三尺講臺，傳道授業(yè)

科研一線，矢志攻堅

以學(xué)識啟智，以科研報國

從實驗室到鐵道線

從技術(shù)突破到人才培養(yǎng)

他始終堅守初心，步履不停

近日，《中國科學(xué)報》頭條報道

北京交通大學(xué)

先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行

全國重點(diǎn)實驗室教授秦勇

用“智慧天眼”破解高鐵巡檢難題的故事

和交交通通一起來看！

“數(shù)據(jù)正常，定位穩(wěn)定！”

不久前，在京滬高鐵濟(jì)南段，北京交通大學(xué)先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行全國重點(diǎn)實驗室團(tuán)隊成員、博士生孟凡騰點(diǎn)擊啟動指令后，一架無人機(jī)伴著低沉的轟鳴聲緩緩升空，沿著預(yù)設(shè)航線平穩(wěn)飛行，實時捕捉鐵路橋梁、接觸網(wǎng)等關(guān)鍵設(shè)施的每一處細(xì)微變化。

“這是我們正在測試的新一代智能巡檢無人機(jī)，這次主要測試的是無人機(jī)在未知環(huán)境中自主規(guī)劃航線、靈活避障的‘思考’與‘執(zhí)行’能力。”團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、北京交通大學(xué)教授秦勇指著遠(yuǎn)處的無人機(jī)介紹說。

這套由北京交通大學(xué)先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行全國重點(diǎn)實驗室聯(lián)合京滬高鐵公司研制的軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施自主無人機(jī)智能巡檢技術(shù)，是國內(nèi)首套基于北斗+5G的高速鐵路全自動無人機(jī)智能巡檢專用系統(tǒng)。該系統(tǒng)自2019年啟動研發(fā)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于工務(wù)、供電、電務(wù)、環(huán)境等高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全專業(yè)的多個實際場景巡檢。

當(dāng)“全時域”巡檢照進(jìn)現(xiàn)實

步入線路指揮中心，電子屏幕上清晰傳回?zé)o人機(jī)巡檢的實時畫面，高架橋梁的縫隙、接觸網(wǎng)的支架，每一處細(xì)節(jié)都一覽無余。

“這就是剛才在工地看到的無人機(jī)傳回的畫面，它不光能‘看’，還能‘思考’。”秦勇指著屏幕介紹。屏幕下方，橋墩隱患、隧道口異常等識別結(jié)果實時跳動，并發(fā)出預(yù)警提示。

長期以來，高鐵基礎(chǔ)設(shè)施巡檢依賴人工與軌檢車，存在勞動強(qiáng)度大、覆蓋盲區(qū)多、環(huán)境受限等諸多難題。“過去巡檢范圍大多集中在線路兩條鋼軌附近，橋梁底部、橋墩、隧道口、接觸網(wǎng)上部及周邊環(huán)境等復(fù)雜區(qū)域一直是巡檢的‘盲區(qū)’，而這些地方恰恰是安全隱患的高發(fā)地帶；同時，巡檢只能在夜間天窗時間進(jìn)行，或占用寶貴的列車開行時間，存在諸多限制因素。”秦勇說。

如何才能找到一種更高效、更全面的巡檢方式？長期關(guān)注軌道安全的秦勇，一直希望能夠破解這一行業(yè)痛點(diǎn)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2016年。當(dāng)時，無人機(jī)技術(shù)開始在電力保障、森林火災(zāi)監(jiān)測等領(lǐng)域嶄露頭角，展現(xiàn)出強(qiáng)大的靈活度與覆蓋面優(yōu)勢。這一變化被秦勇敏銳捕捉，他立刻意識到，這正是破解高鐵巡檢難題的“金鑰匙”，一個大膽而具有前瞻性的研發(fā)思路在心中悄然成形。

在國家自然科學(xué)基金及重點(diǎn)研發(fā)計劃支持下，該項目從啟動、規(guī)劃到研發(fā)，最終一步步走向成熟，并在京滬高鐵濟(jì)南段率先落地應(yīng)用。

該技術(shù)投用以來，進(jìn)一步提升了巡檢質(zhì)量、擴(kuò)大了覆蓋面。據(jù)濟(jì)南段工作人員介紹，以往巡檢往往動用大量人力、物力，如今3臺無人機(jī)30分鐘就能完成全覆蓋巡航，人力成本大幅降低。

從“實驗室”到“應(yīng)用場”

“鐵路巡檢對無人機(jī)的要求，遠(yuǎn)比普通場景嚴(yán)苛得多。”秦勇表示，高鐵沿線環(huán)境復(fù)雜多變，從平原到橋梁、隧道，從晴空萬里到雨雪陰霾，無人機(jī)不僅要保證飛行安全，還要適應(yīng)強(qiáng)干擾、高動態(tài)的極端環(huán)境，這也是市場上傳統(tǒng)無人機(jī)裝備難以滿足鐵路巡檢需求的關(guān)鍵所在。

接受采訪時，秦勇展示了一塊綠色的電路板，這是團(tuán)隊自主研發(fā)的飛控核心，堪稱無人機(jī)的“心臟”。

巴掌大小的板面上，密密麻麻的元器件排列緊湊整齊。“別看它個頭小，里面裝滿了‘硬科技’，導(dǎo)航、避障、數(shù)據(jù)分析樣樣精通。”秦勇介紹說，這套搭載了智能巡檢系統(tǒng)的無人機(jī)，不僅有靈活的“翅膀”和高清的“眼睛”，還擁有聰明的地面智能分析“大腦”和機(jī)載邊緣計算“小腦”。

“我們主要的工作就是讓‘大小腦’融合，實現(xiàn)更高級的導(dǎo)航、規(guī)劃和決策功能。”秦勇解釋說，通過對傳感器數(shù)據(jù)、通信協(xié)議的高度集成處理，可實現(xiàn)“巡、識、報、處”一體化管控，完成超時長自主飛行。

順利、可靠的自主飛行背后，是無數(shù)次“失敗”后的推倒重來和持續(xù)打磨。300多次飛行試驗、3060分鐘飛行時長，見證了這套智能巡檢技術(shù)的成長和蛻變。

“就像蓋房子一樣，我們從打地基開始，一步步搭建框架、完善細(xì)節(jié)，再到‘精裝修’。”秦勇說。

靠著不斷“加持”，團(tuán)隊逐步豐富和完善了近20項核心技術(shù)功能，實現(xiàn)了從底層硬件設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)到上層算法的全鏈條自主可控，成功研制出國內(nèi)外首次實現(xiàn)“大小腦”協(xié)同的軌道交通無人機(jī)巡檢垂域大模型——“天路一號”，最終讓技術(shù)從“實驗室”走進(jìn)了高鐵巡檢的“應(yīng)用場”。

科研要解決行業(yè)“真需求”

“科研的最終目的，不是發(fā)表多少篇論文，而是服務(wù)行業(yè)、解決實際問題。”這是秦勇常掛在嘴邊的一句話，也是他帶領(lǐng)團(tuán)隊前行的核心理念。

“秦老師經(jīng)常跟我們說，做科研一定要圍繞國家和行業(yè)的真需求，不能只盯著論文，要把研究的技術(shù)成果落到現(xiàn)場。”孟凡騰告訴《中國科學(xué)報》記者。

團(tuán)隊成員楊政智是慕名而來，跟隨秦勇做博士后研究的。他主要看中了秦勇團(tuán)隊有很多“接地氣、能落地”的應(yīng)用場景和成功案例，能讓理論知識真正學(xué)以致用。

無論做科研還是育人，秦勇都有一套自己的理念。在他看來，任何研究都要從凝練科學(xué)問題入手，開展深層研究，最后到現(xiàn)場去驗證。“不管是寫文章、寫代碼，都必須經(jīng)得起現(xiàn)場的檢驗，不能閉門造車、編造數(shù)據(jù)，那樣的研究沒有任何意義，只能算‘灌水’。”

對軌道產(chǎn)業(yè)而言，低空領(lǐng)域正成為創(chuàng)新發(fā)展的“新維度”。面對日益激烈的競爭，秦勇對于團(tuán)隊的未來有著清晰的規(guī)劃。“我們要瞄準(zhǔn)未來發(fā)展方向，將人工智能、機(jī)器人、無人機(jī)、先進(jìn)傳感設(shè)備等前沿技術(shù)與高鐵這一優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)深度融合，開展針對性研究，讓中國高鐵這張國家名片在國際競爭中始終立于不敗之地。”

下一步，他將帶領(lǐng)團(tuán)隊聚焦提升無人機(jī)環(huán)境適應(yīng)性，破解極端天氣、復(fù)雜地形下的巡檢難題，從優(yōu)化系統(tǒng)性能、拓展應(yīng)用場景、推動技術(shù)融合三方面，推動無人機(jī)巡檢技術(shù)迭代升級，將技術(shù)延伸到高原鐵路、高寒鐵路、城市軌道交通等更多場景。

目前，該團(tuán)隊已接到青藏鐵路3000米以上海拔區(qū)域無人機(jī)智能巡檢技術(shù)攻關(guān)任務(wù)，并于近期完成飛控系統(tǒng)針對青藏高原等高海拔山區(qū)復(fù)雜地形的適應(yīng)性調(diào)試工作。“又有一場硬仗要打。”秦勇說。

本文來源：北京交通大學(xué) ； 版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，傳播相關(guān)技術(shù)知識；若侵犯了您的合法權(quán)益，請及時系我們，我們將根據(jù)著作權(quán)人的要求，及時更正、刪除或協(xié)商許可使用事宜，謝謝

中小學(xué)無人機(jī)課程代理咨詢

張老師

彭老師

劉老師

王老師

全國服務(wù)熱線：010-62483008