輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)分析

楊光

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司彭州市供電分公司，四川 彭州 611930）

前言

當(dāng)今我國(guó)的科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展是十分迅速的，電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)模也不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得愈發(fā)復(fù)雜，因此對(duì)于電網(wǎng)的檢查和維護(hù)工作，也就顯得尤為重要。相關(guān)維護(hù)工人對(duì)于電網(wǎng)進(jìn)行定時(shí)的檢測(cè)和維修確保了電網(wǎng)運(yùn)作時(shí)的穩(wěn)定性。但是由于信息技術(shù)的高速發(fā)展電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得愈發(fā)困難相關(guān)從業(yè)人員想要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)也變得十分不容易在檢測(cè)的過(guò)程中往往投入了大量的人力和物力。往往維修人員投入更多的勞動(dòng)力，卻得不到工作效率的提升。當(dāng)前，為了減少該行業(yè)的人力投入，主要使用了無(wú)人機(jī)技術(shù)來(lái)檢查輸電線路。但是無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展仍然不能滿足巡檢電網(wǎng)所要求的技術(shù)[1]。無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中往往容易碰撞損壞或者被他人惡意搶奪，這都嚴(yán)重阻礙了無(wú)人機(jī)巡檢電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不斷提升，工作人員就需要及時(shí)更新無(wú)人機(jī)巡檢電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，這樣才能更好地適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜的電網(wǎng)，從而利用無(wú)人機(jī)更好地進(jìn)行巡檢工作。

一、控制無(wú)人機(jī)技術(shù)

在控制無(wú)人機(jī)技術(shù)中，飛控技術(shù)是其中非常重要的技術(shù)，它的核心組成是屬于飛控計(jì)算機(jī)的。那么，針對(duì)飛控計(jì)算機(jī)，他所展現(xiàn)出來(lái)的性能，就取決于飛控系統(tǒng)的性能。如果能夠得到高性能的飛控計(jì)算機(jī)，無(wú)人機(jī)的控制才能更加安全和穩(wěn)定，在循環(huán)過(guò)程中，就能充分發(fā)揮它的作用。與此同時(shí)，飛控技術(shù)不光是指控制無(wú)人機(jī)飛行的技術(shù)，還包括無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中對(duì)于信息的采集和數(shù)據(jù)的傳輸。因此，在無(wú)人機(jī)的控制技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的有序控制，能夠準(zhǔn)確計(jì)算無(wú)人機(jī)的飛行路線，并且無(wú)人機(jī)必須要在專業(yè)人員所發(fā)送的指令一下，按照路線準(zhǔn)確飛行完成所規(guī)定的路線和管理的任務(wù)，確保無(wú)人機(jī)在飛行，傳輸，數(shù)據(jù)等執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

（一）多余度飛控系統(tǒng)

各種精密的電子器件組成了飛控計(jì)算機(jī)的硬件。在使用飛控技術(shù)的同時(shí)，也促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。但是當(dāng)前我國(guó)集成電路制造元器件的工藝水平十分的不先進(jìn)，這也導(dǎo)致所制備出來(lái)的寄生電路元器件不夠可靠。與此同時(shí)，當(dāng)前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)飛控系統(tǒng)的方案并不能適用于當(dāng)前的，實(shí)際情況，這也嚴(yán)重降低了在使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡航的過(guò)程中的可靠性[2]。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員為了確保無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性，提出了余度技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)能夠確保無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性，能夠使無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的容錯(cuò)率增加，滿足了當(dāng)前使用無(wú)人機(jī)巡航的要求，并且主要使用了兩個(gè)或兩個(gè)以上的相同部件或者系統(tǒng)，確保這些部件和系統(tǒng)能夠在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中有效的協(xié)調(diào)和調(diào)度，多種系統(tǒng)在協(xié)調(diào)的過(guò)程中就能夠得到一個(gè)正確的結(jié)果，這也進(jìn)一步確保了無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性。除此之外，在飛控系統(tǒng)中的魚肚結(jié)構(gòu)中，它主要包括了二余度和三余度這兩種。

并且余度技術(shù)主要是指改進(jìn)無(wú)人機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)，從而確保飛控計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。

當(dāng)前，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展迅速，我們也就需要更高性能的飛控計(jì)算機(jī)，從而確保無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中的可靠性。與此同時(shí)，針對(duì)雙余度結(jié)構(gòu)，它能夠在實(shí)際設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)小型化過(guò)程中提供極大的幫助，突破了傳統(tǒng)大體積的余度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單明了。與此同時(shí)，余度結(jié)構(gòu)是從主從機(jī)制中引申出來(lái)的，它能夠使系統(tǒng)故障的覆蓋率有所降低，這也就導(dǎo)致了分配權(quán)限過(guò)程中的不明確，不合理的仲裁流程缺乏公平性等情況產(chǎn)生。所以說(shuō)，在對(duì)無(wú)人機(jī)雙余度的飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要確保故障覆蓋率的提升，這樣才能使無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)在實(shí)運(yùn)行中具有一定的穩(wěn)定性和安全性，也就是無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)工作更加具備實(shí)際的價(jià)值。

（二）飛行控制方式

當(dāng)前，控制無(wú)人機(jī)飛行的主要方式有如下的兩種。其一，人工控制，其二是通過(guò)代碼自主控制。人工控制是較為傳統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)的方式，也是最簡(jiǎn)單的方式，他是指人工在地面上遠(yuǎn)程控制和操控?zé)o人機(jī)的飛行。通過(guò)代碼自主控制，主要借助了無(wú)人機(jī)的飛控計(jì)算機(jī)，它使用了計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行連接，利用計(jì)算機(jī)所發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)。這兩者是有明顯的區(qū)別的，他們都存在著不足之處。利用人工控制無(wú)人機(jī)，主要需要操控?zé)o人機(jī)的手柄，這也就意味著，人是唯一能對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制的。所以，一旦無(wú)人機(jī)處于復(fù)雜的環(huán)境之中，人工很難對(duì)無(wú)人機(jī)所處的環(huán)境進(jìn)行判斷和控制，這也就導(dǎo)致了人工控制的飛機(jī)很容易在復(fù)雜的情況下產(chǎn)生墜機(jī)等危險(xiǎn)的情況發(fā)生。那么，利用飛控計(jì)算機(jī)來(lái)操控?zé)o人機(jī)的過(guò)程中，也存在著不少的問(wèn)題，舉例來(lái)說(shuō)就是飛行過(guò)程中無(wú)人機(jī)往往存在許多不確定因素，它主要包括不確定的參數(shù)，無(wú)法及時(shí)確認(rèn)的動(dòng)態(tài)建模，隨機(jī)的擾動(dòng)性測(cè)量的傳感裝置，接受的噪音較多以及復(fù)雜的代理信息模式等各個(gè)方面。

二、無(wú)人機(jī)避障技術(shù)

通常情況下，相關(guān)從業(yè)人員借助無(wú)人機(jī)來(lái)巡檢架空輸電線路的時(shí)候，往往在輸電線路旁邊的通道以及各種樹木，建筑物都對(duì)無(wú)人機(jī)的巡航飛行產(chǎn)生了非常多的安全隱患。所以說(shuō)無(wú)人機(jī)在飛行巡航的過(guò)程中，必須能夠自主地對(duì)周邊環(huán)境的障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，檢測(cè)之能夠重新規(guī)劃路線，確保完美躲避障礙物。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的這個(gè)功能，就需要相關(guān)的研究人員針對(duì)無(wú)人機(jī)避障技術(shù)進(jìn)行不斷地調(diào)整和優(yōu)化[3]。當(dāng)前，使用到無(wú)人機(jī)上的規(guī)避技術(shù)是通過(guò)紅外感知障礙物的位置，并且從障礙物的深度獲取相關(guān)圖像，利用圖像的輪廓選擇合適的路線，對(duì)障礙物進(jìn)行規(guī)避，與此同時(shí)，對(duì)當(dāng)前的場(chǎng)景進(jìn)行建模，這樣在遇到相同障礙物的時(shí)候，就能迅速給出合適的路徑。在無(wú)人機(jī)這個(gè)領(lǐng)域中，使用比較常見(jiàn)的障礙物檢測(cè)傳感器，有超聲波傳感，激光傳感以及雙目攝像機(jī)等。

（一）超聲波測(cè)距

相關(guān)工作人員使用超聲波進(jìn)行測(cè)距，通過(guò)發(fā)送超聲波，感受超聲波返回的速度，接收到這個(gè)超聲波信號(hào)后，就停止計(jì)數(shù)器的技術(shù)功能，結(jié)合超聲波在空氣中的傳播速度來(lái)判斷，當(dāng)前與障礙物之間的距離。利用超聲波進(jìn)行距離測(cè)定有一個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)就是成本低，操作便捷，然而，利用超聲波測(cè)距也會(huì)產(chǎn)生許多的問(wèn)題，超聲波往往會(huì)受到很多的干擾，從而導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確，這也就很容易導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中的安全隱患。

（二）激光雷達(dá)測(cè)距

當(dāng)前，在激光雷達(dá)的領(lǐng)域，主要使用了TOF測(cè)距原理，它同超聲波測(cè)距十分的相似，然而，它主要是利用光的時(shí)間差和相位來(lái)對(duì)無(wú)人機(jī)周圍的事物進(jìn)行判斷，如果在無(wú)人機(jī)的周圍有障礙物，那么，就通過(guò)光傳播的速度來(lái)判斷無(wú)人機(jī)與障礙物之間的距離。假若無(wú)人機(jī)當(dāng)前是懸停的，那么這個(gè)時(shí)候，無(wú)人機(jī)內(nèi)部的TOF 系統(tǒng)就會(huì)高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度，的范圍是在每秒兩圈到每秒五圈之間，在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，TOF 系統(tǒng)就能360度的掃描無(wú)人機(jī)周圍的情況，如果在某一方位檢測(cè)到相關(guān)障礙物，就會(huì)給無(wú)人機(jī)發(fā)出指令，從而改變無(wú)人機(jī)的飛行方向，有效對(duì)障礙物進(jìn)行規(guī)避。假若在無(wú)人機(jī)巡航過(guò)程中，內(nèi)部的TOF 系統(tǒng)不再旋轉(zhuǎn)，那么，無(wú)人機(jī)就會(huì)在前進(jìn)的道路上發(fā)出一道麥光沖通過(guò)脈光沖的傳播方向，確定無(wú)人機(jī)的前進(jìn)方向[4]。但是TOF 賬系統(tǒng)是一個(gè)比較先進(jìn)并且發(fā)展不夠完全的系統(tǒng)，它需要我們投入更多的財(cái)力，并且也很容易受到太陽(yáng)光的干擾，所以，在使用TF 系統(tǒng)的同時(shí)，也要確保芯片中有能夠抵抗太陽(yáng)光干擾的相關(guān)程序。

（三）毫米波雷達(dá)測(cè)距

毫米波雷達(dá)測(cè)距是指無(wú)人機(jī)通過(guò)裝置發(fā)射出錐狀的波數(shù)，一般這個(gè)波數(shù)的距離小于250 米，范圍并不是很大。與此同時(shí)，毫米波雷達(dá)裝置的發(fā)射波和返回波之間的間隔時(shí)間比較小，在一般簡(jiǎn)單的發(fā)射賣車裝置中，很難利用到。當(dāng)前，我國(guó)市場(chǎng)上的毫米雷達(dá)測(cè)距裝置是利用FMCW 信號(hào)體質(zhì)，它能夠通過(guò)計(jì)算回波頻率和發(fā)射頻率來(lái)探求當(dāng)前與障礙物之間的距離。毫米波雷達(dá)的顯著優(yōu)勢(shì)是帶寬體積小，質(zhì)量小，高速的掃描等，他對(duì)于障礙物的掃描顯得尤為精確，哪怕是極其微小的障礙物，也能夠進(jìn)行測(cè)定，所以在無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中，這種精密的探測(cè)裝置也非常的熱門。

（四）雙目視覺(jué)測(cè)距

在雙目視覺(jué)測(cè)距技術(shù)中，主要利用的是視差這個(gè)原理，機(jī)械的視覺(jué)系統(tǒng)中，通常會(huì)利用雙攝攝像機(jī)，借助雙向視覺(jué)技術(shù)，能夠從不同的角度獲取事物的原貌。機(jī)械的視覺(jué)就是通過(guò)一個(gè)攝像機(jī)，一方面，從不同的方位認(rèn)識(shí)這個(gè)圖像。另一方面，在不同的時(shí)候，對(duì)同一個(gè)景物獲取不同的數(shù)字圖像[5]。通過(guò)這個(gè)原理，借助雙攝攝像頭，就能夠多角度的獲得3d 的物體模型，這也就使該裝置能夠非常精確地確定障礙物所處的位置。并且雙目攝像頭能夠精確計(jì)算攝像機(jī)與物體之間的距離，這項(xiàng)技術(shù)非常適用于無(wú)人機(jī)規(guī)避技術(shù)，尤其在架空輸電線路中，能夠進(jìn)行廣泛的運(yùn)用。

三、結(jié)論

如上文所述，無(wú)人機(jī)在巡檢的過(guò)程中往往會(huì)遇到十分復(fù)雜的實(shí)際情況，所以必須要確保無(wú)人機(jī)巡檢的安全性。與此同時(shí)，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢，要充分發(fā)揮它的效率性以及所傳輸回來(lái)的結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是利用無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中也存在一些安全隱患，這時(shí)候就需要相關(guān)的從業(yè)人員充分了解無(wú)人機(jī)所處的環(huán)境以及架空輸電線路的結(jié)構(gòu)，確保無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及規(guī)避障礙技術(shù)的精確性，這樣才能使無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中安全的飛行，穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)架空輸電線路，確保架空輸電線路的穩(wěn)定性。