李悅霖

無人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用在不斷擴(kuò)展，受損鐵軌檢查成為無人機(jī)的新疆域。美國的BNSF鐵路公司在該領(lǐng)域積極探索。

關(guān)于商業(yè)無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）的許多議論焦點(diǎn)都集中在計(jì)劃中的包裹交付使用上。但一家貨運(yùn)鐵路公司在2015年被選為美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）最初的“探路者”合作伙伴之一，它已經(jīng)看到了將無人機(jī)用于多種用途的好處。

FAA選擇了BNSF鐵路公司來測試無人機(jī)的超視距（BVLOS）飛行，這種能力被認(rèn)為是包裹遞送和其他運(yùn)營在商業(yè)上取得成功的關(guān)鍵，但只能通過豁免實(shí)現(xiàn)。

這家鐵路公司通過與FAA的持續(xù)合作，繼續(xù)研究無人機(jī)在超視距操作時(shí)的探測和規(guī)避技術(shù)。

BNSF報(bào)告說，它的無人機(jī)飛行員已經(jīng)飛行了800個(gè)超視距小時(shí)，覆蓋24000mi（38624km），并飛行了2000個(gè)視距小時(shí)。該公司已經(jīng)培訓(xùn)了130名員工在各種視距下模擬飛行。

BNSF總部位于沃思堡，在全美2 8個(gè)州和加拿大三個(gè)省運(yùn)營32500mi（52304km）的鐵路網(wǎng)。20侶年，該公司運(yùn)輸了1070萬車糧食、消費(fèi)品、工業(yè)品和煤炭。

BNSF的超視距無人機(jī)是重110lb的混合四旋翼HQ-60無人機(jī)，BNSF使用特殊適航證書和FAA的授權(quán)證書飛行該飛機(jī)以檢查其鐵路基礎(chǔ)設(shè)施。

今年4月，F(xiàn)AA根據(jù)第44807條“特定無人機(jī)系統(tǒng)的特別授權(quán)”，給予BNSF公司對其第61部（飛行訓(xùn)練）和第91部（一般操作和飛行規(guī)則）的多項(xiàng)豁免。該條款包含在FAA 2018年重新授權(quán)法案中，允許該機(jī)構(gòu)使用基于風(fēng)險(xiǎn)的方法批準(zhǔn)重量超過55lb的無人機(jī)飛行。

BNSF電信主管托德·格拉茨表示，“這些豁免允許BNSF不再使用以前授予的證書，這些操作一旦部署，就不會(huì)使用追蹤機(jī)或目視觀察員來監(jiān)控飛行?！?/p>

他補(bǔ)充說，這些豁免“實(shí)質(zhì)上簡化了我們的飛行操作和權(quán)限，同時(shí)與FAA的倡議保持一致，擴(kuò)大基于安全的無人機(jī)操作在國家空域系統(tǒng)中的使用。”

HQ-60是一種雙吊桿固定翼飛機(jī)，四個(gè)旋翼分別嵌入兩個(gè)縱向吊桿，使其能夠垂直起飛和降落。在翼載飛行時(shí)由一個(gè)二沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和主機(jī)身后部的推進(jìn)螺旋槳提供動(dòng)力。該飛機(jī)能攜帶12lb的有效載荷，續(xù)航時(shí)間達(dá)8h。

位于亞利桑那州圖森市的LatitudeEngineering公司開發(fā)了HQ-60的混合四旋翼技術(shù)設(shè)計(jì)。L3技術(shù)公司（現(xiàn)為L3Harris技術(shù)）于201 8年6月收購了Latitude Engineering。

BNSF按需部署飛機(jī)，檢查亞利桑那州、蒙大拿州和新墨西哥州的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施。BNSF在加州、科羅拉多州、俄勒岡州和得克薩斯州有另外的飛行走廊。

托德·格拉茨解釋說：“通過HQ-60無人機(jī)上配備的高分辨率的晝/夜攝像機(jī)以及多頻譜和熱傳感器，再結(jié)合廣泛的無人機(jī)技術(shù)和分析軟件，我們可以檢測到隨著時(shí)間推移可能影響我們網(wǎng)絡(luò)的變化。”

為維護(hù)鐵路網(wǎng)安全和效率的“補(bǔ)充資產(chǎn)檢查”可覆蓋BNSF在農(nóng)村地區(qū)擁有的100～200mi（160～320km）鐵軌段。HQ-60無人機(jī)配備了uAvionix ping200Sr模式S自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視廣播（ADS-B）輸出轉(zhuǎn)發(fā)器，以信號告知其位置。

HQ-60無人機(jī)的機(jī)組人員包括機(jī)長（PIC）和副駕駛（SIC）。當(dāng)公司沃斯堡無人機(jī)總部的機(jī)組人員在不同的州駕駛無人機(jī)時(shí)，BNSF會(huì)安排一個(gè)現(xiàn)場團(tuán)隊(duì)來協(xié)助發(fā)射。外場團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)燃料、儲(chǔ)存、維修和部署援助，并有能力在需要時(shí)接管飛行。

飛行中心的機(jī)長和副駕駛通過一組貫穿于整個(gè)飛行路線的柯林斯地面控制與非有效載荷通信（CNPC）數(shù)據(jù)鏈無線電來控制HQ-60無人機(jī)。當(dāng)無人機(jī)飛行時(shí)，機(jī)上無線電在基地?zé)o線電位置之間漫游，在給定的時(shí)間內(nèi)使用信號最好的無線電。

無人機(jī)的位置由L3Harris ADS-B接收機(jī)跟蹤，也可以選擇使用沿飛行路徑布置的近距雷達(dá)來跟蹤。基于Web的L3Harris RangeVue態(tài)勢感知工具融合了來自當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施和FAA空中交通監(jiān)視的數(shù)據(jù)，向飛行員提供操作區(qū)域的通用顯示。

同時(shí)，BNSF還培訓(xùn)員工操作更小型的FireFly、AirRobot和大疆固定翼和旋翼無人機(jī)進(jìn)行視距飛行。根據(jù)FAA第1 07部規(guī)定，無人機(jī)的重量低于55lb。BNSF稱其是第一家獲得豁免可在夜間和在移動(dòng)地面控制站飛行無人機(jī)的公司。

托德·格拉茨說，視距操作員負(fù)責(zé)的領(lǐng)域是協(xié)助檢查、環(huán)境評估、安全、測量、服務(wù)中斷和天氣響應(yīng)需求，

以前，當(dāng)洪水破壞鐵路服務(wù)時(shí)，首先由BNSF的員工評估損失，制定恢復(fù)計(jì)劃，評估方式通常是沿著受災(zāi)害影響的鐵軌步行。BNSF表示，今年夏天美國中西部幾個(gè)州發(fā)生歷史性的洪水造成了大面積的洪水泛濫，使得這種人工評估方式變得尤其困難。

無人機(jī)外場操作經(jīng)理尼克·德賴爾在BNSF的“鐵路談話”博客上說：“一些地區(qū)洪水非常嚴(yán)重，除非坐船，否則無法進(jìn)入鐵軌段。我們沒有采用慣常的評估方式，而是使用無人機(jī)在2mi（3.2km）的視線范圍內(nèi)根據(jù)飛機(jī)的情況飛行，這使我們能夠在保證員工安全的同時(shí)獲取大量數(shù)據(jù)。”

托德·格拉茨說，在中西部洪水最嚴(yán)重的時(shí)候，有18個(gè)BNSF鐵路分區(qū)被破壞。他說：“我們的鐵路網(wǎng)現(xiàn)已全面運(yùn)作，很大程度上是因?yàn)槲覀冊诋?dāng)?shù)氐墓ぷ魅藛T能看到受損情況并正確解決待援助地區(qū)的問題。由于洪水的影響，從地面接近很困難，我們的無人機(jī)視距操作團(tuán)隊(duì)能利用無人機(jī)捕獲82段與洪水有關(guān)的鐵軌數(shù)據(jù)，從而獲得有價(jià)值的圖像、錄像和恢復(fù)規(guī)劃數(shù)據(jù)，為這項(xiàng)工作提供幫助?！?/p>

與航空公司使用無人機(jī)檢查飛機(jī)涂層或結(jié)構(gòu)的損壞情況相似，BNSF鐵路公司也使用無人機(jī)對8000個(gè)火車頭進(jìn)行了檢查。

無人機(jī)運(yùn)營經(jīng)理凱瑟琳·布拉姆萊特在“鐵路談話”博客中寫道：“當(dāng)車頭從倉庫出來時(shí)，乘務(wù)人員通常會(huì)爬上機(jī)車頂部檢查以確定是否需要更換部件，每輛機(jī)車大約需要檢查一個(gè)小時(shí)。但我們現(xiàn)在可以用無人機(jī)飛行15～30min，評估該地區(qū)所有的車頭，只需派乘務(wù)人員去那些需要收尾的地方。”

BNSF鐵路公司還使用視距無人機(jī)來檢查“動(dòng)態(tài)球體”，即安裝在桅桿上的球形穹頂，用于鐵路電子設(shè)備和建筑物的防雷保護(hù)。使用無人機(jī)后，工作人員不用爬上設(shè)備就能確定球體是否受損和是否需要更換。

托德·格拉茨說：“歸根結(jié)底，無人機(jī)是降低員工暴露于未知風(fēng)險(xiǎn)的多種手段之一。BNSF公司的工作環(huán)境雖安全但并不友好，因此任何能提升鐵路安全同時(shí)能降低員工操作風(fēng)險(xiǎn)的工具都是有價(jià)值的?！?/p>