬砌空隙，较传统方法效率提升60%-10。
轨道式智能巡检机器人在隧道巡检中同样表现出色，具有自主移动、环境监测、视频监控、障碍规避、精准识别、自动充电、现场对话等重要功能-8，大大提高了巡检质量、巡检效率和安全性。
4.3 车站与停车场巡检
车站与停车场区域结构复杂、人流量大，巡检工作面临特殊挑战。天津轨道交通集团以北站停车场及附属地块为试点的"低空+轨道"巡检新模式，通过"无人机+飞控平台+AI算法"的创新组合，单次飞行仅需20分钟即可覆盖整个管辖区域，且能实时完成视频回传，让运维管理实现"看得见、看得清、响应快"-6。
在这一场景中，无人机与维保人员形成"人机同步、巡检互补"的协同模式，极大提高了巡检效率与全面性-6。通过持续优化算法学习，推动AI技术与无人机巡检深度融合，成功实现AI融合预警功能，让无人机巡检从单纯的"空中摄像头"，升级为具备分析判断能力的"智能诊断终端"-6。
4.4 应急响应与特殊场景巡检
在应急响应与特殊场景巡检中，低空轨道智能巡检系统表现出极高的应用价值。在京津冀铁路应用中，无人机通过AI图像识别技术自动扫描轨道塌方、山体滑坡等隐患，数据实时同步至应急指挥中心，使应急决策效率提升70%-10。
青岛地铁以4号线东段为试点，部署4个无人值守机场，构建"低空+轨道"巡检新生态-10。试点阶段，无人机在夜间及恶劣天气下仍能保持92%的巡检准确率，较传统人工巡检覆盖范围扩大3倍-10。
表2：低空轨道智能巡检应用成效统计
| 应用场景 | 效率提升 | 成本降低 | 准确率 |
|---|---|---|---|
| 轨道线路巡检 | 提升6倍-4 | 未明确 | >95%-4 |
| 隧道巡检 | 提升60%-10 | 未明确 | >98%-10 |
| 车站停车场巡检 | 提升80%-10 | 降低45%-10 | >90%-1 |
| 应急响应 | 决策效率提升70%-10 | 未明确 | >92%-10 |
5 低空轨道智能巡检发展趋势与挑战
随着技术的不断进步，低空轨道智能巡检呈现出明显的发展趋势，同时也面临着多方面的挑战。
5.1 发展趋势
低空轨道智能巡检技术发展呈现出以下趋势：
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从单点智能向系统智能演进：全国轨道交通无人机巡检的爆发式应用，正从"辅助工具"向"核心引擎"转变-10。昆明地铁的无人机巡检管理平台集成起飞、巡航、降落、数据分析等功能，青岛地铁试点构建"空天地一体化"监测网络，推动行业从"单点智能"向"全局智慧"演进-10。
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硬件升级与算法迭代加速：新一代无人机搭载多光谱传感器与5G边缘计算模块，可在复杂地形中实现厘米级定位，夜间作业准确率超98%-10。AI图像识别技术将可识别隐患种类从12类扩展至30类，重庆轨道项目中的算法能精准识别0.1毫米级轨道裂纹-10。
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标准化与规模化应用：据《2025-2030年中国无人机产业运行态势报告》预测，到2030年，中国轨道交通领域将部署超800个无人机系统节点，带动上下游产业链形成千亿级市场规模-10。京津冀铁路项目通过标准化数据接口实现与既有调度系统无缝衔接，为行业提供可复制的"铁路+低空"解决方案-10。
5.2 面临挑战
低空轨道智能巡检技术的发展仍面临多方面的挑战：
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技术挑战：尽管无人机技术在轨道交通巡检中取得了显著进展，但在复杂环境下的精准定位、长续航能力、数据实时处理等方面仍存在技术瓶颈。特别是在无GPS信号的环境中，如隧道内部，无人机的自主导航能力仍需进一步提升-10。
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管理挑战：面对"万点起飞，万点降落"的未来图景，需构建高效可靠的融合基础设施-1。低空飞行器数量的增加使得空域管理精细化成为行业规模化发展的核心命题-2，需要建立更加完善的空域管理和飞行安全保障体系。
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标准与成本挑战：行业尚缺乏统一的技术标准与接口规范，导致不同厂商的设备与系统互联互通存在障碍。同时，高昂的设备投入与运营成本也影响了投资回报，需要探索更加经济高效的解决方案。
6 结论与展望
低空轨道智能巡检技术作为低空经济与轨道交通融合发展的典型应用，正以革命性的方式改变传统基础设施运维模式。通过对当前技术体系、应用场景与发展趋势的分析，可以得出以下结论：
低空轨道智能巡检技术通过无人机与轨道机器人的协同应用，构建了天空地一体化的巡检体系，实现了轨道交通基础设施运维从"被动响应"向"主动预警"的转变。卡斯柯的低空智能管控系统通过数字化空域建模、动态计划流控、安全包络等关键技术，构建覆盖"计划—调度—监视—运维"的全流程管控体系-1，代表了这一领域的技术前沿。
在应用成效方面，低空轨道智能巡检技术能够显著提升巡检效率与安全性。天津地铁的实践表明，无人机巡检效率较人工提升6倍-4；京津冀铁路应用中，无人机使应急决策效率提升70%-10；昆明地铁的实践则实现了巡检成本降低45%-10。这些数据充分证明了低空轨道智能巡检技术的应用价值。
未来，随着5G通信、人工智能、数字孪生等技术的不断发展，低空轨道智能巡检将向更加智能化、集成化、标准化的方向演进。卡斯柯正在部署的起降场管控系统，旨在打造覆盖"起飞—巡航—降落"飞行活动全流程闭环管理的整体解决方案，打通空域管控节点与地面客货运枢纽-1，代表了未来的发展方向。
低空轨道智能巡检技术的发展将不仅推动轨道交通运维体系的变革，更将为构建安全、高效、绿色的现代化综合立体交通网络提供有力支撑，为智慧城市与数字经济发展注入新动能。
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