讓無人機學會“思考”，北交大教授有一套！

三尺講臺，傳道授業

科研一線，矢志攻堅

以學識啟智，以科研報國

從實驗室到鐵道線

從技術突破到人才培養

他始終堅守初心，步履不停

近日，《中國科學報》頭條報道

北京交通大學

先進軌道交通自主運行

全國重點實驗室教授秦勇

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！

“數據正常，定位穩定！”

不久前，在京滬高鐵濟南段，北京交通大學先進軌道交通自主運行全國重點實驗室團隊成員、博士生孟凡騰點擊啟動指令后，一架無人機伴著低沉的轟鳴聲緩緩升空，沿著預設航線平穩飛行，實時捕捉鐵路橋梁、接觸網等關鍵設施的每一處細微變化。

“這是我們正在測試的新一代智能巡檢無人機，這次主要測試的是無人機在未知環境中自主規劃航線、靈活避障的‘思考’與‘執行’能力。”團隊負責人、北京交通大學教授秦勇指著遠處的無人機介紹說。

這套由北京交通大學先進軌道交通自主運行全國重點實驗室聯合京滬高鐵公司研制的軌道交通基礎設施自主無人機智能巡檢技術，是國內首套基于北斗+5G的高速鐵路全自動無人機智能巡檢專用系統。該系統自2019年啟動研發，現已成功應用于工務、供電、電務、環境等高速鐵路基礎設施全專業的多個實際場景巡檢。

當“全時域”巡檢照進現實

步入線路指揮中心，電子屏幕上清晰傳回無人機巡檢的實時畫面，高架橋梁的縫隙、接觸網的支架，每一處細節都一覽無余。

“這就是剛才在工地看到的無人機傳回的畫面，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果實時跳動，并發出預警提示。

長期以來，高鐵基礎設施巡檢依賴人工與軌檢車，存在勞動強度大、覆蓋盲區多、環境受限等諸多難題。“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、接觸網上部及周邊環境等復雜區域一直是巡檢的‘盲區’，而這些地方恰恰是安全隱患的高發地帶；同時，巡檢只能在夜間天窗時間進行，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？長期關注軌道安全的秦勇，一直希望能夠破解這一行業痛點。

轉機出現在2016年。當時，無人機技術開始在電力保障、森林火災監測等領域嶄露頭角，展現出強大的靈活度與覆蓋面優勢。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思路在心中悄然成形。

在國家自然科學基金及重點研發計劃支持下，該項目從啟動、規劃到研發，最終一步步走向成熟，并在京滬高鐵濟南段率先落地應用。

該技術投用以來，進一步提升了巡檢質量、擴大了覆蓋面。據濟南段工作人員介紹，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“應用場”

“鐵路巡檢對無人機的要求，遠比普通場景嚴苛得多。”秦勇表示，高鐵沿線環境復雜多變，從平原到橋梁、隧道，從晴空萬里到雨雪陰霾，無人機不僅要保證飛行安全，還要適應強干擾、高動態的極端環境，這也是市場上傳統無人機裝備難以滿足鐵路巡檢需求的關鍵所在。

接受采訪時，秦勇展示了一塊綠色的電路板，這是團隊自主研發的飛控核心，堪稱無人機的“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’，導航、避障、數據分析樣樣精通。”秦勇介紹說，這套搭載了智能巡檢系統的無人機，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”和機載邊緣計算“小腦”。

“我們主要的工作就是讓‘大小腦’融合，實現更高級的導航、規劃和決策功能。”秦勇解釋說，通過對傳感器數據、通信協議的高度集成處理，可實現“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，是無數次“失敗”后的推倒重來和持續打磨。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、完善細節，再到‘精裝修’。”秦勇說。

靠著不斷“加持”，團隊逐步豐富和完善了近20項核心技術功能，實現了從底層硬件設計、系統架構到上層算法的全鏈條自主可控，成功研制出國內外首次實現“大小腦”協同的軌道交通無人機巡檢垂域大模型——“天路一號”，最終讓技術從“實驗室”走進了高鐵巡檢的“應用場”。

科研要解決行業“真需求”

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

“秦老師經常跟我們說，做科研一定要圍繞國家和行業的真需求，不能只盯著論文，要把研究的技術成果落到現場。”孟凡騰告訴《中國科學報》記者。

團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隊有很多“接地氣、能落地”的應用場景和成功案例，能讓理論知識真正學以致用。

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問題入手，開展深層研究，最后到現場去驗證。“不管是寫文章、寫代碼，都必須經得起現場的檢驗，不能閉門造車、編造數據，那樣的研究沒有任何意義，只能算‘灌水’。”

對軌道產業而言，低空領域正成為創新發展的“新維度”。面對日益激烈的競爭，秦勇對于團隊的未來有著清晰的規劃。“我們要瞄準未來發展方向，將人工智能、機器人、無人機、先進傳感設備等前沿技術與高鐵這一優勢產業深度融合，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，他將帶領團隊聚焦提升無人機環境適應性，破解極端天氣、復雜地形下的巡檢難題，從優化系統性能、拓展應用場景、推動技術融合三方面，推動無人機巡檢技術迭代升級，將技術延伸到高原鐵路、高寒鐵路、城市軌道交通等更多場景。

目前，該團隊已接到青藏鐵路3000米以上海拔區域無人機智能巡檢技術攻關任務，并于近期完成飛控系統針對青藏高原等高海拔山區復雜地形的適應性調試工作。“又有一場硬仗要打。”秦勇說。

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