無人機的發展及其新技術動態分析

胡彬 周宗國 楊時寬 趙海 詹樂貴

摘 要：本文對無人機技術的發展歷史進行了詳細闡述，分析了無人機國內外新興技術，并通過對無人機在電力巡檢方面的應用突出了無人機應用的優勢。

關鍵詞：無人機巡檢；無人機；智能巡檢

中圖分類號：V279 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0089-02

前 言

無人機“UAV”，是利用無線電遙控設備和程序控制裝置操縱的非載人飛機，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作。如今，無人機在民用的道路上發展得如火如荼，尤其是在我國近三十年中，無人機消費市場火熱，民眾對無人機的需求和認可程度逐漸提高，國家對無人機的法律法規和監管制度也有了進一步的加強。未來五年民用無人機行業將持續保持較快的發展態勢，2020年中國民用無人機產品銷售市場規模將達到265億元。本文針對無人機技術進行其發展歷史和新技術的展望，并對無人機在電力系統上的應用進行分析。

1 無人機發展歷史

早期的無人機，設計方向并非民用，而是軍用。1917年，皮特·庫柏（Peter Cooper）和埃爾默·A·斯佩里（Elmer A. Sperry）發明了第一臺自動陀螺穩定器，這種裝置能夠使飛機能夠保持平衡向前飛行，無人飛行器由此誕生。這項技術成果將美國海軍的一臺教練機成功改造為首架不載人飛行機，這就是無人機的原型。但當時的無人機存在著飛不回起飛點的缺點。蜂王號解決了這個問題，使得無人機能夠回到起飛點，使無人機技術更有實際價值。可以說蜂王號無人機是現代無人機的先祖。至此無人機開始應用于各大戰場，由于無人機還是一項新興技術，對于偵查等任務仍不能達到預期目標，受到了各國軍方的冷落甚至拋棄。

在1986年12月，美國首飛的先鋒系列無人機為指揮官提供了特定目標以及戰場的實時畫面，成功執行了軍方關于偵查的各種任務[1]。而且這套無人機系統花費較小，滿足了美國在以低代價開展無人獲取目標的要求，并首次投入實戰。先鋒號無人機現在仍在服役，通過火箭助力起飛，起飛重量416磅，航速每小時109英里。飛機能夠漂浮在水面，并且通過海面降落進行回收。

在2006年，大疆創新科技成立，影響了世界無人機格局，其研制的phantom在2014年入選《時代》雜志，之后在我國越來越多的無人機研發機構成立，國外著名的無人機研發公司包括3DRobotics，Qualcomm公司，他們也研發了用途多樣的新型無人機。由此無人機真正進入發展的蓬勃期。

2 無人機新技術動態

針對無人機的研究，現目前可以從導航問題、續航問題、控制系統問題與通信系統問題這四個方面來進行討論[2]。無人機目前多采用GPS導航，但GPS在某些特殊地形并不適用，據報道，目前也有相關研究人員通過對GPS進行備份上傳數據來改進無人機的導航系統。對于續航問題，無人機的續航問題重要之處在于電池，能不能研發出能源更為充足的電源決定了無人機能否在高空中進行持續時間長的工作。在例如高山等復雜地形時，如何控制無人機也是一個復雜的問題。開發出更簡易的操控系統也能減輕無人機控制員的壓力。最后是無人機的通信系統問題，沒有良好的交互系統是無法實現無人機的精準降落和命令的執行。迄今為止，這四個方面的問題都是研究人員為了提高無人機實用性所需要努力的方向。

國內的無人機領先者是深圳大疆創新科技有限公司，大疆公司在國內的無人機行業可謂是首屈一指的領頭羊。2006年由香港科技大學畢業生汪滔等人創立，是全球領先的無人飛行器控制系統及無人機解決方案的研發和生產商，客戶遍布全球100多個國家。2016年，大疆創新一連串發布了Mavic pro、 Inspire2和Phantom4 pro等三款新品，在滿足了用戶便攜性的同時，又將產品的性能推向了新的高度。在這幾款產品中大疆就利用了三腳架模式、電池低溫自加熱、精細云臺控制、spotlight pro輔助拍攝等幾種創新科技，在國內外引起了創新熱潮。

國內的無人機行業發展生機勃勃的同時，國外的無人機制造產業也值得我們去關注。例如車聯網應用業務的公司OCTO近期就啟動了一個解決方案，用以管理商務和休閑無人機使用相關的風險。該解決方案名為OctoDroneBox，可為無人機管理提供有價值的數據，比如墜毀、維護和空中交通控制，同時也可以在道路交通事故恢復和索賠管理中提供幫助，還可為保險公司提供準確、完整的風險評估。

據俄羅斯薩馬拉科羅廖夫大學消息，該校科研人員正在研制一種利用多孔碳化硅結構保護放射性元素的核能電池，這種核能電池可以最大程度的延長電池的壽命。據研究人員介紹，這種電池的使用年限可達100年，使用范圍也相當廣泛，適用于各種管理和控制自動化系統中的傳感器，在無人機領域也具有廣闊應用前景。

3 無人機在電力巡檢中應用

電力運輸線路巡檢是電網中非常重要的一個環節，針對最近幾年無人機的技術發展，很多送變電公司也開始利用無人機對輸電線路進行巡視。利用無人機對輸電線路進行檢測維護，有利于人員資源的節省，對于維護人員難以去到的地區無人機巡檢更為方便快捷。在國內外的電網公司中都有無人機巡檢的應用。

在海南，為保障供用電安全，南海供電局出動無人機、紫外成像儀等高科技裝備加強汛期檢查，保障公共場所供用電安全平穩運行。以前檢查電力設施，主要靠人爬上爬下，而現在加入了無人機、紅外測溫器、紫外成像儀、局放測試儀等諸多先進裝備。紅外測溫器主要測發熱情況，紫外成像儀能測出放電情況，這些裝備能讓工作人員更精確地掌握電力設施的運作狀態，從而確保區域電網安全穩定運行。

歐洲多個公司也對無人機進行了測試。目前，電力公司大多使用裝有攝像頭的直升機來檢查電網。但這些公司最近也開始偶爾使用基礎無人機——停留在控制器的視野之內的無人機。然而，全行業向可再生能源的轉變，以及監測將太陽能和風力發電場與電網連接所需的大量額外連接的需要，正迫使公用事業公司考慮先進技術。

咨詢公司普華永道（PwC）的合伙人米歇爾·馬祖（Michal Mazur）在談到無人機時說，“它真正改變了游戲規則。它們比人工測量快100倍，比直升機更精確，而且搭載了人工智能設備，可以快速解決問題。”據制造公用事業機器的科技公司高管說，每架可視無人機的成本約為2萬歐元，而超視距無人機的成本將大幅增加，監控一組網絡需要數十個甚至數百個機群。

國內外對無人機巡檢的應用也正能表示無人機有著多重優點[4]：①無人機巡檢的效率高。相比人工巡檢，無人機巡檢不僅相比傳統的用肉眼用機器測更為精準。②無人機巡檢速度更快。它彌補了人工巡檢時所花費的路程時間，對于危機的情況也能迅速處理，面對意外可以減小人員和資源的損失。③無人機巡檢適應力更強。它能適應人工所不能適應的，例如暴雨暴雪等惡劣環境。可見無人機巡檢給電網巡檢帶來了極大的優勢和好處，無人機在電力巡檢上的應用，也是無人機近幾年融入社會的一項重要試驗。

4 結束語

基于當前無人機新技術迅速發展的背景，本文對無人機的歷史，無人機的新技術，無人機在電力巡檢中的應用進行了詳細研究。事實證明無人機在21世紀可以進行廣泛的應用，但是目前無人機還需要進一步的研究和改進。

資助項目：本論文由貴州電網公司基于雙目視覺技術的輸電線路無人機巡檢系統開發（0604002017030101SD00002）。

參考文獻

[1]無人機系列之發展史.CSDN博客，2017.

[2]趙晨懿.淺談無人機的發展現狀與技術支持.海峽科技與產業，2017.

[3]李巨堯.無人機為電網巡檢插上智慧翅膀.國家電網有限公司，2017.

[4]周 輝，楊穎銳，楊生蘭.無人機在電力系統中的應用現狀分析.科技創新與應用，2016.

收稿日期：2018-9-10