随着高速公路里程的持续增加，以及建设区域不断向丘陵、山区等复杂地带延伸，高速公路营运巡查与指挥调度工作面临新的挑战和压力。传统以人工为主的管理方式存在效率低、成本高的显著痛点，难以满足现代高速公路对高效、安全、智能化管理的需求。相较于传统手段，无人机具备视野广阔、响应迅速、运行成本低等显著优势。通过与AI、大数据等技术融合，并运用其独特的多机协同能力和多样化的传感器搭载能力，无人机可以及时发现各种道路隐患，不仅可以在边坡、桥梁等地形复杂、危险度高的区域高效作业，还能在紧急情况下快速响应，实现各类问题早发现、早处理。因此，引入无人机提升高速公路多场景业务提质增效，已成为提高高速公路通行效率和安全水平的重要举措。

基于此，本文深入探讨无人机在高速公路营运巡查与指挥调度中的应用方案，阐述在广韶高速（简称“京珠南”）开展的无人机试点应用实践及成果，说明无人机的重要应用价值，为高速公路无人机应用推广提供参考。

当前，高速公路营运巡查与指挥调度主要通过车辆、人工及固定摄像头等方式，整体存在“三大一高”的痛难点问题。

1.1  通行车辆多，营运巡查压力大

高速公路车流量持续快速增长，各类交通事故和异常事件频发，导致营运巡查压力增大。以广韶高速为例，该高速位于京港澳高速粤境南段，全长近200公里，横跨广州、清远、韶关三市，是广东省第一条通往内地的高速公路，也是珠三角地区与粤北地区资源互补的交通要道。由于线路长、路况复杂、车流量大，广韶高速营运巡查工作压力大且任务重，传统的人工监控轮巡方式存在监控覆盖死角、巡查效率低、人力成本高等问题，亟需引入先进技术手段提升巡查效率与质量。

1.2  危险因素多，人工巡查隐患大

高速公路具有“全封闭、高车速、直向行”的特点，沿线分布边坡、桥梁、隧道等复杂区域，各类设施交错，路况环境复杂多变，人工巡查存在较大安全隐患。一方面，高速通行的车辆、山体落石、故障设施等风险因素，对路政、养护等作业人员的人身安全构成威胁；另一方面，传统人工巡查方式难以快速、全面地发现桥梁、边坡等结构物病害的缺陷，在恶劣天气、特殊时段等情况时，人工巡查可能被迫中断或延迟，影响巡查工作的连贯性和完整性，导致潜在的安全隐患未能及时排查，给高速公路的安全运营带来隐患。

1.3  突发事件多，应急时效要求高

高速公路的交通事故、车辆故障等事件具有突发性，一旦发生必须第一时间响应，最大限度地保障生命财产安全。广东省公安厅、广东省交通运输厅联合发布的《广东省高速公路异常停车安全防范“五快机制”工作指引（试行）》中明确要求，落实“快速发现、快速撤离、快速联动、快速自检、快速干预”的“五快机制”，加强高速公路重要出省通道、重点桥梁、隧道、拥堵点段及繁忙服务区的驻点力量和设备投入，特别是强化驻点前后1.5公里内突发事件的处置，力争“5分钟到场”快速响应，协助交警部门及时疏导交通，提升路面拥堵疏导效率。

1.4  现场隐患多，应急救援难度大

高速公路突发事件发生后，事件现场通常存在许多危险因素，如塌方边坡的泥沙石块、事故车辆的残骸、火灾高温与烟雾等。尤其在桥梁、边坡、隧道等复杂区域，通过固定摄像头难以获取全方位信息，并且有许多人工难以抵达的位置，使得救援人员难以及时掌握事件现场情况，影响应急救援方案的制定与实施。因此，需要通过安全、高效、智能化手段提升应急指挥调度效率。

2.1  行业应用现状

在高速公路行业数字化、智慧化转型升级需要，以及无人机技术高速发展的背景下，无人机在高速公路领域的应用日益广泛，主要应用场景包括路面巡查、交通疏导、施工监管、应急指挥调度、路政巡查、养护巡查等^[1]。

2.2  技术发展趋势

无人机及支撑技术的发展，增强了无人机的使用能力，使其可适用于更多场景^[2]。无人机机巢的出现，实现了无人机联网控制与全天候自动化作业；可见光相机、喊话器、探照灯、激光雷达等多功能挂载，以及更多长航时机型的出现，进一步拓展了无人机功能。此外，AI技术赋予无人机数据智能分析能力；5G技术赋予无人机高清图传及超视距飞行能力；云计算技术提供安全高效的数据存储与计算服务。

2.3  行业政策情况

无人机是国家低空经济、数字经济的重要组成部分，国家及各省、高速公路行业均出台政策大力推动无人机应用发展。2024年3月，“低空经济”首次被写入全国两会政府工作报告；2024年12月国家发展和改革委员会低空经济发展司成立，负责低空经济发展战略、中长期发展规划。2023年9月，交通运输部印发的《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》中提出应用无人机提升路况检测、养护施工、公路勘察、车路协同和路网管理的自动化智能化水平。

2.4  法律法规情况

2024年1月1日，《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》（以下简称《条例》）正式实施，标志着我国无人机产业进入“有法可依”的规范化发展阶段。《条例》明确规定，使用除微型以外的民用无人驾驶航空器从事飞行活动的单位，需取得民用无人驾驶航空器运营合格证；同时，真高120米以上空域、空中禁区、空中限制区及周边空域，军用航空超低空飞行空域，以及高速公路上方的空域等一系列区域应当划定为管制空域。

目前，高速公路已广泛应用无人机为多场景业务有效赋能，但仍存在无人机与业务融合不深、协同不足、数据无法共享等问题^[3]，导致业务流程不连贯，影响业务处理效率。因此，本文以“开放、协同、高效”为总体思路，深入探讨基于无人机的高速公路营运巡查与指挥调度应用，具体思路如下。

3.1  无人机可管可控，能力全面开放

建设无人机飞行服务中台，实现无人机和低空飞行活动的统一规划、调度、监控、运维及数据管理，构建体系化的无人机应用能力底座。以服务形式全面开放无人机能力，供路段各业务系统按需调用，快速满足多场景化的无人机应用需求，并保障应用安全合规。通过无人机飞行服务中台，避免“烟囱式”重复性建设问题，减少资源浪费^[4]。

3.2  数据实时共享，业务高效协同

基于无人机飞行服务中台的开放服务，在业务系统中集成无人机能力，实现两者深度融合。业务系统可直接使用无人机航线规划、飞行调度、视频直播、远程控制等功能，借助无人机开展高速公路营运巡查与指挥调度应用，实现数据实时共享与业务高效协同。

3.3  远程智能控制，高效指挥调度

针对当前依赖人工作业的问题，通过研究无人机设备选型与选址布设，实现无人机自动化作业与远程控制特定操作^[5]。同时，根据路域环境与沿线结构物特点，提前采集飞行航线，确保飞行安全，提升作业效率与作业质量，以便在需要时选择航线立即起飞。

4.1  无人机飞行服务中台建设

无人机飞行服务中台提供飞行服务与飞行保障功能，实现无人机的统一接入、航线资源的统筹规划、数据的集中存储，以及飞行任务的智能调度。通过开放的标准化接口，业务系统可集成中台能力，直接使用无人机功能。此外，无人机飞行服务中台还提供航线资源集中管理、飞行计划审批、飞行冲突检测、航空情报等全方位保障服务，有效提升飞行安全。

4.1.1  总体架构设计

无人机飞行服务中台总体架构如图1所示，主要包括以下五个部分：

图1 总体架构

1）边端设备：包括不同品牌、不同型号的机巢、无人机、负载设备等，通过无人机飞行服务中台实现设备的统一接入、控制和监测。

2）外部系统：提供无人机安全飞行所需的限飞区、气象等信息，无人机飞行服务中台通过接入这些数据增强自身监测能力，保障飞行合规安全。

3）无人机飞行服务中台：核心功能包括设备管理、航线管理、任务管理、数据管理、空域管理、飞行控制、飞行监测、统计分析等^[6]，以服务形式为业务系统提供功能与数据支持。

4）支撑平台：由高精度数字地图、AI能力中台组成，为无人机飞行服务中台提供所需的2D、3D数字底图，以及业务系统所需的无人机数据智能分析能力。

5）业务系统：通过调用无人机飞行服务中台的能力，实现各类无人机应用，满足营运巡查与指挥调度需求。

4.1.2  系统功能设计

无人机飞行服务中台由PC端的管理系统和移动端的飞控App两个子系统构成，具体功能如下。

4.1.2.1 管理系统功能

1）设备管理：支持无人机、机巢、负载等多型号设备的接入，实时监测设备运行状态。

2）航线管理：提供无人机航线规划、导入、查看功能。

3）计划管理：支持制定无人机任务计划，可查看历史飞行记录和回放飞行轨迹。

4）数据管理：基于高精度数字底图，展示无人机采集的数据和飞行轨迹，便于数据查阅与分析。

5）空域管理：支持自定义限飞区、查看限飞区功能。

6）飞行控制：支持无人机视频直播，可远程控制无人机和负载设备完成相应操作

7）飞行监测：支持无人机分布地图监控、飞行状态监测、异常气象预警、限飞区预警，实时掌握无人机飞行情况。

8）统计分析：对无人机应用情况进行统计，并以可视化形式展示。

4.1.2.2 飞控App功能

飞控App主要满足路政、养护等作业人员在现场使用无人机的需求。通过飞控App可查看需现场执行的作业信息及航线信息，连接无人机后通过一键起飞完成作业。在无人机作业过程中，可控制无人机进行拍照、录像、变焦等操作。作业完成后，可查看并上传无人机采集的视频、图像等数据。

4.2  无人机业务应用建设

基于无人机飞行服务中台开放的服务，在业务系统集成无人机能力，实现两者深度融合，总体业务流程如图2所示。

图2 无人机业务应用流程

4.2.1  无人机业务应用设计

1）路网运行监测应用：在日常及重大节假日期间，利用无人机对高速公路进行有效巡查，在业务系统中实时直播巡查画面。全景式监测路网运行情况，及时发现道路拥堵、交通事故等异常情况，通过无人机搭载的喊话器远程指挥交通疏导，结合搭载的红外摄像头实现夜间巡查，让各类异常情况早发现、早处置，形成“空地一体化”监管模式，确保交通安全畅通。

2）基础设施监测应用：通过规划作业时间和飞行航线，利用无人机对路面、边坡、桥梁等基础设施进行巡查，采集周期性的照片、视频等影像数据，并实时回传。结合数据分析标注发现的病害，作为人工日常养护巡查的有效补充，提升基础设施养护效率与质量。

3）应急指挥调度应用：在高速公路出现车流拥堵、交通事故、边坡塌方等应急事件时，在业务系统中快速指派无人机飞抵现场，通过直播实时掌握事件原因与处置进度等。结合无人机搭载的喊话设备、照明设备等辅助应急处置工作，提升应急指挥调度效率。

4.2.2  业务系统无人机功能设计

针对高速公路营运巡查与指挥调度需求，在业务系统中集成无人机飞行服务中台功能，方便业务人员控制无人机执行作业。实现的功能包括：

1）无人机分布视图：基于路网地图查看路段部署的机巢分布位置、空闲状态、设备健康状态等信息，可根据需巡查路段发起无人机巡查任务。

2）巡查任务：支持创建无人机一次性巡查任务或定时周期巡查任务，可设定巡查所用机巢、巡查时间、航线等信息，实现无人机自动巡查。

3）应急飞行：当路段出现异常情况时，监控人员可以一键快速起飞无人机到目标点，及时获取现场信息。

4）视频直播：查看飞行中无人机的视频直播画面，并可投放到大屏进行监控，实时掌握路段现场情况。

5）飞行控制：通过控制云台等负载设备灵活查看现场情况，如出现异常情况可以使用喊话器等声光负载对现场进行处置引导。

6）数据管理：查看现场采集的视频和图片等数据，进行数据分析，为后续决策与业务处理提供依据。

4.2.3  无人机设备选型与选址规划

研究无人机设备选型方案，满足不同应用场景需求。针对高速公路里程长，单个无人机续航和监测范围有限的问题，结合地理环境因素，合理规划无人机起降点和机巢布局。

4.2.3.1 设备选型方案

根据无人机的应用场景，制定选型标准，确定不同应用场景的设备选项，设备选型标准如表所示。

无人机设备选型标准表

4.2.3.2 机巢布设选址设计

机巢布设需结合应用场景覆盖目标与机巢覆盖性能，优先选择交通便利、施工与运维条件良好、具备通电通网条件的位置，尽量远离山体、大范围水域，确保定位精度。因此，高速公路的机巢优先在以下四类位置进行布设：

1）一类位置：收费站、服务区、管理中心等业主自有建筑。此类场地施工方便、交通便利、运维便捷、设备存放安全性高、网络及供电稳定性强等特点。

2）二类位置：高速公路设备门架附近30米范围内建设。当一类位置无法满足覆盖范围时，以此作为补充选址点。此类场地可通过门架取电取网，网络及供电稳定性高，施工便捷，且无人机信号传输通视效果较好等特点。

3）三类位置：高速公路设备门架、高速红线范围内铁塔类杆塔建设。当一类、二类位置无法满足覆盖范围时，作为进一步补充选址点。

4）其他位置：高速红线外租赁物业。若以上三类位置均无法满足覆盖范围，可在红线外通过租赁物业建设，确保巡查覆盖无死角。

4.3  飞行航线规划采集

针对高速公路营运巡查与指挥调度场景的无人机应用需求，为保障飞行安全并达到最优的作业效率与作业质量，需根据路域环境和沿线结构物特点，提前采集好飞行航线，以便作业时可选择航线立即起飞^[7]。飞行航线规划采集需求集中在以下两个方面：

1）航路规划采集：在机巢飞行能力覆盖区域内，采集高速公路沿线的安全航路，无人机可在航路内任意选择作业起飞点及降落点，灵活响应应急指挥调度场景中无固定航线的作业需求；

2）航线规划采集：对于路面、边坡、桥梁、隧道、收费站等复杂区域，采集固定飞行航线，在制定飞行计划时可直接选用该类航线，实现无人机定时定点自动化作业。

飞行航线规划采集的内容包括航点经纬度、飞行高度、飞行速度、偏航角、执行动作等，并遵循三个要求：一是飞行空域和飞行活动按照《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》要求执行；二是完成航线规划后需进行路径验证，重点检查安全性，确保航线的安全可靠；三是应定期对航线进行复核和更新，适应环境变化和新的飞行要求。

5.1  应用试点内容

广东省路桥建设发展有限公司广韶分公司积极推进高速公路数字化、智慧化转型升级，借助无人机技术提升高速公路保安全、保畅通的能力。2024年，在广韶高速开展无人机在高速公路营运巡查与指挥调度的试点应用，具体内容如下。

首先，在广韶高速公路营运管理中心、佛冈收费站分别布设机巢，实现全线20公里路段覆盖，涵盖边坡、隧道、互通立交、收费站、桥梁、服务区等重点结构物和拥堵点，并采集沿线安全航线。其次，在广韶高速监控中心部署无人机飞行服务中台，基于中台的开放能力，在广韶高速监控中心的“路运一体化平台”业务系统中开发无人机业务应用功能，使监控中心通过该平台实现无人机一键起飞、视频直播、远程控制、数据分析等操作。最后，在试点路段开展基于无人机的营运巡查与应急指挥调度应用。在日常情况下，监控中心通过无人机高空侦察20公里路段路面交通状况；发现异常事件时，监控中心一键起飞无人机，部分替代人工快速抵达现场辅助应急处置工作。机巢布设及航线如图3所示，应用效果画面如图4所示。

图4 无人机应用画面

5.2  应用试点成效

5.2.1  自动巡查，高效便捷

通过预设飞行航线及作业时间，无人机实现7×24小时无人值守式自动巡查。每架次无人机平均10分钟即可完成沿线路面、桥梁、收费站等区域巡查，相比人工巡查效率显著提升；并且无人机监控视野广阔，有效解决传统监控覆盖死角问题，实现监控补盲。

5.2.2  一键起飞，快速响应

当高速公路出现异常事件时，监控中心人员一键起飞无人机，5分钟内即可使无人机快速抵达事件现场，全程在监控中心实时直播。工作人员在监控中心可全局了解事件现场、人车情况、处置进度，辅助应急指挥调度，争取黄金救援期。

5.2.3  远程控制，应急联动

紧急情况下，通过无人机可远程进行不少于20分钟的远程应急处置。在监控中心可实现隔空喊话、拍摄取证，解决车辆拥堵、危险区域等特殊场景下信息触达难的问题，加快人员安全撤离与交通指挥疏导，减少二次事故发生概率。

在科技迅猛发展的当下，无人机作为新兴技术手段，正逐步融入高速公路业务领域。本文聚焦无人机在高速公路营运巡查与指挥调度中的应用，从业务现状与无人机应用现状出发，研究并设计无人机应用方案，结合广韶高速试点实践分析应用成效。

在高速公路营运巡查与指挥调度方面，无人机发挥了重要作用。通过“自动飞行+自动回传+自动分析+自动报警”的一体化应用，不仅提升了高速公路管理服务水平，还减少了外业人员及行车成本，有力保障了高速公路的安全畅通，提升用户出行体验。未来，可进一步拓展无人机应用场景，深化与其他技术的融合，推动高速公路智慧化管理再上新台阶。