固定翼無人機系統(tǒng)在輸電線路巡視中的應用

● 湖南·國網岳陽供電公司 黃 瑤 楊劍波 張 謙

1 無人機的應用背景

隨著全球能源互聯(lián)網戰(zhàn)略的提出，輸電線路越來越長，與此同時國家電網公司輸電專業(yè)存在普遍缺員現(xiàn)象。傳統(tǒng)的人工巡線不僅效率低下而且由于地形等因素，導致有些巡檢項目無法開展。尤其是在防山火、外破、滑坡、夜間的巡視，人工巡線所花費時間長，人力成本高。雖然采用直升機的人工巡視能夠一定程度上解決上述問題，但是由于成本高，應用門檻高，使得其很難作為日常巡線的手段，限制了其推廣使用。本文設計了一種固定翼無人機系統(tǒng)，作業(yè)范圍大，航程時間長，作業(yè)效率高，而且不為污泥地帶和山區(qū)丘陵所困擾。現(xiàn)場應用表明，將自創(chuàng)固定翼無人機系統(tǒng)應用于輸電線路日常巡線中，能提高工作效率，緩解人員緊缺的壓力，并且成本在可接受范圍內，具有很好的推廣使用價值。

2 自創(chuàng)固定翼無人機系統(tǒng)

自創(chuàng)固定翼無人機系統(tǒng)包括1架小型固定翼無人機以及地面控制系統(tǒng)。無人機系統(tǒng)的組成如圖1所示，包括無人機動力系統(tǒng)、無人機定位系統(tǒng)、機載任務系統(tǒng)等。

圖1 無人機系統(tǒng)組成

2.1 固定翼無人機技術參數(shù)

為適用電力線路巡視工作的需要，挑選了一款固定翼無人機，表1為該固定翼無人機的主要技術參數(shù)。

2.2 固定翼無人機的主要技術性能

（1）飛行控制距離。由于高壓輸電線路一般都在偏遠地區(qū)，交通不便的地方，因此固定翼無人機控制距離在20km以上，充分做到大范圍的巡檢工作。在控制距離范圍內，地面控制系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)鏈對無人機進行遙控，傳遞監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和視頻。

表1 固定翼無人機技術參數(shù)

（2）飛行高度。該固定翼無人機飛行高度可高于輸電線路100～300m，升限為海拔2000m。

（3）起飛與降落。當風速在小于10m/s，風向夾角小于30°，環(huán)境溫度介于－20℃～+50℃之間時，該固定翼無人機均能實現(xiàn)正常起飛。巡鷹型固定翼無人機采用手拋或彈射方式，可全自主起飛；采用滑降或傘降回收方式，對環(huán)境沒有特別限制，人工操作方便。

（4）飛行導航。將事先準備好的輸電線路地理坐標信息錄入系統(tǒng)中，固定翼無人機就能夠實現(xiàn)按照指令自主進行GPS導航巡線。

（5）自動駕駛系統(tǒng)。固定翼無人機以自動巡航模式飛行為主，通過地面站能夠實時接收無人機飛行信息。當需要切換其飛行模式時，通過地面站向無人機發(fā)出飛控指令，就能對無人機實施安全可靠的實時操作控制。

2.3 信息處理系統(tǒng)

信息處理系統(tǒng)如圖2所示，主要由飛行控制系統(tǒng)、任務生成系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫等組成。

圖2 信息處理系統(tǒng)

（1）飛行控制系統(tǒng)。通過數(shù)傳電臺、GPS（全球定位系統(tǒng)）對無人機實現(xiàn)實時控制。

（2）任務生成系統(tǒng)。根據(jù)輸電線路的位置坐標和地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件生成數(shù)字航圖，結合具體的巡線任務要求生成任務目標。

（3）信息傳輸系統(tǒng)。信息傳輸系統(tǒng)一方面將無人機巡線過程中的基本信息傳輸?shù)降孛婵刂婆_；另一方面當需要切換無人機巡航模式時，則地面控制臺通過信息傳輸系統(tǒng)將命令下達給無人機。地面通過2.4GHz無線傳輸信號實時與無人機實現(xiàn)鏈路，通過5.8GHz圖片傳輸可把無人機在上空的圖像實時下傳，保證了無人機的安全性。

（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器將輸電線路的相關信息采集成圖像并通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)降孛婵刂婆_。

3 現(xiàn)場應用情況

創(chuàng)固定翼無人機系統(tǒng)在日常巡線過程中，能夠根據(jù)事先設定好的巡線路徑進行自主導航巡線；并實時傳輸飛行過程中拍攝的線路設備照片以及周邊環(huán)境照片。當發(fā)現(xiàn)可疑點時，可通過指令使其圍繞可疑點盤旋飛行并拍攝照片傳輸給操作人，達到了線路設備普查以及重點目標詳查的目的。

相比于直升機巡線，固定翼無人機系統(tǒng)成本低廉，而且對操作人員技術性要求低，便于推廣，具有很好的應用前景。

據(jù)統(tǒng)計，人工巡視平均每天完成線路距離10km左右，而固定翼無人機巡視平均每小時完成線路距離50km左右，極大地提高了巡線效率。固定翼無人機巡線能夠及時發(fā)現(xiàn)周邊外破、施工、滑坡等隱患；同時能夠發(fā)現(xiàn)人工地面巡視無法發(fā)現(xiàn)的缺陷，如地線的銹蝕等情況。人工開展防山火特巡和蹲守，花費大量人力物力，效率低下。受地形觀測視角限制等因素，有些山火還不能及時發(fā)現(xiàn)，而利用固定翼無人機在山火易發(fā)、高發(fā)區(qū)域高空密集盤旋開展防山火工作，能及時高效地對山火易發(fā)區(qū)進行管控。

4 結束語

隨著社會經濟的發(fā)展，對電網安全穩(wěn)定運行要求越來越高。因此，必須采用高效可行方式進行線路巡視維護。自創(chuàng)固定翼無人機系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)輸電線路隱患及缺陷，緩解了人員緊缺的壓力，對于提高電網供電可靠性、節(jié)約人員成本、提高經濟效益都有著重要意義。