隨著UAVs、eVTOLs和其他低空技術(shù)的成熟，低空技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用場(chǎng)景愈發(fā)廣泛，并且展現(xiàn)了巨大的潛力。以下介紹低空與軌道交通融合的幾個(gè)未來應(yīng)用場(chǎng)景，這些場(chǎng)景將極大提升軌道交通系統(tǒng)的管理效率、服務(wù)質(zhì)量和安全性。
一、低空經(jīng)濟(jì)助力軌道交通運(yùn)營(yíng)優(yōu)化：提升安全與效率
在管理賦能方面，構(gòu)建“AI+無人機(jī)”系統(tǒng)，通過多機(jī)協(xié)同作業(yè)，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空地協(xié)同巡檢、異物侵限監(jiān)控等功能，深度融入軌道交通管理體系，解決安全、效率和管理痛點(diǎn)，推動(dòng)行業(yè)從人工作業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型，開創(chuàng)“低空+軌道”融合新模式。
1.1 設(shè)施巡檢與異物侵限監(jiān)測(cè)
在軌道交通系統(tǒng)中，定期的設(shè)施巡檢和異物侵限監(jiān)控一直是保障安全和效率的關(guān)鍵任務(wù)。傳統(tǒng)人工巡檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以全面覆蓋，尤其在難以到達(dá)的區(qū)域存在安全風(fēng)險(xiǎn)和效率瓶頸。全自動(dòng)無人機(jī)搭載高清攝像頭、激光雷達(dá)和紅外傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)施狀態(tài)，快速發(fā)現(xiàn)損壞、裂紋等問題，自動(dòng)生成巡檢報(bào)告并預(yù)警故障，克服人工巡檢的滯后性。
在異物侵限監(jiān)控方面，無人機(jī)技術(shù)的引入極大地提升了監(jiān)控的精度和反應(yīng)速度。相比傳統(tǒng)的地面巡邏和固定攝像頭，無人機(jī)通過實(shí)時(shí)飛行巡查，尤其在偏遠(yuǎn)或復(fù)雜地形區(qū)域，可快速識(shí)別樹枝、垃圾、車輛等威脅列車運(yùn)行的異物。搭載智能算法的無人機(jī)能自動(dòng)標(biāo)記侵限物體并觸發(fā)報(bào)警，迅速通知控制中心處理，大幅提高巡檢效率和準(zhǔn)確性，降低人工巡檢的風(fēng)險(xiǎn)與誤差。
1.2 施工區(qū)域監(jiān)控
無人機(jī)技術(shù)革新了軌道交通施工安全管理。通過高清攝像頭和高精度傳感器，無人機(jī)可全面監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)，精準(zhǔn)追蹤人員活動(dòng)，實(shí)時(shí)識(shí)別違章行為(如未佩戴安全裝備、高空作業(yè)不規(guī)范等)，并將數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸至管理人員，確保及時(shí)處理，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)，結(jié)合高精度GIS技術(shù)，無人機(jī)可精確監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域，確保施工活動(dòng)不超范圍，避免安全隱患和法律糾紛。無人機(jī)按預(yù)定路徑定期或不定期巡查，實(shí)時(shí)捕捉施工進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)超范圍施工并及時(shí)上報(bào)。同時(shí)，無人機(jī)還能監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境，檢測(cè)不合規(guī)活動(dòng)或外來物體，保障內(nèi)部和周邊安全，避免外部干擾風(fēng)險(xiǎn)。
無人機(jī)讓施工現(xiàn)場(chǎng)管理更精細(xì)智能，實(shí)時(shí)全面監(jiān)控助力管理人員快速發(fā)現(xiàn)問題，提升施工效率與安全。其記錄的數(shù)據(jù)和畫面為工程審計(jì)、糾紛解決和安全評(píng)估提供重要依據(jù)，確保施工過程透明規(guī)范。
1.3 保護(hù)區(qū)巡檢與環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
軌道交通保護(hù)區(qū)對(duì)環(huán)境監(jiān)控要求高，尤其在高密度城市或復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境。低空技術(shù)如UAVs和eVTOLs結(jié)合AI算法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，憑借機(jī)動(dòng)性和空中視角，成為智能化巡檢重要工具，提升保護(hù)區(qū)管理效率和響應(yīng)速度。
無人機(jī)技術(shù)在異常生產(chǎn)活動(dòng)和環(huán)境監(jiān)控中的應(yīng)用至關(guān)重要。通過定期巡檢，無人機(jī)可實(shí)時(shí)識(shí)別未授權(quán)的施工活動(dòng)，如非法建筑或破壞性施工，利用高清攝像頭和傳感器捕捉圖像，通過智能算法分析并及時(shí)報(bào)警，防止安全事故發(fā)生。同時(shí)，無人機(jī)監(jiān)控保護(hù)區(qū)內(nèi)的堆積物和環(huán)境污染，精準(zhǔn)檢測(cè)建筑廢料或雜物堆積，防止其影響軌道設(shè)施安全。搭載多光譜傳感器、紅外成像和激光雷達(dá)等設(shè)備，無人機(jī)可在低能見度下監(jiān)測(cè)非法入侵、設(shè)備過熱等異常情況，并檢測(cè)地質(zhì)變化(如土壤沉降、巖體滑移)，提前預(yù)警，保障軌道交通安全運(yùn)行。無人機(jī)技術(shù)集成應(yīng)用使軌道交通保護(hù)區(qū)巡檢從人工模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝А⒕珳?zhǔn)、智能的監(jiān)控模式，大幅提升巡檢效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常活動(dòng)和潛在威脅。
1.4 隧道巡檢與設(shè)備維護(hù)協(xié)同優(yōu)化
隧道作為軌道交通中最復(fù)雜的環(huán)境之一，具有空間狹小、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，傳統(tǒng)巡檢方式效率低且存在安全風(fēng)險(xiǎn)。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了隧道巡檢的效率和安全性。通過集成人員識(shí)別技術(shù)，無人機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)控隧道內(nèi)人員活動(dòng)，自動(dòng)檢測(cè)未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的行為，保障施工安全。同時(shí)，配備紅外成像儀和高清攝像頭，無人機(jī)能精準(zhǔn)巡檢接觸網(wǎng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)施。紅外成像技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度變化，發(fā)現(xiàn)過熱或故障；高清攝像頭捕捉微小裂紋、腐蝕等隱患，實(shí)現(xiàn)設(shè)備早期檢測(cè)與及時(shí)維護(hù)，提升隧道安全管理水平。
無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)反饋，提升巡檢效率與精度，覆蓋了傳統(tǒng)方法難以到達(dá)的隧道角落，全面監(jiān)控每個(gè)環(huán)節(jié)。
1.5軌道異物清理
在軌道交通系統(tǒng)中，尤其是秋冬季節(jié)，落葉會(huì)顯著影響列車的制動(dòng)性能，降低軌道摩擦力，增加行車風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的人工清理方法效率低，且受天氣和作業(yè)時(shí)間的限制。為了解決這一問題，無人機(jī)技術(shù)提供了高效的解決方案。
無人機(jī)利用智能識(shí)別技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道落葉，并將數(shù)據(jù)回傳至控制中心。系統(tǒng)根據(jù)落葉附著程度分級(jí)處理：輕度附著區(qū)域啟動(dòng)下洗氣流裝置快速吹掃，重度附著區(qū)域觸發(fā)預(yù)警并實(shí)時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行參數(shù)。這種智能清理模式顯著提升了軌道維護(hù)效率，減少了人工清理的成本和時(shí)間。特別是在需要頻繁清理的區(qū)域，無人機(jī)能夠快速高效地完成任務(wù)，確保軌道的安全性。通過這種智能化清理方式，軌道交通系統(tǒng)的安全性得到了顯著提升，特別是在易積累落葉的季節(jié)和區(qū)域。
二、低空-軌道協(xié)同物流系統(tǒng)：最后一公里配送
軌道交通系統(tǒng)具有覆蓋面廣、運(yùn)力充足等優(yōu)勢(shì)，但在城市內(nèi)部物流，尤其是“最后一公里”配送上，傳統(tǒng)地面運(yùn)輸效率低下。為此，無人機(jī)與軌道交通系統(tǒng)結(jié)合，有效彌補(bǔ)了這一不足。
低空飛行技術(shù)憑借靈活高效的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)物流站點(diǎn)至車站的精準(zhǔn)配送，尤其適合城市中心區(qū)域。無人機(jī)在交通擁堵時(shí)通過空中通道完成“最后一公里”配送，顯著提升效率。軌道交通與低空飛行器協(xié)同運(yùn)作，構(gòu)建“軌道+低空”聯(lián)運(yùn)體系，軌道交通負(fù)責(zé)長(zhǎng)途運(yùn)輸，低空飛行器承擔(dān)短途配送，形成高效物流網(wǎng)絡(luò)。這一創(chuàng)新物流模式融合軌道交通的覆蓋優(yōu)勢(shì)與低空飛行的高效性，構(gòu)建“一網(wǎng)多用”的軌道物流體系，顯著提升配送效率并緩解交通擁堵。同時(shí)，低空物流可減少環(huán)境污染，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展，助力城市可持續(xù)建設(shè)。
通過結(jié)合軌道交通和低空物流，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高效的“最后一公里”配送，還能夠優(yōu)化城市物流體系，推動(dòng)物流行業(yè)向智能化、綠色化發(fā)展邁進(jìn)。
三、低空與軌道交通的多維載運(yùn)：探索新型出現(xiàn)方式
低空經(jīng)濟(jì)不僅可以在物流領(lǐng)域提供解決方案，還能在出行方面帶來革新。軌道+載人的模式結(jié)合了軌道交通的高效性與低空的靈活性，能夠?yàn)槭忻裉峁┝Ⅲw化、快捷化的出行服務(wù)(見圖1)。
圖1 協(xié)同發(fā)展方向3：低空+軌道載人融合出行
結(jié)合軌道交通的站場(chǎng)空間資源及各地豐富的自然旅游資源，通過數(shù)字化起降場(chǎng)與軌道交通站點(diǎn)結(jié)合，打造軌道+低空融合出行經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)，構(gòu)建主要站點(diǎn)至旅游景區(qū)或其他交通樞紐的空中交通線路，探索空軌聯(lián)運(yùn)出行應(yīng)用新業(yè)態(tài)。
通過低空載人飛行器(如eVTOLs)，市民可以在城市內(nèi)快速、便捷地進(jìn)行短途出行，避免地面交通的擁堵，提升出行效率。這種新型出行方式不僅能改善城市交通的擁堵問題，還能為居民提供更加靈活、多樣的出行選擇，推動(dòng)城市出行方式的創(chuàng)新和升級(jí)。
融合應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)
低空與軌道交通的融合應(yīng)用雖然為城市交通帶來了顯著的潛力，但在實(shí)際實(shí)施過程中，依然面臨諸多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)涉及產(chǎn)業(yè)鏈、政策、管理、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)多個(gè)方面，需要在未來的研究和實(shí)踐中持續(xù)解決和優(yōu)化。以下是低空與軌道交通融合應(yīng)用中所面臨的主要挑戰(zhàn)。
一、產(chǎn)業(yè)鏈挑戰(zhàn)
低空經(jīng)濟(jì)與軌道交通融合面臨多重產(chǎn)業(yè)鏈挑戰(zhàn)。在制造端，缺乏高可靠性、高安全性和高適應(yīng)性的行業(yè)級(jí)無人機(jī)系統(tǒng)[30]。同時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備難以滿足隧道、橋下等復(fù)雜環(huán)境的自主飛行需求，且高性能感知設(shè)備在無照明環(huán)境下的精度不足。通信基礎(chǔ)設(shè)施支持有限，難以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與軌道交通系統(tǒng)的高效實(shí)時(shí)通信，飛行監(jiān)視體系也無法覆蓋隧道等復(fù)雜區(qū)域。此外，軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施在無人機(jī)起降平臺(tái)規(guī)劃上存在不足，需要為無人機(jī)提供安全、高效的起降空間。
在低空運(yùn)行產(chǎn)業(yè)方面，缺乏無人機(jī)與列車協(xié)同調(diào)度機(jī)制，任務(wù)執(zhí)行效率與安全性亟待提升。在低空運(yùn)營(yíng)產(chǎn)業(yè)中，低空技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)尚不成熟，主要集中在巡檢和監(jiān)控領(lǐng)域，未能覆蓋更多軌道交通運(yùn)營(yíng)任務(wù)，需進(jìn)一步拓展場(chǎng)景并積累產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。這些挑戰(zhàn)需要通過技術(shù)創(chuàng)新和跨領(lǐng)域合作逐步解決。
二、政策與管理挑戰(zhàn)
低空經(jīng)濟(jì)與軌道交通的融合應(yīng)用面臨顯著的政策與管理挑戰(zhàn)，尤其是在空域管理和軌道交通管理的協(xié)調(diào)上。
軌道交通的應(yīng)用涉及開放空域和隧道內(nèi)空域的飛行任務(wù)。對(duì)于開放空域，空域管控已有明確的規(guī)范和管理主體。然而，隧道內(nèi)空間的飛行管理仍未形成統(tǒng)一的管理主體和規(guī)范。隧道內(nèi)的無人機(jī)飛行任務(wù)不同于開放空域，它要求更加精細(xì)化的管理和協(xié)調(diào)，但當(dāng)前在此方面的管理框架尚不成熟，需要進(jìn)一步明確相關(guān)政策和管理機(jī)制。
另外，城市軌道交通大多數(shù)線路位于城市核心區(qū)域，這些區(qū)域通常存在大規(guī)模的禁飛或限制飛行空域，這對(duì)無人機(jī)在軌道交通中的應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)。為了確保低空經(jīng)濟(jì)與軌道交通的有效融合，相關(guān)主管部門需要依據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)分析，制定更加精確的管理規(guī)定和飛行規(guī)則。這些規(guī)定不僅要確保空域安全，還需考慮無人機(jī)與城市其他交通工具的協(xié)同運(yùn)行。
三、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)挑戰(zhàn)
在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)層面，低空與軌道交通融合應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)體現(xiàn)在高成本投入與社會(huì)公眾的接受度上。首先，低空技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的初期投資較為昂貴。無人機(jī)技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及其與軌道交通系統(tǒng)的融合，涉及數(shù)據(jù)接口、通信系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)等，需要大量資金投入。盡管低空經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益可觀，但初期高投資成本和較長(zhǎng)回報(bào)周期仍是技術(shù)普及的主要障礙。通過政策扶持、公私合作或市場(chǎng)化手段降低初期投入，加速技術(shù)推廣，是推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)與軌道交通融合的關(guān)鍵議題。
其次，社會(huì)公眾對(duì)無人機(jī)的接受度以及使用場(chǎng)景的限制也是低空飛行與軌道交通融合面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。盡管無人機(jī)技術(shù)已在部分領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但公眾對(duì)其隱私侵犯、空中安全和噪聲污染等問題仍存擔(dān)憂，尤其是在人口密集區(qū)或關(guān)鍵設(shè)施附近。提升公眾對(duì)無人機(jī)技術(shù)的理解和信任，需通過科普教育、透明化運(yùn)營(yíng)和政府監(jiān)管，緩解負(fù)面影響，為低空應(yīng)用與軌道交通融合創(chuàng)造社會(huì)基礎(chǔ)。
結(jié)束語
低空與軌道交通的融合是智慧城市交通系統(tǒng)的重要?jiǎng)?chuàng)新，具有巨大發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^提升運(yùn)營(yíng)效率、優(yōu)化維護(hù)管理、推動(dòng)綠色出行和低空物流，低空技術(shù)為軌道交通注入了新活力，助力城市交通向智能化、自動(dòng)化和綠色化轉(zhuǎn)型。隨著UAVs、eVTOLs等技術(shù)的成熟，融合模式有望解決“最后一公里”配送、軌道巡檢等傳統(tǒng)交通難題。
然而，深度融合仍面臨技術(shù)協(xié)同、空域管理、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)接受度等挑戰(zhàn)，需要技術(shù)開發(fā)者、政策制定者和社會(huì)各界通力合作，通過跨領(lǐng)域創(chuàng)新逐步突破障礙。未來，這一融合將優(yōu)化城市交通效率，為構(gòu)建智能、綠色、可持續(xù)的交通網(wǎng)絡(luò)提供新思路。隨著技術(shù)進(jìn)步和政策完善，低空經(jīng)濟(jì)有望成為推動(dòng)城市交通變革的關(guān)鍵力量，引領(lǐng)全球交通系統(tǒng)邁向更高效、安全、可持續(xù)的新時(shí)代。(作者：郜春海，朱力，苗佳，陳磊，明悅)
