从“人工粗检”到“自主精巡”，他们为大国基础设施打造“精密标尺” 电网、高铁等基础设施的及时巡检运维，是保障其安全稳定服役的基础，曾经需要大量作业人员逐处排查隐患。如今，这项任务已全部由自主巡检装备完成，检测精度高达毫米级。
这是武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室教授杨必胜团队研发的成果之一。不久前，2025年度国家科学技术奖揭晓，杨必胜主持的“超大规模基础设施毫米精度高效巡检技术、装备与应用”项目，荣获国家科学技术进步奖二等奖。
历经十余年协同攻关，杨必胜团队突破了多源观测数据一致整合、高精度三维自主测量、缺陷精准判别三大核心技术，研制出从空中到地面、从电网到高铁的全套智能巡检装备体系，推动我国重大基础设施运维从“人工粗检”向“自主精巡”实现历史性跨越。截至目前，成果应用范围已覆盖我国电网与高铁干线，并推广海外，服务“一带一路”国家。
巡检，为什么这么难？
巡检，是保障基础设施安全运维的关键和国家重大急需。我国高铁网、电网、路桥等超大规模基础设施规模居世界第一，其安全状况直接关乎国计民生。高铁轨道1毫米的形变，就可能酿成重大安全事故。
传统的人工巡检，靠的是巡线工人拿着望远镜、敲击锤，一段一段地走、一处一处地看。不仅效率低下，而且面对导线断股、杆塔裂纹等细微缺陷，肉眼几乎无法准确识别。更不用说在高海拔的“西电东送”线路上，巡检工人常年要在无人区里跋山涉水，人身安全都难以完全保障。
然而，当团队试图用现代技术手段去改变这一现状时，才发现问题远比想象中复杂。在本项目立项之初，巡检领域面临的现实是三重空白：体系化巡检装备国际空白——买不来；天空地无缝巡检理论空白——学不来；多模态巡检处理技术空白——仿不来。超大规模基础设施的精密巡检，成为一道亟待攻克的全新难题。
“核心技术买不来、要不来、讨不来，必须从基础理论源头进行自主创新。”这是杨必胜在项目启动时定下的基调。他带领团队联合国网、南网、国铁等8家单位，从最基础的“广义点云理论”做起，一干就是近二十年。
一场关于“点”的理论革命
在杨必胜看来，世界万物皆可归为“点”。“线、面、体，皆由点构成。”点云——这无数个携带着坐标与属性信息的“点”的集合，是他眼中现实世界通向数字孪生的密码。它既是“人机可读”的最小单元，又能立体呈现世界的复杂结构。
然而，项目之初，团队面对的却是一个割裂的世界。无人机、地面激光雷达、手持扫描仪……多源设备获取的数据，基准不同、模态各异、粒度参差。“天空地数据对不上，就如同按不同比例尺绘制的图纸，无法拼合。”杨必胜意识到，要让它们“说同一种语言”，必须从源头重构数据的组织方式。
这便是“广义点云”理论的起点。杨必胜的选择是回归最底层——为每一个点建立特征“指纹”。他提出“二进制形状上下文描述子”，提升多源数据自动对齐的匹配成功率，计算复杂度从幂次骤降为线性。紧接着，他又架起了关键点、特征线、语义面、对象体之间的自动转换桥梁，首次让孤立的数据聚合为基准统一、结构功能一体的复合模型。
“过去解决的是‘量测’，现在要解决的是‘好用’——从看得见的几何迈向算得懂的语义。”杨必胜如此界定这场变革的核心。
这一理论被国际同行誉为“前沿中的前沿”，连续十年入选国际摄影测量与遥感学会前沿主题，并于2019年摘得全球唯一Carl Pulfrich奖。从仰望星空的哲学之问，到脚踏实地的精密标尺——杨必胜教授与他的“广义点云”，正在重新定义我们理解与测量这个世界的方式。
▲广义点云的中英文专著
为大国重器装上“精密标尺”
理论突破之后，是更硬核的技术攻关。
在基础设施巡检中，有一个长期无法解决的矛盾：激光雷达能实现毫米级的整体扫描，但在狭窄、遮挡的空间里就“看不全”；结构光传感器能实现亚毫米级的局部成像，但测量范围有限。杨必胜团队创造性地将两者耦合，发明了“自主抵近三维测量技术”——让巡检装备像经验丰富的老工匠一样，自动发现目标、自主规划路径、精准对准测量。这套技术在受限空间里的自主避障与导航能力，一举获得国际大赛冠军。团队研制的测量型激光雷达，更是打破了欧美的长期垄断。
“硬件的突破只是第一步，让装备能准确‘看懂’缺陷才是关键。”团队成员介绍。针对断股、裂缝等表观缺陷和轨道扣件0.1毫米级形变这些“致灾元凶”，杨必胜团队创建了缺陷与异常智能检测靶向方法。在铁路场景国际基准测评中，算法的精准度排名全球第一，效率大幅超越国际顶尖产品。这意味着，原本需要人工耗时一年才能完成的京津城际全线扣件检测，现在缩短到两个天窗点，为我国首条时速350公里高铁的达速运行赢得了宝贵时间。
从“被动遇见”变成“主动预见”
杨必胜团队研制的系列化无人电力巡检装备，市场占有率全国领先；系列化高铁巡检装备，部署在全国18个铁路局，是高铁扣件状态亚毫米检测的唯一装备；国内首套系列化隧道巡检装备，在全国数十个省市的地铁隧道中承担着“体检医生”的角色。
“过去，我们是‘以抢修代巡检’，出了问题才去补救。现在，我们要做到‘主动预见’，在缺陷酿成事故之前就精准发现、提前处置。”杨必胜这样概括项目的核心价值。
▲智能巡检系列设备
让技术走出国门、走向未来
项目研制的巡检装备出口海外，服务“一带一路”多个国家的商业化应用。美国Phonenix LiDAR公司在评价报告里写道：“产品设计轻量化、数据质量高，助力我们研发了更具市场竞争力的产品。”
从长江边的实验室，到昆柳龙“西电东送”的崇山峻岭；从京沪高铁的深夜天窗点，到青藏铁路的雪域高原；从国内33个省级行政区的电网主干线，到海外“一带一路”沿线国家——杨必胜带领团队用近二十年的坚守，为超大规模基础设施的“大国重器”装上了一把把“精密标尺”，有力保障了世界最大规模的电力、高铁网络长期无重大事故安全运行。
在这场长达十余年的攻关中，杨必胜带给团队的，远不止技术方向的指引。“做科研，很多时候卡住你的不是大方向，而是一个小细节。”杨必胜常对学生说，“解决国家真正需要的问题，就是我们最好的科研方向。”如今，这种将宏大格局与极致严谨融于一体的作风，正在一代代学生身上延续——它所带来的，不仅是眼前的成果，更是面对未来一切挑战的底气。今天，这支团队仍在继续向前，让基础设施巡检向更智能、更精准、更高效的方向不断迈进。
▲团队合影
“创新之声”专栏简介
党的二十大报告中提出，必须坚持“创新是第一动力”，“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位”。
为进一步激发创新活力，提升创新动能，助力地理信息产业高质量发展，中国地理信息产业协会开展“创新之声”主题宣传活动，对各地理信息单位在科技、管理、应用、企业文化等方面创新突出的人才或成果，持续开展宣传报道。敬请关注。
欢迎各单位积极投稿。详见“创新之声”主题宣传活动征稿启事
电网、高铁等基础设施的及时巡检运维，是保障其安全稳定服役的基础，曾经需要大量作业人员逐处排查隐患。如今，这项任务已全部由自主巡检装备完成，检测精度高达毫米级。
这是武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室教授杨必胜团队研发的成果之一。不久前，2025年度国家科学技术奖揭晓，杨必胜主持的“超大规模基础设施毫米精度高效巡检技术、装备与应用”项目，荣获国家科学技术进步奖二等奖。
历经十余年协同攻关，杨必胜团队突破了多源观测数据一致整合、高精度三维自主测量、缺陷精准判别三大核心技术，研制出从空中到地面、从电网到高铁的全套智能巡检装备体系，推动我国重大基础设施运维从“人工粗检”向“自主精巡”实现历史性跨越。截至目前，成果应用范围已覆盖我国电网与高铁干线，并推广海外，服务“一带一路”国家。
巡检，是保障基础设施安全运维的关键和国家重大急需。我国高铁网、电网、路桥等超大规模基础设施规模居世界第一，其安全状况直接关乎国计民生。高铁轨道1毫米的形变，就可能酿成重大安全事故。
传统的人工巡检，靠的是巡线工人拿着望远镜、敲击锤，一段一段地走、一处一处地看。不仅效率低下，而且面对导线断股、杆塔裂纹等细微缺陷，肉眼几乎无法准确识别。更不用说在高海拔的“西电东送”线路上，巡检工人常年要在无人区里跋山涉水，人身安全都难以完全保障。
然而，当团队试图用现代技术手段去改变这一现状时，才发现问题远比想象中复杂。在本项目立项之初，巡检领域面临的现实是三重空白：体系化巡检装备国际空白——买不来；天空地无缝巡检理论空白——学不来；多模态巡检处理技术空白——仿不来。超大规模基础设施的精密巡检，成为一道亟待攻克的全新难题。
“核心技术买不来、要不来、讨不来，必须从基础理论源头进行自主创新。”这是杨必胜在项目启动时定下的基调。他带领团队联合国网、南网、国铁等8家单位，从最基础的“广义点云理论”做起，一干就是近二十年。
在杨必胜看来，世界万物皆可归为“点”。“线、面、体，皆由点构成。”点云——这无数个携带着坐标与属性信息的“点”的集合，是他眼中现实世界通向数字孪生的密码。它既是“人机可读”的最小单元，又能立体呈现世界的复杂结构。
然而，项目之初，团队面对的却是一个割裂的世界。无人机、地面激光雷达、手持扫描仪……多源设备获取的数据，基准不同、模态各异、粒度参差。“天空地数据对不上，就如同按不同比例尺绘制的图纸，无法拼合。”杨必胜意识到，要让它们“说同一种语言”，必须从源头重构数据的组织方式。
这便是“广义点云”理论的起点。杨必胜的选择是回归最底层——为每一个点建立特征“指纹”。他提出“二进制形状上下文描述子”，提升多源数据自动对齐的匹配成功率，计算复杂度从幂次骤降为线性。紧接着，他又架起了关键点、特征线、语义面、对象体之间的自动转换桥梁，首次让孤立的数据聚合为基准统一、结构功能一体的复合模型。
“过去解决的是‘量测’，现在要解决的是‘好用’——从看得见的几何迈向算得懂的语义。”杨必胜如此界定这场变革的核心。
这一理论被国际同行誉为“前沿中的前沿”，连续十年入选国际摄影测量与遥感学会前沿主题，并于2019年摘得全球唯一Carl Pulfrich奖。从仰望星空的哲学之问，到脚踏实地的精密标尺——杨必胜教授与他的“广义点云”，正在重新定义我们理解与测量这个世界的方式。
▲广义点云的中英文专著
理论突破之后，是更硬核的技术攻关。
在基础设施巡检中，有一个长期无法解决的矛盾：激光雷达能实现毫米级的整体扫描，但在狭窄、遮挡的空间里就“看不全”；结构光传感器能实现亚毫米级的局部成像，但测量范围有限。杨必胜团队创造性地将两者耦合，发明了“自主抵近三维测量技术”——让巡检装备像经验丰富的老工匠一样，自动发现目标、自主规划路径、精准对准测量。这套技术在受限空间里的自主避障与导航能力，一举获得国际大赛冠军。团队研制的测量型激光雷达，更是打破了欧美的长期垄断。
“硬件的突破只是第一步，让装备能准确‘看懂’缺陷才是关键。”团队成员介绍。针对断股、裂缝等表观缺陷和轨道扣件0.1毫米级形变这些“致灾元凶”，杨必胜团队创建了缺陷与异常智能检测靶向方法。在铁路场景国际基准测评中，算法的精准度排名全球第一，效率大幅超越国际顶尖产品。这意味着，原本需要人工耗时一年才能完成的京津城际全线扣件检测，现在缩短到两个天窗点，为我国首条时速350公里高铁的达速运行赢得了宝贵时间。
杨必胜团队研制的系列化无人电力巡检装备，市场占有率全国领先；系列化高铁巡检装备，部署在全国18个铁路局，是高铁扣件状态亚毫米检测的唯一装备；国内首套系列化隧道巡检装备，在全国数十个省市的地铁隧道中承担着“体检医生”的角色。
“过去，我们是‘以抢修代巡检’，出了问题才去补救。现在，我们要做到‘主动预见’，在缺陷酿成事故之前就精准发现、提前处置。”杨必胜这样概括项目的核心价值。
▲智能巡检系列设备
项目研制的巡检装备出口海外，服务“一带一路”多个国家的商业化应用。美国Phonenix LiDAR公司在评价报告里写道：“产品设计轻量化、数据质量高，助力我们研发了更具市场竞争力的产品。”
从长江边的实验室，到昆柳龙“西电东送”的崇山峻岭；从京沪高铁的深夜天窗点，到青藏铁路的雪域高原；从国内33个省级行政区的电网主干线，到海外“一带一路”沿线国家——杨必胜带领团队用近二十年的坚守，为超大规模基础设施的“大国重器”装上了一把把“精密标尺”，有力保障了世界最大规模的电力、高铁网络长期无重大事故安全运行。
在这场长达十余年的攻关中，杨必胜带给团队的，远不止技术方向的指引。“做科研，很多时候卡住你的不是大方向，而是一个小细节。”杨必胜常对学生说，“解决国家真正需要的问题，就是我们最好的科研方向。”如今，这种将宏大格局与极致严谨融于一体的作风，正在一代代学生身上延续——它所带来的，不仅是眼前的成果，更是面对未来一切挑战的底气。今天，这支团队仍在继续向前，让基础设施巡检向更智能、更精准、更高效的方向不断迈进。
▲团队合影
党的二十大报告中提出，必须坚持“创新是第一动力”，“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位”。
为进一步激发创新活力，提升创新动能，助力地理信息产业高质量发展，中国地理信息产业协会开展“创新之声”主题宣传活动，对各地理信息单位在科技、管理、应用、企业文化等方面创新突出的人才或成果，持续开展宣传报道。敬请关注。
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