用于检查铁路资产的无人航空载具系统技术方案

航空系统控制网络(2500)、无人航空载具(UAV)系统(2400)、以及方法(2600)提供了使用无人航空载具(2400)检查铁路资产的方法。航空系统控制网络包括多个塔架(2510、2515)和连接至多个通信塔架的地面控制系统(2520)。该地面控制系统：经由多个通信塔架发送包括铁轨系统(100)和飞行路径(1010)的飞行计划；在UAV监控铁轨系统的同时，经由多个通信塔架接收数据；基于接收到的数据检测飞行路径上的干扰(1500、1501、1502)，并基于该干扰调整飞行计划。

Unmanned aerial vehicle system for checking Railway Assets

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检查铁路资产的无人航空载具系统
本公开总体上涉及铁路资产管理，并且尤其涉及用于检查铁路资产的无人航空载具系统。
技术介绍
铁路操作的安全性和效率在很大程度上取决于对火车、线路(rightofway)、铁轨和其他资产/设施的不断分析。有多种因素会影响轨道状况并影响火车的行驶，包括犯罪活动，以及极端天气事件，其可能导致轨道淹没和轨床侵蚀或过热(轨道可能在高温下弯曲或变形)。地震、滑坡、以及废弃车辆和同一平面上的其他物体会挡住轨道。警惕始终是抵抗这些危害的最佳方式。因此，根据联邦铁路管理局(FederalRailwayAdministration，FRA)法规和公司政策，轨道/线路和桥梁维护员工会例行地检查轨道和基础设施，诸如桥梁、隧道、支撑结构和信号。目前，这项工作主要由公司人员通过机动车辆、步行、专用铁轨设备或安装在铁轨上的高铁车辆完成。这通常是劳动密集型的，并且有时是艰巨的工作。尽管铁路可能会尽一切可能使人工检查尽可能安全和准确，但是每当需要员工在轨道和铁轨结构上走动时，都会涉及不可减少的风险要素。员工可能需要爬过或爬上轨道结构，这些轨道结构可能很滑、粗糙和/或暴露于所述要素。一些诸如桥梁之类的结构在地面以上。行驶穿过检查区的火车也会增加风险，尤其是在交通密集的区域。
技术实现思路
本公开的实施方式提供了一种航空系统控制网络、一种无人航空载具(unmannedaerialvehicle，UAV)系统、以及一种使用无人航空载具来检查铁路资产的方法。在一个示例实施方式中，航空系统控制网络提供了使用无人航空载具检查铁路资产的方法。航空系统控制网络包括多个塔架和连接至多个塔架的地面控制系统。该地面控制系统：经由多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划；在UAV监控铁轨系统的同时，经由多个通信塔架接收数据；基于所接收的数据检测飞行路径上的干扰，并基于该干扰调整飞行计划。在另一示例实施方式中，无人航空载具(UAV)系统提供了使用无人航空载具检查铁路资产的方法。无人航空载具(UAV)系统包括UAV和航空系统控制网络。航空系统控制网络包括多个塔架和连接至多个塔架的地面控制系统。该地面控制系统：经由多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划；在UAV监控铁轨系统的同时，经由多个通信塔架接收数据；基于所接收的数据检测飞行路径上的干扰，并基于该干扰调整飞行计划。在另一示例实施方式中，一种方法提供了使用无人航空载具检查铁路资产的方法。该方法包括：经由多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划；在UAV监控铁轨系统的同时，经由多个通信塔架接收数据；基于所接收的数据检测飞行路径上的干扰，并基于该干扰调整飞行计划。根据以下附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员而言可以是显而易见的。附图说明为了更全面地理解本公开及其优点，现在参考以内容下结合随附附图进行描述，在附图中相同的附图标记表示相同的部件：图1示出了根据本公开的各种实施方式的示例性铁路网络；图2示出了根据本公开的各种实施方式的示例性无人飞行器系统(UAS)操作飞行控制中心；图3A和图3B示出了根据本公开的各种实施方式的示例性UAS；图4示出了根据本公开的各种实施方式的示例性命令中心(CC)用户界面(UI)；图5示出了根据本公开的各种实施方式的示例性地面控制系统(GCS)设施；图6A和6B示出了根据本公开的各种实施方式的示例性电信塔架；图7示出了根据本公开的各种实施方式的示例性无线电频率(rf)覆盖率分析；图8示出了根据本公开的各种实施方式的示例性总体系统示意图；图9示出了根据本公开的各种实施方式的示例性空中交通感知系统的概观；图10示出了根据本公开的各种实施方式的示例性空中交通感知系统的概观；图11示出了根据本公开的各种实施方式的空中交通的示例性用户界面显示；图12示出了根据本公开的各种实施方式的示例性未缓解的空中碰撞风险；图13示出了根据本公开的各种实施方式的示例性行人危险区；图14示出了根据本公开的各种实施方式的示例性安全走廊空域(SCA)界面；图15A、15B和15C示出了根据本公开的各个实施方式的示例性故障铁轨状况；图16示出了根据本公开的各种实施方式的示例性操作的概念；图17示出了根据本公开的各种实施方式的示例性UAS生态系统；图18示出了根据本公开的各种实施方式的示例性UAS系统部件；图19A、19B和19C示出了根据本公开的各种实施方式的示例性UAS；图20示出了根据本公开的各种实施方式的示例性光学传感器；图21A和21B示出了根据本公开的各种实施方式的示例性UAS安全边界；图22A和22B示出了根据本公开的各种实施方式的示例性轨道完整性传感器图像；图23A、23B、23C和23D示出了根据本公开的各个实施方式的示例性UAS潜在轨头缺陷；图24示出了根据本公开的各种实施方式的示例性控制网络的框图；图25示出了根据本公开的各种实施方式的示例性线路/航空系统控制网络；以及图26示出了根据本公开的各种实施方式的使用无人航空载具检查铁路资产的示例过程。具体实施方式下面讨论的图1至图26以及用于描述本专利文件中的本公开的原理的各种实施方式仅是示例性的，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员可以理解的是，可以以任何类型的适当布置的设备或系统来实现本公开的原理。本专利技术原理的优选实施方式基于能够垂直起飞和着陆的无人航空载具(飞行器)。其中，该飞行器包括与系统命令和控制基础设施进行交互的自动驾驶系统。该飞行器还处理从地理信息系统生成的导航信息，并支持提供位置信息的各种机载传感器。飞行器和总体线路系统还具有能够向机载导航信标(ADSB)和/或C模式应答器或其等效物发送信息并从之接收信息的设备。飞行器的实施方式具有足够的机载发电能力，以向所有其他各种飞行器系统(诸如传感器、通信和控制子系统)提供可靠的电力。另外，飞行器优选地具有足够的液体燃料容量以支持超过8小时的飞行时间。飞行器还具有支持多个用于收集信息的传感器所需的有效载荷能力，并且通信和控制子系统需要将该信息实时传递至飞行操作中心。飞行器优选地还包括机载信息存储介质，以用于本地存储所收集的信息。另外，该系统包括机载和外部子系统，以便于在飞行走廊上紧急操纵和着陆飞行器。通常，机载传感器从操作高度不少于每秒2次拍摄1/4英尺的高分辨率的精确位置照片、或拍摄更高分辨率的照片。优选地，传感器系统还具有内置的本地计算能力、其自身的导航系统、以及用于与包括自动驾驶仪在内的其他机载子系统进行通信的独立通信能力。传感器可以包括光电传感器、摄像机、热成像仪和/或多光谱传感器。特别地，传感器系统包括用于飞行员情况感知的实时日夜摄像机，其至少包括一些有限的实时保护能力。该系统还包括专注于铁轨检测和分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检查铁路资产的无人航空载具(UAV)用的航空系统控制网络，所述航空系统控制网络包括：/n多个通信塔架；以及/n连接至所述多个塔架的地面控制系统，所述地面控制系统被配置成：/n经由多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划，/n在所述UAV监控所述铁轨系统的同时，经由所述多个通信塔架接收数据，/n基于所接收的数据检测所述飞行路径上的干扰，以及/n基于所述干扰调整所述飞行计划。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170815 US 62/545,946;20170822 US 62/548,636;20181.一种用于检查铁路资产的无人航空载具(UAV)用的航空系统控制网络，所述航空系统控制网络包括：
多个通信塔架；以及
连接至所述多个塔架的地面控制系统，所述地面控制系统被配置成：
经由多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划，
在所述UAV监控所述铁轨系统的同时，经由所述多个通信塔架接收数据，
基于所接收的数据检测所述飞行路径上的干扰，以及
基于所述干扰调整所述飞行计划。


2.根据权利要求1所述的航空系统控制网络，其中，所接收的数据包括当前空中交通数据、障碍物数据、地理信息数据和航空语音数据。


3.根据权利要求1所述的航空系统控制网络，其中：
所述多个通信塔架包括被配置成与其他航空载具通信数据的航空频段无线电，以及
基于所通信的数据调整所述飞行计划。


4.根据权利要求1所述的航空系统控制网络，其中：
所述UAV包括至少一个相机，所述至少一个相机被配置成捕获所述铁轨系统的图像，以及
所接收的数据包括从安装在所述UAV上的所述至少一个相机捕获的多个图像。


5.根据权利要求4所述的航空系统控制网络，其中，所述地面控制系统还被配置成：
就与所述飞行计划的偏离而言监控所述多个图像；
调整所述飞行计划以将所述铁轨系统保持在所述多个图像中。


6.根据权利要求1所述的航空系统控制网络，其中，所述地面控制系统还被配置成：
就所述铁轨系统的故障状况而言监控所述多个图像。


7.根据权利要求6所述的航空系统控制网络，其中，所述故障状况是从以下识别的：
沿着所述飞行路径连续拍摄的第一图像与第二图像的差异；以及
所述第一图像与来自所述UAV的先前飞行的、在同一位置捕获的存储图像的差异。


8.一种用于监控铁轨系统的无人航空载具(UAV)系统，所述UAV系统包括：
UAV，以及
航空系统控制网络，所述航空系统控制网络包括：
多个通信塔架；以及
连接至所述多个塔架的地面控制系统，所述地面控制系统被配置成：
经由所述多个通信塔架发送包括铁轨系统和飞行路径的飞行计划，
在所述UAV监控所述铁轨系统的同时，经由所述多个通信塔架接收数据，
基于所接收的数据检测所述飞行路径上的干扰，以及基于所述干扰调整所述飞行计划。


9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德·格雷茨，加里·格里萨姆，迈克尔·米施克，
申请(专利权)人：BNSF铁路公司，
类型：发明
国别省市：美国;US