中海達(dá)無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測方案

無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測解決方案

天津騰云智航科技有限公司

2016年

目錄

1鐵路安全監(jiān)測概述..............................................................3

2無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測............................................................4

2.1無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測優(yōu)勢..................................................4

2.2無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測具體解決解決方案......................................5

2.2.1無人機(jī)鐵路施工安全監(jiān)測.............................................5

2.2.2無人機(jī)鐵路安全日常巡檢.............................................6

2.2.3無人機(jī)鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測.............................................7

3公司及產(chǎn)品介紹................................................................8

3.1公司簡介................................................................8

3.2產(chǎn)品線匯總..............................................................8

3.3iFly無人機(jī)整體平臺介紹..................................................9

3.3.1iFly-U3電動固定翼無人機(jī)............................................9

3.3.2iFly-Dl多旋翼無人機(jī)...............................................10

3.4傳感器system...............................................................................................................................11

3.4.1SonyA7r相機(jī)......................................................11

3.4.2iGCS-1高清數(shù)字圖傳system..........................................................................................11

3.4.3iCamH3紅夕卜熱成像system.............................................................................................14

3.5Pix4d無人機(jī)影像處理system...................................................................................................15

4應(yīng)用項(xiàng)目案例................................................................16

項(xiàng)目案例某鐵路段線路巡檢相關(guān)本次項(xiàng)目....................................16

無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測解決方案

1鐵路安全監(jiān)測概述

鐵路是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國家的大動脈、大眾化交通工具。鐵路已進(jìn)入高速發(fā)展階段,

時速可達(dá)350km/h左右，每年投資達(dá)到上萬億人民幣，在綜合交通體系中處于骨干地位。隨著

鐵路里程和先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，給我們的生活帶來了諸多的便利，同時，鐵路安全項(xiàng)目問題

也面臨著日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，對于鐵路的安全監(jiān)測要求越來越

高，傳統(tǒng)的人工巡檢方式方式方法已經(jīng)很難滿足安全、高效的現(xiàn)代化項(xiàng)目需求，所以急需利用

現(xiàn)代化科學(xué)先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品來解決鐵路安全監(jiān)測面臨的項(xiàng)目問題。

鐵路安全

傳統(tǒng)安全監(jiān)測

監(jiān)測相關(guān)相關(guān)本次項(xiàng)目描述圖示存在項(xiàng)目問題

方式方式方法

本次項(xiàng)目

1、人工工作量大；

主要針對鐵路施工人工監(jiān)測為主，

■一

鐵路施工2、工作處理效率低；

安全、施工進(jìn)度等進(jìn)r-』地面儀器監(jiān)測

安全監(jiān)測3、不能實(shí)時、全局掌控施

行監(jiān)測為輔

I工進(jìn)度及安全；

1、人工工作量大；

2、工作處理效率低；

人工巡檢為主，

I

主要針對鐵路日常3、直升機(jī)使用費(fèi)用高，安

鐵路安全723直升機(jī)或小型

受損維護(hù)及運(yùn)營安全隱患多，操作復(fù)雜；

日常巡檢消費(fèi)級無人機(jī)

全等進(jìn)行監(jiān)測4、消費(fèi)級小型無人機(jī)工作

1為輔

處理效率低，監(jiān)測分辨率

低；

主要指對大風(fēng)、雨

1、人工工作量大；

雪、泥石流、地震等

人工巡檢為主，2、工作處理效率低；

鐵路防災(zāi)自然災(zāi)害以及鐵路

w

直升機(jī)應(yīng)急監(jiān)3、直升機(jī)使用費(fèi)用高，安

安全監(jiān)測路段異常落物等威L

a-

4V測為輔全隱患多，操作復(fù)雜；

脅鐵路安全的因素

進(jìn)行監(jiān)測

2無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測

2.1無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測優(yōu)勢

近年來，中小型無人機(jī)發(fā)展迅猛，無人機(jī)在鐵路方面的應(yīng)用前景值得期待。無人機(jī)自身具

有攜帶方便、操作簡單、反應(yīng)迅速、載荷豐富、任務(wù)用途廣泛、起飛降落對環(huán)境的要求低、自

主飛行等優(yōu)勢，在鐵路安全監(jiān)測中相較于傳統(tǒng)方式方式方法具有明顯的優(yōu)勢：

1、無人機(jī)在鐵路施工中，可將施工場地情況通過圖傳設(shè)備實(shí)時回傳至指揮中心，提高鐵

路施工安全監(jiān)測的實(shí)時性和全局性，使用方便，工作處理效率高；

2、在鐵路線路遭受地震、泥石流等不可抗力破壞的情形下，采取無人機(jī)system進(jìn)行鐵路

應(yīng)急業(yè)務(wù)，有利于鐵路相關(guān)部門及時掌握鐵路實(shí)時信息；

3、有利于定期對線路及周邊情況進(jìn)行定點(diǎn)巡檢，及時掌握鐵路運(yùn)行情況，確保鐵路運(yùn)行

的安全。

圖2.1無人機(jī)在鐵路安全監(jiān)測的應(yīng)用

2.2無人機(jī)鐵路安全監(jiān)測具體解決解決方案

2.2.1無人機(jī)鐵路施工安全監(jiān)測

鐵路施工，都呈條帶狀分布，施工線路很長，施工時單純依靠傳統(tǒng)的人工監(jiān)測，不僅工作

量大，工作處理效率低，難以從全局去把控施工進(jìn)度及施工安全項(xiàng)目問題。隨著無人機(jī)先進(jìn)技

術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)在鐵路施工安全監(jiān)測方面的應(yīng)用引起了相關(guān)部門的高度重視。

近年來，無人機(jī)市場發(fā)展火熱，各種大、中、小型多用途的無人機(jī)相繼出現(xiàn)。其中，大疆

無人機(jī)主要以消費(fèi)級無人機(jī)迅速占領(lǐng)民用無人機(jī)市場，是國內(nèi)外消費(fèi)級無人機(jī)市場的佼佼者。

鑒于無人機(jī)如此火熱的市場前景，中海達(dá)作為測繪儀器設(shè)備的代表，也開始自主研發(fā)和生產(chǎn)無

人機(jī)，并迅速將iFly無人機(jī)推向了測繪行業(yè)應(yīng)用各個領(lǐng)域。相較于市場其他消費(fèi)級無人機(jī)、

準(zhǔn)專業(yè)級無人機(jī)，在施工安全監(jiān)測方面具有其自身的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)如下：

1、iFly無人機(jī)機(jī)型豐富，既有固定翼無人機(jī)，又有旋翼無人機(jī)，能夠適應(yīng)多種用途和使

用環(huán)境；

2、iFly無人機(jī)可搭載高清攝像機(jī)、高清圖傳設(shè)備、熱紅外成像system、傾斜相機(jī)等多種

傳感器，可供用戶的選擇更多；

3、iFly固定翼無人機(jī)續(xù)航時間可達(dá)到90分鐘，旋翼無人機(jī)續(xù)航時間可達(dá)70分鐘，續(xù)航

時間更長，工作處理效率更高；

4、iFly無人機(jī)飛行姿態(tài)更穩(wěn)定，獲取數(shù)據(jù)分辨率更高，數(shù)據(jù)精度更高，更適合航測作也

要求；

在相關(guān)本次項(xiàng)目施工中，可以利用iFlyD1四旋翼無人機(jī)整體平臺搭載高清數(shù)字圖傳

system,將傳感器采集的影像數(shù)據(jù)或者視頻數(shù)據(jù)實(shí)時回傳至地面指揮室，實(shí)現(xiàn)鐵路施工進(jìn)度和

安全的實(shí)時監(jiān)測管控。

圖2.2無人機(jī)鐵路施工安全監(jiān)測

具體軟硬件配置如下表:

飛行整體平iFlyU3固定翼無人機(jī)

臺iFlyD1四旋翼無人機(jī)

硬件

SonyA7r（標(biāo)配）

傳感器

iGCS-l高清數(shù)字圖傳system

后處理軟件Pix4Dmapper

2.2.2無人機(jī)鐵路安全日常巡檢

鐵路運(yùn)營的安全性，直接關(guān)乎著國家的經(jīng)濟(jì)利益和公民的人身安全項(xiàng)目問題。因此，對于

鐵路線路的日常巡檢工作的處理效率、精確度、安全性等要求更高。鑒于鐵路線路的復(fù)雜性和

巡檢的安全性考慮，目前無人機(jī)在鐵路線路的巡檢工作應(yīng)用很少。隨著隨著無人機(jī)先進(jìn)技術(shù)的

不斷完善、不斷成熟，再加上無人機(jī)在進(jìn)行巡檢任務(wù)時的低成本、高處理效率等特點(diǎn)，無人機(jī)

在線路巡檢方面應(yīng)用會日益增多，也會發(fā)揮其獨(dú)有的優(yōu)勢。

在鐵路安全日常巡檢任務(wù)中，可以利用多旋翼無人機(jī)飛行整體平臺搭載高清數(shù)字圖傳

system,實(shí)時將監(jiān)測畫面回傳至地面控制中心，獲取實(shí)時高分辨率線路狀態(tài)數(shù)據(jù)及媒體視頻數(shù)

據(jù)，也可以通過搭載熱紅外成像system,實(shí)現(xiàn)夜間鐵路線路的巡查工作，從而實(shí)現(xiàn)鐵路線路

24小時安全巡檢。

圖2.2無人機(jī)鐵路安全日常巡檢

具體軟硬件配置如下表：

飛行整體平iFlyU3固定翼無人機(jī)

臺iFlyD1四旋翼無人機(jī)

硬件

SonyA7r（標(biāo)配）

傳感器

iGCS-l高清數(shù)字圖傳system

iCamH3紅外熱成像system

后處理軟件Pix4Dmapper

2.2.3無人機(jī)鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測

隨著鐵路的不斷提速，大風(fēng)、雨雪、泥石流、地震等自然災(zāi)害以及鐵路路段異常落物等因

素對鐵路運(yùn)營的安全工作存在巨大威脅。利用無人機(jī)system機(jī)型鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測任務(wù)，可

以實(shí)時將鐵路路基、路面狀況實(shí)時回傳至地面監(jiān)測中心，工作處理效率高、使用方便，可以很

好地為監(jiān)測中心進(jìn)行鐵路應(yīng)急處理提供支撐。

在鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測中，可以利用固定翼無人機(jī)搭載高清數(shù)碼攝影system,快速獲取大范

圍高分辨率航攝像片，通過后處理軟件system快速得到大范圍正射影像圖，可以很清晰地反

映鐵路路基、路面現(xiàn)狀等；也可以通過多旋翼無人機(jī)搭載高清數(shù)字圖傳設(shè)備，實(shí)時將鐵路路基、

路面圖片或視頻數(shù)據(jù)回傳至監(jiān)測中心，為監(jiān)測中心決策提供有力支持。

圖2.3無人機(jī)鐵路防災(zāi)安全監(jiān)測

具體軟硬件配置如下表:

飛行整體平iFlyU3固定翼無人機(jī)

臺iFlyD1四旋翼無人機(jī)

硬件

SonyA7r（標(biāo)配）

傳感器

iGCS-l高清數(shù)字圖傳system

后處理軟件Pix4Dmapper

3公司及產(chǎn)品介紹

3.1公司簡介

天津騰云智航科技有限公司是中海達(dá)旗下致力于無人機(jī)產(chǎn)品銷售及研發(fā)制造于一體的子

公司，公司擁有一支以高水平先進(jìn)技術(shù)帶頭人為核心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，凝聚力強(qiáng)、創(chuàng)新力強(qiáng)，有多

年大型國企研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，公司坐落于天津自貿(mào)區(qū)空港經(jīng)濟(jì)區(qū)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新中心，目前擁有500多平米

的現(xiàn)代化辦公場所。公司依托于中海達(dá)集團(tuán)的優(yōu)勢，扎根于測繪行業(yè)，致力于打造測繪行業(yè)無

人機(jī)system第一品牌。

圖3.1公司外景圖

3.2產(chǎn)品線匯總

公司產(chǎn)品主要包括iFly-U3電動固定翼無人機(jī)、iFly-Dl多旋翼無人機(jī)、傳感器system及數(shù)

據(jù)處理軟件等。

其產(chǎn)品線匯總表如下：

類別型號備注

固定翼無人機(jī)iFlyU3標(biāo)配SonyA7r

旋翼無人機(jī)iFlyDI標(biāo)配SonyA7r

高清清數(shù)字圖傳systemiGCS-1

紅外熱成像systemiCamH3

傾斜攝影相機(jī)iCamQ5

Pix4Dmapper

后處理軟件

DP-Mode1er

3.3iFly無人機(jī)整體平臺介紹

3.3.1iFly-U3電動固定翼無人機(jī)

圖3.2iFly-U3電動固定翼無人機(jī)

1、特點(diǎn)

1）易攜帶，易培訓(xùn)

iFly-U3飛機(jī)操作極簡單，可直接參照操作說明書操作，完全沒有經(jīng)驗(yàn)者，培訓(xùn)24小時內(nèi)

即可結(jié)業(yè)。

2）高效作業(yè)

iFly-U3標(biāo)配3600萬像素的SonyA7r相機(jī)，不僅航時長，同時飛行作業(yè)速度快，達(dá)到

85km/h的平均時速，在同等條件下，作業(yè)面積更大、更高效。

3）腹部開傘設(shè)計

iFly-U3采用腹部開傘，下反翼尖設(shè)計，大大提高開傘成功率，同時飛機(jī)背部著地降落，

更好的保護(hù)好了飛機(jī)的眼睛-相機(jī)。

4）小翼展，大載荷

iFly-U3屬于1.7m小尺寸翼展無人機(jī)，最大載荷達(dá)到1.5kg,可以選配多種傳感設(shè)備進(jìn)行

組合，同時也支持直接升級RTK先進(jìn)技術(shù)。

2、性能參數(shù)

最大起飛重量5.5千克最大載荷1.5kg

載荷system

飛行機(jī)體尺寸（m）1.70*0.84*0.18標(biāo)配SonyA7R

system機(jī)體材質(zhì)航空復(fù)合蜂窩材料地面站system控制半徑20公里

續(xù)航時間90分鐘RTK先進(jìn)技平面精度±8mm+lppm

術(shù)

飛行速度85km/h高程精度±15mm+lppm

（選配）

飛行高度4000m（最大海拔高）抗風(fēng)性能6級風(fēng)

動力裝置后推專業(yè)定制電機(jī)工作環(huán)境工作溫度-20°C?60°C

動力電池高性能鋰電池抗雨能力體系小雨

起飛彈射起飛架設(shè)時間10分鐘

飛機(jī)操控操控方式方式方

降落定點(diǎn)傘降全自主起飛降落

法

3.3.2iFly-Dl多旋翼無人機(jī)

圖3.3iFly-Dl多旋翼無人機(jī)

1、特點(diǎn)

1）具備手動、增穩(wěn)、自主等多種飛行模式，抗風(fēng)性能好；

2）碳纖維復(fù)合材料加工制造工藝，相關(guān)質(zhì)量輕，抗沖擊和抗疲勞性好;

3）操作簡單，適應(yīng)多種復(fù)雜地理環(huán)境；

4）抗電磁環(huán)境干擾能力體系強(qiáng)、system電磁兼容性好；

5）續(xù)航時間長。

2、性能參數(shù)

起飛重量8kg標(biāo)配SonyA7R

荷載能力體系3kg

載荷傾斜相機(jī)、高光譜相機(jī)、圖

軸距1.1msystem選配傳system+攝像機(jī)、紅外相

飛行機(jī)等

機(jī)體尺寸（m）1.8*1.8*0.485

system

機(jī)體材質(zhì)3k高強(qiáng)度預(yù)侵碳纖維地面站控制半徑10km

續(xù)航時間70minsystem選配ADS-8空域監(jiān)管system

飛行速度10m/sRTK先進(jìn)平面精度±8mm+lppm

技術(shù)

飛行高度4000m高程精度±15mm+lppm

（選配）

110kv-175kv頂級無刷

動力裝置抗風(fēng)性能6級風(fēng)

電機(jī)

20000mAH高性能鋰

動力電池環(huán)境抗雨性能小雨

電池

起降方式方式

垂直起降工作溫度-20°C?60°C

方法

組裝方式方式

機(jī)臂可拆卸架設(shè)時間10分鐘

方法

飛機(jī)操控

操控方式方式

旋翼尺寸29寸全碳纖維空心槳全自主起飛降落

方法

3.4傳感器system

3.4.1SonyA7r相機(jī)

傳感器是采用SonyA7r相機(jī)，相機(jī)幅面為7360*4912像素，35mm蔡司定焦鏡頭。

主要性能相機(jī)圖示

外形尺寸127*94*48mm

機(jī)身特性全畫幅微單

傳感器類型CMOS

傳感器尺寸35.9X24mm

有效像素3600萬

JlA。?

電池類型鋰電池(NP-FW50)

存儲卡類型SD/SDHC/SDXC卡

快門速度30-1/8000秒

感光度ISO100-25600

3.4.2iGCS-1高清數(shù)字圖傳system

iGCS-1高清數(shù)字圖傳主要用于無人機(jī)及廣播電視視頻圖像實(shí)時傳輸?shù)臄?shù)字systemo發(fā)射

機(jī)采用國際先進(jìn)的COFDM（多載波編碼正交頻分復(fù)用）調(diào)制先進(jìn)技術(shù)和H.264編碼先進(jìn)技術(shù),

可傳輸最高1080P高清畫質(zhì)。地面接收站采用雙天線冗余接收，傳輸距離更遠(yuǎn)更可靠，顯示屏

采用高亮屏，具備強(qiáng)光下清晰可見的特點(diǎn)，能夠在移動速度較快的無人機(jī)上使用。

1）iGCSl-TX機(jī)載發(fā)射機(jī)

圖3.4iGCSl-TX機(jī)載發(fā)射機(jī)

主要先進(jìn)技術(shù)指標(biāo):

傳輸分辨率1920X1080,60P/50P信道帶寬2M-8M

工作電壓DC7.2-14.8V輸出功率0.1W-2W可調(diào)

平均工作電流1.2A前向糾錯1/2、2/3、3/4、7/8

平均工作功耗14.5W保護(hù)間隔1/32、1/16、1/8、1/4

機(jī)載膠棒天線2dBm視音頻輸入HDMI接口

傳輸距離5km@100m（可選）視頻壓縮符合H.264先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

端到端時延500ms音頻格式MPEG-2@ML4:2:0

調(diào)制方式方式

COFDM射頻接口SMA母頭

方法

調(diào)制映射16QAM產(chǎn)品尺寸70mmX80mmX28mm

工作頻率340MHz±50MHz工作溫度-25℃?75℃

視頻制式PAL/NTSC重量180g（含散熱風(fēng)扇）

2）iGCSl-RX地面接收站

圖3.5iGCSl-RX地面接收站

特點(diǎn)：

1.地面雙接收天線設(shè)計，避免運(yùn)動過程中的馬賽克和卡頓;

2.接收機(jī)可直接插U盤錄像，不需要單獨(dú)配置視頻采集卡；

3.可以設(shè)置47組頻點(diǎn)數(shù)據(jù)；

4.具備信號強(qiáng)度量化和LED顯示功能；

5.地面站具備高亮屏顯示，可適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境工作；

6.內(nèi)置高效鋰電池，充滿電后可持續(xù)工作8h；

7.可拓展ipad等，實(shí)現(xiàn)便攜式地面站快速轉(zhuǎn)換；

8.支持一鍵切換一站多機(jī)的工作模式；

主要先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)：

傳輸分辨率1920X1080,60P/50P信道帶寬2M-8M

工作電壓DC7.2-14.8V輸出功率0.1W-2W可調(diào)

平均工作電流0.65A前向糾錯1/2、2/3、3/4、7/8

平均工作功耗7.8W保護(hù)間隔1/32、1/16、1/8、1/4

地面吸盤天線5.5dBm視音頻輸出HDMI,CVBS復(fù)合同步

接收靈敏度(dBm)106視頻解碼符合H.264先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

端到端時延500ms(低延時)音頻格式MPEG-2@ML4:2:0

調(diào)制方式方式方法COFDM調(diào)試接口RS-232

調(diào)制映射16QAM產(chǎn)品尺寸447X427X109mm

工作頻率46MHz-860MHz可調(diào)工作溫度-25°。?75℃

視頻制式PAL/NTSC重量6000g

3.4.3iCamH3紅外熱成像system

紅外傳感system是用紅外線為介質(zhì)的測量system,按探測機(jī)理可分成為光子探測器和熱

探測器。紅外熱成像運(yùn)用光電先進(jìn)技術(shù)檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉(zhuǎn)換

成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計算出溫度值。紅外熱成像先進(jìn)技術(shù)使人類

超越了視覺障礙，由此人們可以看到物體表面的溫度分布狀況。

圖3.6iCamH3紅外熱成像system

性能參數(shù):

紅外熱像性能參數(shù)

熱靈敏度0.03℃（在30℃）標(biāo)準(zhǔn)鏡頭空間分辨率0.68mrad

熱像儀數(shù)據(jù)幀頻50/60HZ數(shù)字變焦1X-4X

非制冷焦平面，像素

探測器測溫范圍-20℃-150℃

數(shù)640x480

工作波段8-14um測溫精度±2℃或者士2%

自動化捕捉最高溫度點(diǎn)并將溫度實(shí)

視場角25°xl8.7°最局溫度自動化跟蹤

時疊加顯示在被頃上

3.5Pix4d無人機(jī)影像處理system

Pix4dmapper全自動化無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件，是由瑞士Pix4d公司自主研發(fā)的一款無人機(jī)

數(shù)據(jù)和航空影像處理軟件。

量Pix4DmapperPro-yangzhou_0803

項(xiàng)目處理視圖地圖視圖幫助

本地處理▼本地處理

01.初始化處理畫2.點(diǎn)云粕教香口3.網(wǎng),正射彩像和指數(shù)

日志,出當(dāng)髓：值

-總：1.|2.0/18

處理送孽輸出狀態(tài)..一開始靠助