基于電磁場(chǎng)檢測(cè)的輸電線路無(wú)人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)與搭載方法研究

苑紫熙

摘要：輸電線路的電磁干擾會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)的操控以及通信性能產(chǎn)生明顯的影響，嚴(yán)重威脅到了無(wú)人機(jī)在巡檢在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用，因此研究基于電磁場(chǎng)檢測(cè)的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢自主避障具有特別重要的意義。本文提出了一種基于電場(chǎng)和電磁波檢測(cè)的無(wú)人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)和搭載方法，通過(guò)分析特高壓輸電線路電磁場(chǎng)分布規(guī)律，檢測(cè)無(wú)人機(jī)所處位置的電場(chǎng)和電磁波強(qiáng)度，判斷無(wú)人機(jī)是否處于安全范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的避障功能。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)巡檢;避障模塊;電磁場(chǎng)檢測(cè)

1.無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)

架空線路運(yùn)維工作日益繁重，運(yùn)檢部門迫切需要更自動(dòng)化、現(xiàn)代化、高效率的巡線技術(shù)和手段。通過(guò)多年的技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐，無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成一種高效、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的空中巡檢技術(shù)，是提升輸電線路運(yùn)行可靠性的重要手段之一。與傳統(tǒng)人工巡檢相比，無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢不受地形環(huán)境限制、視角寬廣、精度高、安全性好，經(jīng)過(guò)數(shù)年推廣應(yīng)用，無(wú)人機(jī)巡檢已在電力公司得到了廣泛應(yīng)用。但從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，無(wú)人機(jī)巡線過(guò)程中缺少對(duì)輸電線路的精確測(cè)距技術(shù)、預(yù)警技術(shù)與自動(dòng)避障技術(shù)。目前無(wú)人機(jī)的可用測(cè)距技術(shù)包括GPS定位、激光測(cè)距、超聲波測(cè)距、可見光測(cè)距等技術(shù)。GPS定位是生活和生產(chǎn)中常用的距離判斷方法，基于GPS的無(wú)人機(jī)測(cè)距技術(shù)一般利用地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和GPS信息計(jì)算兩點(diǎn)間距離，并基于GPS信息實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)云臺(tái)角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到巡檢過(guò)程中各個(gè)相機(jī)對(duì)巡檢線路中桿塔的跟蹤拍攝。由于現(xiàn)有的測(cè)距技術(shù)在應(yīng)用中都有一定的難度，因此在目前的無(wú)人機(jī)巡檢中，大多還是現(xiàn)場(chǎng)操控人員通過(guò)肉眼判斷與輸電線路的距離，這對(duì)工作人員的要求極高，同時(shí)存在一定安全隱患。無(wú)人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)和研究把能夠有效的解決人工問題，實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)化技術(shù)，它已經(jīng)發(fā)展成一種高效、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的空中巡檢技術(shù)。基于無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)的研究具有重要的意義。

2.高壓輸電線路巡線作業(yè)特點(diǎn)

高壓輸電線路巡線作業(yè)工作量大，依靠人工對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢的方式耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。無(wú)人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)具有不受地形環(huán)境限制、巡線速度快和巡檢質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)逐步成為架空電力線路巡檢新的移動(dòng)平臺(tái)，大大提高了巡檢效率。在無(wú)人機(jī)巡檢中，無(wú)人機(jī)要盡量靠近輸電線路飛行，保證最佳的巡線效果。因此，如何避免與輸電線路碰撞是保證無(wú)人機(jī)和輸電安全的關(guān)鍵。目前，采用較多的是毫米波雷達(dá)避障技術(shù)和基于地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航的巡檢避障技術(shù)，但是毫米波雷達(dá)避障技術(shù)存在反射波如何過(guò)濾的問題;基于地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航的巡檢避障技術(shù)存在不能近距離靠近輸電線路，有時(shí)無(wú)法對(duì)輸電線路進(jìn)行清晰的巡檢拍攝，不利于故障診斷的準(zhǔn)確性。無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)不受其他方面的影響，能夠有效的保障輸電的穩(wěn)定性。

3.特高壓輸電線路電磁場(chǎng)分布規(guī)律

遠(yuǎn)離輸電線時(shí)，等電場(chǎng)值線趨向于半圓形，而接近輸電線時(shí)，等電場(chǎng)值線為不規(guī)則形狀。因此無(wú)法單純從檢測(cè)電場(chǎng)值得到觀察點(diǎn)離輸電線的距離。目前單一的電場(chǎng)、磁場(chǎng)及電場(chǎng)、磁場(chǎng)梯度在正負(fù)半軸兩側(cè)都沒有嚴(yán)格的單調(diào)性，因此無(wú)法作為距離的有效特征量。因此，可以通過(guò)不同高度的電場(chǎng)或磁場(chǎng)值作為判斷輸電線路距離的特征量。由于線路周邊的磁場(chǎng)和線路負(fù)荷的密切相關(guān)，因此采用電場(chǎng)能更好的反映無(wú)人機(jī)測(cè)點(diǎn)和線路的距離。同時(shí)電場(chǎng)的有效值測(cè)量更為方便，因此可采用不同高度下電場(chǎng)有效值作為反應(yīng)無(wú)人機(jī)和線路的距離的特征量。結(jié)合電場(chǎng)強(qiáng)度和高度檢測(cè)是有效的檢測(cè)觀察點(diǎn)離輸電線距離的方法。實(shí)際中，可以先通過(guò)仿真測(cè)試得到典型桿塔不同高度下電場(chǎng)分布曲線，測(cè)距時(shí)再利用插值方法預(yù)測(cè)觀察點(diǎn)離輸電線的距離。

4.結(jié)語(yǔ)

輸電線路無(wú)人機(jī)避障具有非常重要的意義。本文通過(guò)分析特高壓輸電線路電磁場(chǎng)分布規(guī)律，檢測(cè)無(wú)人機(jī)所處位置的電場(chǎng)和電磁波強(qiáng)度，研究了高壓輸電線路巡線作業(yè)特點(diǎn)，研究了研究基于電磁場(chǎng)檢測(cè)的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢自主避障，提出了選用電場(chǎng)有效值結(jié)合高度來(lái)確定無(wú)人機(jī)與輸電線路真實(shí)距離的方法?？蔀檩旊娋€路無(wú)人機(jī)巡檢距離檢測(cè)、航向規(guī)劃、避障設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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