中海达无人机铁路安全监测方案

天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）无人机铁路安全监测方案天津腾云智航科技有限公司2016年1天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）无人机铁路安全监测方案1铁路安全监测概述铁路是国家的重要基础设施、国家的大动脉、大众化交通工具。铁路已进入高速发展阶段，时速可达350km/h左右，每年投资达到上万亿人民币，在综合交通体系中处于骨干地位。随着铁路里程和技术的快速发展，给我们的生活带来了诸多的便利，同时，铁路安全问题也面临着日益严峻的考验。随着社会经济和科技的快速发展，对于铁路的安全监测要求越来越高，传统的人工巡检方式已经很难满足安全、高效的现代化需求，所以急需利用现代化科学技术产品来解决铁路安全监测面临的问题。铁路安全监测项目传统安全监测方式项目描述图示存在问题1、人工工作量大；2、工作效率低；主要针对铁路施工安全、施工进度等进行监测人工监测为主，地面仪器监测为辅铁路施工安全监测3、不能实时、全局掌控施工进度及安全；1、人工工作量大；人工巡检为主，

2、工作效率低；主要针对铁路日常受损维护及运营安全等进行监测铁路安全日常巡检直升机或小型消费级无人机为辅3、直升机使用费用高，安全隐患多，操作复杂；4、消费级小型无人机工作效率低，监测分辨率低；主要指对大风、雨雪、泥石流、地震等1、人工工作量大；人工巡检为主，

2、工作效率低；铁路防灾

自然灾害以及铁路安全监测

路段异常落物等威胁铁路安全的因素直升机应急监测为辅3、直升机使用费用高，安全隐患多，操作复杂；进行监测3天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）2无人机铁路安全监测2.1无人机铁路安全监测优势近年来，中小型无人机发展迅猛，无人机在铁路方面的应用前景值得期待。无人机自身具有携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行等优势，在铁路安全监测中相较于传统方式具有明显的优势：1、无人机在铁路施工中，可将施工场地情况通过图传设备实时回传至指挥中心，提高铁路施工安全监测的实时性和全局性，使用方便，工作效率高；2、在铁路线路遭受地震、泥石流等不可抗力破坏的情形下，采取无人机系统进行铁路应急业务，有利于铁路相关部门及时掌握铁路实时信息；3、有利于定期对线路及周边情况进行定点巡检，及时掌握铁路运行情况，确保铁路运行的安全。图

2.1无人机在铁路安全监测的应用4天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）2.2无人机铁路安全监测具体解决方案2.2.1无人机铁路施工安全监测铁路施工，都呈条带状分布，施工线路很长，施工时单纯依靠传统的人工监测，不仅工作量大，工作效率低，难以从全局去把控施工进度及施工安全问题。随着无人机技术的快速发展，无人机在铁路施工安全监测方面的应用引起了相关部门的高度重视。近年来，无人机市场发展火热，各种大、中、小型多用途的无人机相继出现。其中，大疆无人机主要以消费级无人机迅速占领民用无人机市场，是国内外消费级无人机市场的佼佼者。鉴于无人机如此火热的市场前景，中海达作为测绘仪器设备的代表，也开始自主研发和生产无人机，并迅速将iFly无人机推向了测绘行业应用各个领域。相较于市场其他消费级无人机、准专业级无人机，在施工安全监测方面具有其自身的优势，主要体现如下：1、iFly无人机机型丰富，既有固定翼无人机，又有旋翼无人机，能够适应多种用途和使用环境；2、iFly无人机可搭载高清摄像机、高清图传设备、热红外成像系统、倾斜相机等多种传感器，可供用户的选择更多；3、iFly固定翼无人机续航时间可达到90分钟，旋翼无人机续航时间可达70分钟，续航时间更长，工作效率更高；4、iFly无人机飞行姿态更稳定，获取数据分辨率更高，数据精度更高，更适合航测作也要求；在项目施工中，可以利用iFlyD1四旋翼无人机平台搭载高清数字图传系统，将传感器采集的影像数据或者视频数据实时回传至地面指挥室，实现铁路施工进度和安全的实时监测管理。图

2.2无人机铁路施工安全监测5天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）具体软硬件配置如下表：iFlyU3固定翼无人机iFlyD1四旋翼无人机SonyA7r（标配）飞行平台传感器硬件iGCS-1高清数字图传系统Pix4Dmapper后处理软件2.2.2无人机铁路安全日常巡检铁路运营的安全性，直接关乎着国家的经济利益和公民的人身安全问题。因此，对于铁路线路的日常巡检工作的效率、精确度、安全性等要求更高。鉴于铁路线路的复杂性和巡检的安全性考虑，目前无人机在铁路线路的巡检工作应用很少。随着随着无人机技术的不断完善、不断成熟，再加上无人机在进行巡检任务时的低成本、高效率等特点，无人机在线路巡检方面应用会日益增多，也会发挥其独有的优势。在铁路安全日常巡检任务中，可以利用多旋翼无人机飞行平台搭载高清数字图传系统，实时将监测画面回传至地面控制中心，获取实时高分辨率线路状态数据及媒体视频数据，也可以通过搭载热红外成像系统，实现夜间铁路线路的巡查工作，从而实现铁路线路24小时安全巡检。图

2.2无人机铁路安全日常巡检具体软硬件配置如下表：iFlyU3固定翼无人机飞行平台iFlyD1四旋翼无人机硬件SonyA7r（标配）传感器iGCS-1高清数字图传系统6天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）iCamH3红外热成像系统后处理软件Pix4Dmapper2.2.3无人机铁路防灾安全监测随着铁路的不断提速，大风、雨雪、泥石流、地震等自然灾害以及铁路路段异常落物等因素对铁路运营的安全工作存在巨大威胁。利用无人机系统机型铁路防灾安全监测任务，可以实时将铁路路基、路面状况实时回传至地面监测中心，工作效率高、使用方便，可以很好地为监测中心进行铁路应急处理提供支撑。在铁路防灾安全监测中，可以利用固定翼无人机搭载高清数码摄影系统，快速获取大范围高分辨率航摄像片，通过后处理软件系统快速得到大范围正射影像图，可以很清晰地反映铁路路基、路面现状等；也可以通过多旋翼无人机搭载高清数字图传设备，实时将铁路路基、路面图片或视频数据回传至监测中心，为监测中心决策提供有力支持。图

2.3无人机铁路防灾安全监测具体软硬件配置如下表：iFlyU3固定翼无人机飞行平台iFlyD1四旋翼无人机硬件SonyA7r（标配）传感器iGCS-1高清数字图传系统后处理软件Pix4Dmapper7天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）3公司及产品介绍3.1公司简介天津腾云智航科技有限公司是中海达旗下致力于无人机产品销售及研发制造于一体的子公司，公司拥有一支以高水平技术带头人为核心的研发团队，凝聚力强、创新力强，有多年大型国企研发经验，公司坐落于天津自贸区空港经济区创业创新中心，目前拥有500多平米的现代化办公场所。公司依托于中海达集团的优势，扎根于测绘行业，致力于打造测绘行业无人机系统第一品牌。图3.1公司外景图3.2产品线汇总公司产品主要包括

iFly-U3电动固定翼无人机、iFly-D1多旋翼无人机、传感器系统及数据处理软件等。其产品线汇总表如下：类别型号iFlyU3备注固定翼无人机旋翼无人机标配

SonyA7r标配

SonyA7riFlyD1高清清数字图传系统红外热成像系统倾斜摄影相机iGCS-1iCamH3iCamQ5Pix4DmapperDP-Modeler后处理软件8天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）3.3iFly无人机平台介绍3.3.1iFly-U3电动固定翼无人机图3.2iFly-U3电动固定翼无人机1、特点1）易携带，易培训iFly-U3飞机操作极简单，可直接参照操作说明书操作，完全没有经验者，培训24小时内即可结业。2）高效作业iFly-U3标配3600万像素的SonyA7r相机，不仅航时长，同时飞行作业速度快，达到85km/h的平均时速，在同等条件下，作业面积更大、更高效。3）腹部开伞设计iFly-U3采用腹部开伞，下反翼尖设计，大大提高开伞成功率，同时飞机背部着地降落，更好的保护好了飞机的眼睛--相机。4）小翼展，大载荷iFly-U3属于1.7m小尺寸翼展无人机，最大载荷达到1.5kg，可以选配多种传感设备进行组合，同时也支持直接升级RTK技术。2、性能参数最大起飞重量机体尺寸（m）机体材质5.5千克1.70*0.84*0.18航空复合蜂窝材料90分钟最大载荷标配1.5kgSonyA7R20公里载荷系统飞行系统地面站系统控制半径平面精度续航时间RTK技术±8mm+1ppm9天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）（选配）工作环境飞行速度飞行高度动力装置动力电池起飞85km/h4000m（最大海拔高）后推专业定制电机高性能锂电池弹射起飞高程精度抗风性能工作温度抗雨能力架设时间操控方式±15mm+1ppm6级风-20°C～60°C小雨10分钟飞机操控降落定点伞降全自主起飞降落3.3.2iFly-D1多旋翼无人机图3.3iFly-D1多旋翼无人机1、特点1）具备手动、增稳、自主等多种飞行模式，抗风性能好；2）碳纤维复合材料加工制造工艺，质量轻，抗冲击和抗疲劳性好；3）操作简单，适应多种复杂地理环境；4）抗电磁环境干扰能力强、系统电磁兼容性好；5）续航时间长。2、性能参数起飞重量荷载能力轴距8kg3kg标配选配SonyA7R载荷系统倾斜相机、高光谱相机、图1.1m传系统+摄像机、红外相机等机体尺寸（m）机体材质1.8*1.8*0.4853k高强度预侵碳纤维70min飞行系统控制半径选配10km地面站系统续航时间ADS-8空域监管系统±8mm+1ppm飞行速度10m/s平面精度高程精度RTK技术（选配）飞行高度4000m±15mm+1ppm10天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）110kv-175kv顶级无刷动力装置动力电池抗风性能抗雨性能6级风电机20000mAH高性能锂环境小雨电池起降方式组装方式旋翼尺寸垂直起降机臂可拆卸工作温度架设时间操控方式-20°C～60°C10分钟飞机操控29寸全碳纤维空心桨全自主起飞降落3.4传感器系统3.4.1SonyA7r相机传感器是采用SonyA7r相机，相机幅面为7360*4912像素，35mm蔡司定焦镜头。主要性能127*94*48mm相机图示外形尺寸机身特性传感器类型传感器尺寸有效像素电池类型存储卡类型快门速度感光度全画幅微单CMOS35.9×24mm3600万锂电池（NP-FW50）SD/SDHC/SDXC卡30-1/8000秒ISO100-256003.4.2iGCS-1高清数字图传系统iGCS-1高清数字图传主要用于无人机及广播电视视频图像实时传输的数字系统。发射机采用国际先进的COFDM（多载波编码正交频分复用）调制技术和H.264编码技术，可传输最高1080P高清画质。地面接收站采用双天线冗余接收，传输距离更远更可靠，显示屏采用高亮屏，具备强光下清晰可见的特点，能够在移动速度较快的无人机上使用。1）iGCS1-TX机载发射机11天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）图3.4iGCS1-TX机载发射机主要技术指标:传输分辨率工作电压1920×1080，60P/50PDC7.2-14.8V1.2A信道带宽输出功率前向纠错保护间隔视音频输入视频压缩音频格式射频接口产品尺寸工作温度重量2M-8M0.1W-2W可调平均工作电流平均工作功耗机载胶棒天线传输距离1/2、2/3、3/4、7/81/32、1/16、1/8、1/4HDMI接口14.5W2dBm5km@100m（可选）500ms符合H.264技术标准MPEG-2@ML4:2:0SMA母头端到端时延调制方式COFDM调制映射16QAM70mm×80mm×28mm-25℃～75℃工作频率340MHz±50MHzPAL/NTSC视频制式180g（含散热风扇）2）iGCS1-RX地面接收站12天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）图3.5iGCS1-RX地面接收站特点：1.地面双接收天线设计，避免运动过程中的马赛克和卡顿；2.接收机可直接插U盘录像,不需要单独配置视频采集卡；3.可以设置47组频点数据；4.具备信号强度量化和LED显示功能；5.地面站具备高亮屏显示，可适应强光环境工作；6.内置高效锂电池，充满电后可持续工作8h；7.可拓展ipad等，实现便携式地面站快速转换；8.支持一键切换一站多机的工作模式；主要技术指标：传输分辨率工作电压1920×1080，60P/50PDC7.2-14.8V0.65A信道带宽输出功率前向纠错保护间隔视音频输出视频解码音频格式调试接口2M-8M0.1W-2W可调平均工作电流平均工作功耗地面吸盘天线接收灵敏度（dBm）端到端时延1/2、2/3、3/4、7/81/32、1/16、1/8、1/4HDMI,CVBS复合同步符合H.264技术标准MPEG-2@ML4:2:0RS-2327.8W5.5dBm106500ms（低延时）COFDM调制方式13天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）调制映射工作频率视频制式16QAM46MHz-860MHz可调PAL/NTSC产品尺寸447×427×109mm-25℃～75℃6000g工作温度重量3.4.3iCamH3红外热成像系统红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以看到物体表面的温度分布状况。图3.6iCamH3红外热成像系统性能参数：红外热像性能参数热灵敏度0.03℃（在

30℃）50/60HZ标准镜头空间分辨率数字变焦0.68mrad1X-4X热像仪数据帧频非制冷焦平面，像素数

640×480探测器工作波段视场角测温范围测温精度-20℃-150℃8-14um±2℃或者±2%自动捕捉最高温度点并将温度实时叠加显示在视频上25°×18.7°最高温度自动跟踪14天津腾云智航科技有限公司（中海达旗下子公司）3.5Pix4d无人机影像处理系统Pix4dmapper全自动无人机数据处理软件，是由瑞士Pix4d公司自主研发的一款无人机数据和航空影像处理软件。图3.4Pix4d软件界面1、特点1）高性能Pix4Dmapper利用自己独特的模型，可以同时处理多达10000张影像；可以处理多个不同相机拍摄的影像；可以将多个架次数据合并成一个工程进行处理。2）简单化Pix4Dmapper操作简单，不需专业知识，飞控手就能够处理和查看结果，并把结果发送给最终用户。3）专业化Pix4Dmapper通过软件自动空三计算原始影像外方位元素。利用Pix4Dmapper的技术和区域网平差技术，自动校