無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關鍵技術

秦志勇　劉華　項興堯

摘 要：無人機是當下科技發(fā)展的焦點，無人機在應用于電力線路巡檢領域是未來無人機發(fā)展的重要方向。本文通過對無人機飛行技術進行深入研究，研制出一臺在復雜條件下巡檢電力線路的無人機，并進行實際工程應用，實驗數(shù)據(jù)表明：該無人機系統(tǒng)設計是合理、可行的。

關鍵詞：無人機；電力線路；安全巡檢系統(tǒng)；關鍵技術

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0139-02

隨著信息技術的發(fā)展，無人機的應用范圍也越來越廣泛，其在電力線路巡檢領域也取得了長足的發(fā)展。電力巡檢線路地形復雜、各種電磁干擾較多，這給無人機的安全飛行帶來了較大的挑戰(zhàn)。本文針對此問題，首先對無人機飛行技術進行深入研究，再通過對無人機的系統(tǒng)設計，設計出一臺在復雜條件下巡檢電力線路的無人機，并通過某省電力公司工程應用，成功演練無人機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)其設計的合理性與可行性。

1 大型無人機自動安全飛行技術

1.1 實時差分定位

在復雜的地形中，為實現(xiàn)超低空、超視距安全穩(wěn)定飛行的目標，無人機飛控系統(tǒng)在大多數(shù)情況下需要采用制導精度較高的定位導航系統(tǒng)。差分定位就是實現(xiàn)高精度導航定位的技術之一，能夠有效提高定位精度。一般來說，差分系統(tǒng)主要包含三個組成部分：基準站接收機、差分流動接收機、差分數(shù)據(jù)鏈路，如圖1所示。

1.2 無人機中繼通信

受到地形條件、多徑效應、頻率、電磁干擾等多方面因素的影響，無人機通訊鏈路受到限制。針對此問題，人們研究制成了對電力線路進行巡檢的無人機數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)，使無人機能夠長時間、超視距飛行的功能，實時傳送通道信號，使得無人機進行電力巡檢作業(yè)時，能夠接收超低空的通信信號。

無人機通訊鏈路采用無線通訊組網(wǎng)的形式；無人機地空中繼鏈路通信大體上分為2種，一種為中繼模式，另一種為無中繼模式。在中繼模式下，目標無人機與地面接收站通過中繼機完成數(shù)據(jù)信息的通信，而在無中繼的模式下，目標機與地面接收站之間直接進行數(shù)據(jù)信息的交換，確保無人機與地面之間的通訊質量。

無人機的中繼鏈路系統(tǒng)主要可分為：目標機模塊、地面站模塊、中繼機模塊等三部分。通過地面站通訊控制軟件，可實現(xiàn)界面是可視化、監(jiān)控各節(jié)點的運行狀態(tài)、手動調整點配置參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)存儲與分析、障礙物的實時報警等。

1.3 自主雷達避障

為了在復雜條件下能夠超視距、超低空的飛行，無人機需要自主避障且預警。針對上述要求，本文研制了一套多功能、帶伺服機構的米波雷達避障系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的避開障礙的能力。本文設計該系統(tǒng)檢測高壓線路導線、鐵塔、樹木等障礙物，預警功能可以讓目標機具有足夠多時間進行預警，避障時能夠對0.2公里范圍內障礙物，實現(xiàn)無人機自動識別、自主避障，遇到障礙物時可實施自主懸停或返航等規(guī)避障礙物的相關策略，確保無人機的飛行安全。

1.4 飛行計劃和航跡規(guī)劃

無人機需要巡航監(jiān)測的電路線路條件復雜，在相關作業(yè)區(qū)域內電力干擾多，對無人的安全飛行是一個較大的威脅，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 人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)設計

2.1 巡檢系統(tǒng)主要組成

電力線路巡檢無人機是一個集中化復雜系統(tǒng)，基于遙感技術，其主要可分為四大部分：無人機平臺及相關數(shù)據(jù)信息獲取系統(tǒng)、地面測控站、數(shù)據(jù)通信鏈路系統(tǒng)、數(shù)字地面處理系統(tǒng)。無人機的核心組成如圖2所示。

2.2 巡檢系統(tǒng)關鍵技術

在無人機電力電路巡檢系統(tǒng)中，無人機平臺、地面數(shù)據(jù)測控站、數(shù)據(jù)通訊鏈路等相關技術已經(jīng)具備，電力線路巡檢系統(tǒng)中采用遙感技術，尤其多傳感技術及其后期數(shù)據(jù)處理方面的技術在國內鮮見報道，尚處于摸索研究階段，以下為無人機巡檢電力線路系統(tǒng)中較為重要的幾種技術，分別為：（1）無人機飛行姿態(tài)相關控制技術；（2）多傳感器高精度時間同步技術；（3）電力線路缺陷、隱患探測技術；（4）機載激光掃描儀各項系統(tǒng)參數(shù)校驗技術；（5）無人機無線通訊技術；（6）相關檢測數(shù)據(jù)處理技術；（7）多條帶點云數(shù)據(jù)高精度配準與拼接技術；（8）海量點云全自動DSM、DEM生成技術；（9）基于GPGPU模型與百核級集群技術的正射影像采集技術。

3 試驗案例

在2012年，某省電力有限公司分供電公司采用無人機對500KV支線、220KV支線等多條支線進行安全巡檢，租用其周邊民用機場為無人機的起飛、降落及其保障的基地，在整個巡檢過程中，巡檢時間共計78小時，飛行68架次，巡檢電力線路長797公里，查找出電力線路安全問題95處。

此次在復雜環(huán)境下的演練，充分體現(xiàn)出了無人機可在山區(qū)、高溫的復雜氣象條件下巡檢電力線路，同時也證明了該無人機系統(tǒng)設計的可行性與合理性。

4 結語

無人機巡檢系統(tǒng)在電力線路巡檢領域的成功應用可減少人力的工作，可快速完成巡檢作業(yè)任務，是未來無人機發(fā)展的一個重要方向。本文針對在復雜條件下實現(xiàn)無人機對電力線路進行超低空、超視距、安全穩(wěn)定巡檢的要求，研制出一臺在復雜條件下巡檢電力線路的無人機系統(tǒng)，實現(xiàn)自動巡檢，并進行實際工程應用，實驗數(shù)據(jù)表明：該無人機對電力線路巡檢可有效避障、確保安全飛行、線路檢查效率高，充分證明該無人機的設計的合理性與可行性。

參考文獻

[1]彭向陽，錢金菊，麥曉明，等.大型無人直升機電力線路全自動巡檢技術及應用[J].南方電網(wǎng)技術，2016，2（10）：24-31.

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

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