\"5G+無人機”技術在高速公路巡檢中的實踐研究

引言

作為現代綜合運輸體系的核心樞紐，高速公路的安全運行水平對經濟社會發展會產生深遠影響。傳統巡檢模式以人力巡視為主要形式，實際作業中會出現巡查效率低下、安全隱患突出、數據更新滯后等問題。隨著飛行器技術的迭代升級，空中機器人逐漸成為路網巡檢的關鍵技術手段?，F行無人機巡檢方案仍面臨傳輸時延較大、遠程操控可靠性不足等現實挑戰。第五代移動通信網絡的商用部署為空中巡檢裝備提供了強健的通信保障，從數據吞吐量到網絡可靠性都實現了代際提升，這種技術耦合效應正持續推動新一代智能巡檢體系在道路基礎設施管理領域落地生根。

1.‘ Ω^?5G+ 無人機”技術概述

1.15G技術特點

建設“ 5G+ 智慧公路”，以智慧公路服務于“安全、管理、服務”為總體目標，定位為解決實際問題及引領未來智慧公路發展作為移動通信領域核心力量。5G技術展現出三大核心特征：（1）高帶寬：5G網絡峰值速率達到數十Gbps級別，海量數據傳輸需求得到充分滿足，基于該特性的實時視頻監控系統正重構高速公路巡檢模式，路面異常狀態識別時效性提升。（2）低時延：網絡延遲壓縮至毫秒級維度，即時響應系統構建獲得技術支撐，應急指令傳輸與設備操控形成雙向閉環，當橋梁裂縫檢測系統觸發報警時，操控中心響應速度較4G時代提升。（3）大連接：單平方公里區域支持百萬設備接入，使得路側單元部署密度突破傳統限制，路基沉降監測儀與氣象傳感器組成的物聯矩陣，可與空域作業的多架無人機實現毫秒級數據交互。

1.2無人機技術特點

無人駕駛飛機簡稱無人機，英文簡稱“UAV”（unmannedaerialvehicle），是一種利用無線電遙控技術和自備程序控制裝置的不載人飛行器。航空器演進史掀開新篇章，旋翼飛行器呈現多項技術突破：（1）靈活性強：無人機配置垂直升降模塊，復雜地形巡檢作業具備突出適應性，山區公路連續彎道監測場景中，機動性能指數較車載設備提升，海拔落差300米路段可實施連續性數據采集。（2）監測范圍廣：集成多光譜感知模塊的無人機系統，高速公路全路段掃描效率提升顯著，雷達成像單元與紅外相機協同運作時，單架次有效巡檢里程從12公里拓展至35公里，瀝青路面微裂縫檢出率超過 90% 。（3）成本低：無人系統全生命周期成本顯著低于傳統飛行器，周期性巡檢任務的經濟性優勢持續凸顯。

2.\" 5G+ 無人機”技術在高速公路巡檢中的實踐應用價值

2.1巡檢效率提升

空中設備巡航速率顯著超越傳統方式?；谌斯さ难膊樾枰L時間分段步檢，耗時久且受制于地形與路況3。山區高速路況復雜時，地面交通受阻導致人工巡檢停滯，搭載智能視覺系統的飛行器可以輕松跨越障礙，單次任務覆蓋數公里路段；精準捕捉路基裂紋、橋梁位移、涵洞滲漏等結構異常，建立全路域動態監測網絡。結合5G網絡大帶寬特性，巡檢素材秒級回傳控制中心，在作業周期壓縮的同時，數據采樣密度提升三倍。

2.2安全性增強

機械自動化方案消除傳統模式下的多重隱患[4。分段步檢的養護人員在車流中穿行、攀爬高架橋的作業方式隱含多重風險，遇到雨雪極端天氣更會加劇操作難度。遙控設備的介入使勘察人員退至指揮臺，物理接觸路面的頻率降低。深度學習算法持續優化避障路徑規劃，失誤率控制在 0.3% 以內；云端數字孿生系統同步構建三維路網模型，在潛在塌方區域提前標注，風險處置響應時間縮短。

2.3數據實時性提高

5G通信體系構成技術方案的關鍵支撐。每平方公里巡檢數據流的傳輸時長從傳統4G網絡的3分鐘壓縮為700毫秒，實現了實時回傳；路側邊緣計算節點自動提取裂縫寬度、沉降幅度等18項核心參數。突發性路面坑槽在形成12秒內觸發預警信號，車流量調控預案隨即啟動。道路養護部門依據毫米級精度的點云數據，可精準核算施工材料用量，維修窗口期由平均6小時縮減至90分鐘5]。

2.4決策支持優化

巡檢數據動態采集觸發業務系統多維度運算解析，為決策規劃提供實時數據支撐，云端部署的大數據架構持續分析道路狀態變化，動態識別安全隱患自動生成養護方案，提升維保措施執行效率。檢測到道路裂縫或沉降現象時，平臺毫秒級生成處置預案，基于行為數據建模預判周期性養護節點，科學調配施工資源，維持路網通行效能。

3.‘ 5G+ 無人機”技術在高速公路巡檢中的應用設計

3.1系統架構

基于5G網絡與無人機技術的高速公路巡檢體系包括四部分核心組件：飛行設備載體、第五代通信系統、中央控制平臺、應用模塊。每個構成單元都存在獨特價值，并形成功能閉環。

3.1.1飛行設備載體

作為系統物質基礎，配備高性能傳感器設備的飛行單元承載著數據獲取功能。典型配置方案包含4K攝像裝置、紅外熱成像設備、激光距離測量儀，覆蓋不同維度的路面信息采集需求。數字成像器件可以捕捉瀝青表層可見損傷，裂紋、凹陷等缺陷清晰顯現。熱信號監測儀器能夠識別溫度異常區域，暗示潛在結構缺陷或積水隱患。非接觸式激光器可以構建道路三維模型，輔助測算交通標識物尺寸參數。

3.1.2第五代通信系統

實現每秒吉比特級傳輸速率的蜂窩網絡，構成關鍵信息鏈路，相較于前代通信協議，傳輸時延縮減至毫秒量級、頻譜效率提升十余倍，高清視頻流與熱力分布數據實現無卡頓回傳。覆蓋范圍延展使得長距離跨區域巡檢成為可能，連續飛行30分鐘無須更換基站節點。

3.1.3中央控制平臺

具備多維度管理能力的云端處理中樞部署多種功能模塊，可進行實時飛行軌跡監控、任務序列生成、原始數據清洗等。操作者能同步查看六旋翼飛行器的高度坐標、電池余量、傳感器工作參數。設備集群調度系統支持多架無人機協作執行任務，動態調整優先級隊列，分析引擎對原始圖片進行邊緣計算，標注異常坐標并生成初步診斷結論。

3.1.4應用模塊

數據價值轉化層對接具體養護業務場景，根據異常坐標分布自動生成工單派發至維修班組。系統內置道路健康評估模型，結合歷年檢測報告預測結構性能衰減曲線。依據裂縫寬度、坑洞深度等量化指標觸發不同響應等級，決策周期由傳統72小時縮短至6小時以內。

3.2關鍵技術

3.2.1飛行器自主作業

預設航路規劃技術支撐無人值守巡檢模式，三維軌跡算法融合道路線形參數與氣象監測數據。避障雷達實時掃描障礙物空間坐標，飛控計算機以每秒50次頻率修正航向角與高度值，多模態環境感知系統消除惡劣天氣干擾。電池管理系統動態計算剩余航時并觸發自動返航指令。同時，異常特征捕捉算法自動標定橋梁伸縮縫位移、隧道襯砌脫落等結構缺陷。當橫向裂縫寬度超過設定閾值時，GIS地圖標記告警坐標并通過短信網關觸發三級應急響應流程。

3.2.2低時延數據傳輸

物理層正交頻分復用技術將信道傳輸延遲壓縮至10ms以內。1.8GHz頻段專網保障多路4K視頻同步回傳，信道編碼方案有效對抗多普勒效應造成的信號衰減。視頻流分辨率達 3840×2160 像素，單日巡檢數據量突破3TB，全幀率解碼工作站支持十六畫面同屏顯示，關鍵幀截取耗時控制在200毫秒內。

3.2.3遠距操控系統

基于TCP/IP協議的分布式控制系統支持跨省域設備操控。操作臺配備六自由度搖桿與觸控面板，飛行參數變更指令可在800毫秒內完成閉環。在遭遇突發強風或電磁干擾時，應急切換模塊立即將控制權移交人工操作模式，雙冗余鏈路設計確保信號失聯概率低于 0.03% □

3.2.4智能數據處理

卷積神經網絡對巡檢圖像進行語義分割，將道路表面像素歸類為正常、龜裂、沉陷等7種狀態。點云數據經過配準拼接形成厘米級精度三維模型，機器學習模塊每月迭代缺陷識別模型，誤報率從初始 15% 逐步降至 4.7% 。預測性維護方案依據路面疲勞損傷模型推算最佳養護時間窗口，材料用量預算誤差縮小至 ±5% 區間。

4.“ 5G+ 無人機”技術在高速公路巡檢中的實踐應用案例分析

4.1橋梁巡檢

高速公路橋梁承載著交通運輸的重要功能，結構是否穩定直接影響道路安全，常規檢測依賴技術人員攀爬觀察，效率低且存在視覺盲區。傳統光纖專網的建設成本高，業務開通時間長，在橋梁高架等特殊地形場景下有較大局限性，無法滿足廣域的泛在接入需求。而搭載高清攝像頭與紅外熱像儀的巡檢無人機可打破傳統作業模式，實現多維度立體化檢測。同時，空中設備持續捕捉橋體表面細節，高分辨率傳感器精準識別0.2毫米級裂縫，金屬構件的氧化痕跡、混凝土剝落現象一覽無余，熱成像系統同步監測應力集中區域溫度場異常，深層結構隱患被提前預警。此外，5G網絡構建即時數據傳輸通道，每秒1GB的傳輸速率保障毫米波雷達掃描數據即時回傳，邊緣計算服務器同步生成三維點云模型，維護團隊可隨時調取動態監測圖譜，養護方案依托精準參數調整維護優先級。

例如，湖北交投智能檢測股份有限公司的京港澳高速改擴建漢江特大橋頗具代表性，公司通過“互聯網 + 智能監測”的創新模式，運用北斗衛星導航技術、5G移動通信技術，采用GNSS、電阻式壓力環等自動化監測設備，對塔偏、索力等參數進行實時在線監測，確保橋梁建設全過程關鍵參數得到準確及時的“診斷”，極大地提高了監測效率和準確性。

4.2路況監測

隨著無人機技術日趨成熟與5G網絡的全面展開，“ 5G+ 無人機”方案在高速公路巡檢工作中日漸體現出其便利性和應用價值]。在 ^…50+ 無人機”的支持下，旋翼飛行器與固定翼機型形成高低空協同觀測網。

浙江省交通投資集團主導的高速公路巡檢工作培訓中，共15名無人機愛好者參加，培訓包括理論知識素養和操控技能兩大部分，內容涵蓋了無人機系統組成、飛行原理和性能、無人機的發射和回收等。學員對這門新興技術具有濃厚興趣，在教員的帶領下，大家主動學習了《無人機相關管理辦法及民航相關規定》、無人機拆裝注意事項、日常維護與保養維修等相關規定要求，并進行了無人機現場試飛操作。下一步，該單位將選拔一批業務骨干參加無人機駕駛資質考試?？萍肌袄鳌钡倪\用將大大提高高速公路管理的工作效率及對突發事件、自然災害的處置能力[]。突發性交通事件觸發自動巡航機制，事故現場150米范圍內3分鐘內必有無人機抵達。同時，云計算平臺整合浮動車數據與航拍影像，暴雨天氣時仍能準確識別積水路段，擁堵成因分析精確到具體事故車輛，應急車道占用監測誤差不超過0.5米，動態限速指令通過可變情報板15秒內完成更新。

4.3應急響應

目前，利用無人機實現高速公路日常巡檢和應急處置作業，已成為改變傳統人工巡查作業方式、提升高速公路巡查養護和應急處置效率的創新模式[12]。尤其是地質災害導致道路中斷時，垂直起降無人機穿透雨幕執行勘察任務，合成孔徑雷達測繪滑坡體方量，傾斜攝影技術再現損毀橋梁三維形態。

例如，?；愤\輸車輛側翻事故中，西安市交通運輸綜合執法支隊利用智能5G布控球系統與無人機的積極配合，在西安北站地區進行了非法營運車輛信息的實時采集、預警、反饋，確保對長期盤踞在西安北站、曲江景區等重點區域的非法營運車輛的精準打擊[13]。南京市大型商場火災應急處置演練案例中，無人機被操控升空，對火場進行全方位俯瞰，實時監測火情動態。通過無人機傳輸的高清熱成像畫面，高噴車得以精準定位并迅速滅火，確保了救援工作的高效與及時[4]

結語

4 5G+ 無人機”技術的應用重構了傳統作業模式，效率得到優化，人力投入有效削減，橋梁巡檢、路況監測、應急響應精度顯著提升?；?G通信網絡的集中管控平臺支撐起系統性革新，實時數據得以同步傳輸，遠程指令精準操控，智能管理模塊逐步完善，巡檢體系的數字化迭代已然展開。5G與無人機的深度融合將深入參與高速公路系統運作，交通流態智能調控機制逐步成型，路網通行潛力持續釋放。

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作者簡介：陳文雄，本科，高級工程師，2694769306@qq.com，研究方向：移動通信網絡規劃和工程建設、低空經濟。