無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

秦志勇　劉華　項(xiàng)興堯

摘 要：無(wú)人機(jī)是當(dāng)下科技發(fā)展的焦點(diǎn)，無(wú)人機(jī)在應(yīng)用于電力線路巡檢領(lǐng)域是未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展的重要方向。本文通過對(duì)無(wú)人機(jī)飛行技術(shù)進(jìn)行深入研究，研制出一臺(tái)在復(fù)雜條件下巡檢電力線路的無(wú)人機(jī)，并進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理、可行的。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；電力線路；安全巡檢系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）22-0139-02

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，其在電力線路巡檢領(lǐng)域也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。電力巡檢線路地形復(fù)雜、各種電磁干擾較多，這給無(wú)人機(jī)的安全飛行帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)此問題，首先對(duì)無(wú)人機(jī)飛行技術(shù)進(jìn)行深入研究，再通過對(duì)無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一臺(tái)在復(fù)雜條件下巡檢電力線路的無(wú)人機(jī)，并通過某省電力公司工程應(yīng)用，成功演練無(wú)人機(jī)在電力線路巡邏可有效避障、確保飛行安全、提高線路檢查效率，充分體現(xiàn)其設(shè)計(jì)的合理性與可行性。

1 大型無(wú)人機(jī)自動(dòng)安全飛行技術(shù)

1.1 實(shí)時(shí)差分定位

在復(fù)雜的地形中，為實(shí)現(xiàn)超低空、超視距安全穩(wěn)定飛行的目標(biāo)，無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)在大多數(shù)情況下需要采用制導(dǎo)精度較高的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。差分定位就是實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航定位的技術(shù)之一，能夠有效提高定位精度。一般來(lái)說，差分系統(tǒng)主要包含三個(gè)組成部分：基準(zhǔn)站接收機(jī)、差分流動(dòng)接收機(jī)、差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，如圖1所示。

1.2 無(wú)人機(jī)中繼通信

受到地形條件、多徑效應(yīng)、頻率、電磁干擾等多方面因素的影響，無(wú)人機(jī)通訊鏈路受到限制。針對(duì)此問題，人們研究制成了對(duì)電力線路進(jìn)行巡檢的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)，使無(wú)人機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間、超視距飛行的功能，實(shí)時(shí)傳送通道信號(hào)，使得無(wú)人機(jī)進(jìn)行電力巡檢作業(yè)時(shí)，能夠接收超低空的通信信號(hào)。

無(wú)人機(jī)通訊鏈路采用無(wú)線通訊組網(wǎng)的形式；無(wú)人機(jī)地空中繼鏈路通信大體上分為2種，一種為中繼模式，另一種為無(wú)中繼模式。在中繼模式下，目標(biāo)無(wú)人機(jī)與地面接收站通過中繼機(jī)完成數(shù)據(jù)信息的通信，而在無(wú)中繼的模式下，目標(biāo)機(jī)與地面接收站之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，確保無(wú)人機(jī)與地面之間的通訊質(zhì)量。

無(wú)人機(jī)的中繼鏈路系統(tǒng)主要可分為：目標(biāo)機(jī)模塊、地面站模塊、中繼機(jī)模塊等三部分。通過地面站通訊控制軟件，可實(shí)現(xiàn)界面是可視化、監(jiān)控各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)調(diào)整點(diǎn)配置參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、障礙物的實(shí)時(shí)報(bào)警等。

1.3 自主雷達(dá)避障

為了在復(fù)雜條件下能夠超視距、超低空的飛行，無(wú)人機(jī)需要自主避障且預(yù)警。針對(duì)上述要求，本文研制了一套多功能、帶伺服機(jī)構(gòu)的米波雷達(dá)避障系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的避開障礙的能力。本文設(shè)計(jì)該系統(tǒng)檢測(cè)高壓線路導(dǎo)線、鐵塔、樹木等障礙物，預(yù)警功能可以讓目標(biāo)機(jī)具有足夠多時(shí)間進(jìn)行預(yù)警，避障時(shí)能夠?qū)?.2公里范圍內(nèi)障礙物，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)識(shí)別、自主避障，遇到障礙物時(shí)可實(shí)施自主懸?；蚍岛降纫?guī)避障礙物的相關(guān)策略，確保無(wú)人機(jī)的飛行安全。

1.4 飛行計(jì)劃和航跡規(guī)劃

無(wú)人機(jī)需要巡航監(jiān)測(cè)的電路線路條件復(fù)雜，在相關(guān)作業(yè)區(qū)域內(nèi)電力干擾多，對(duì)無(wú)人的安全飛行是一個(gè)較大的威脅，其主要可分為兩種情景：（1）巡檢航線與電力線路有交叉之處；（2）巡檢航線與電力線之間的距離為非安全距離。

2 人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 巡檢系統(tǒng)主要組成

電力線路巡檢無(wú)人機(jī)是一個(gè)集中化復(fù)雜系統(tǒng)，基于遙感技術(shù)，其主要可分為四大部分：無(wú)人機(jī)平臺(tái)及相關(guān)數(shù)據(jù)信息獲取系統(tǒng)、地面測(cè)控站、數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)、數(shù)字地面處理系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)的核心組成如圖2所示。

2.2 巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

在無(wú)人機(jī)電力電路巡檢系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)平臺(tái)、地面數(shù)據(jù)測(cè)控站、數(shù)據(jù)通訊鏈路等相關(guān)技術(shù)已經(jīng)具備，電力線路巡檢系統(tǒng)中采用遙感技術(shù)，尤其多傳感技術(shù)及其后期數(shù)據(jù)處理方面的技術(shù)在國(guó)內(nèi)鮮見報(bào)道，尚處于摸索研究階段，以下為無(wú)人機(jī)巡檢電力線路系統(tǒng)中較為重要的幾種技術(shù)，分別為：（1）無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)相關(guān)控制技術(shù)；（2）多傳感器高精度時(shí)間同步技術(shù)；（3）電力線路缺陷、隱患探測(cè)技術(shù)；（4）機(jī)載激光掃描儀各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)校驗(yàn)技術(shù)；（5）無(wú)人機(jī)無(wú)線通訊技術(shù)；（6）相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)；（7）多條帶點(diǎn)云數(shù)據(jù)高精度配準(zhǔn)與拼接技術(shù)；（8）海量點(diǎn)云全自動(dòng)DSM、DEM生成技術(shù)；（9）基于GPGPU模型與百核級(jí)集群技術(shù)的正射影像采集技術(shù)。

3 試驗(yàn)案例

在2012年，某省電力有限公司分供電公司采用無(wú)人機(jī)對(duì)500KV支線、220KV支線等多條支線進(jìn)行安全巡檢，租用其周邊民用機(jī)場(chǎng)為無(wú)人機(jī)的起飛、降落及其保障的基地，在整個(gè)巡檢過程中，巡檢時(shí)間共計(jì)78小時(shí)，飛行68架次，巡檢電力線路長(zhǎng)797公里，查找出電力線路安全問題95處。

此次在復(fù)雜環(huán)境下的演練，充分體現(xiàn)出了無(wú)人機(jī)可在山區(qū)、高溫的復(fù)雜氣象條件下巡檢電力線路，同時(shí)也證明了該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性與合理性。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)在電力線路巡檢領(lǐng)域的成功應(yīng)用可減少人力的工作，可快速完成巡檢作業(yè)任務(wù)，是未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。本文針對(duì)在復(fù)雜條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)對(duì)電力線路進(jìn)行超低空、超視距、安全穩(wěn)定巡檢的要求，研制出一臺(tái)在復(fù)雜條件下巡檢電力線路的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢，并進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該無(wú)人機(jī)對(duì)電力線路巡檢可有效避障、確保安全飛行、線路檢查效率高，充分證明該無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)的合理性與可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]彭向陽(yáng)，錢金菊，麥曉明，等.大型無(wú)人直升機(jī)電力線路全自動(dòng)巡檢技術(shù)及應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，2（10）：24-31.

[2]彭向陽(yáng)，劉正軍，麥曉明，等.無(wú)人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)[J].遙感信息，2015，1（30）：51-57.

[3]吳冰瑩，戴禮豪，林朝輝，等.大型無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下電力巡檢研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，2（10）：28-34.endprint