適用于高海拔地區輸電線路巡檢的無人機測試分析

羅志勇，熊勇良，葉濤，李華春，陳寧

（廣州優飛信息科技有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著我國電網規模的擴張、線路的延長，無疑加重了巡檢工作量，低海拔地區已大量使用無人機巡檢，有效提高巡檢質量與巡檢率。我國的地形極為復雜，且山區與丘陵較多，為更好地維護與巡檢輸電線路，工作人員需在高海拔地區實行無人機試驗，改善其工作現狀與巡檢手段。

1 高海拔地區的環境因素對無人機的影響

無人機系統主要由無人機本體、遙控遙測、地面控制站與飛控導航組成，當其在高海拔區域，由于氣壓與含氧量雙雙降低，其動力系統的能量也會相應減少。同時，相較低海拔區域，高海拔地區的空氣極為稀薄，會急速降低螺旋槳的推力，因此，在該區域會減少無人機的升力，在載重力也下降的情況下，會影響其正常飛行。

針對高海拔地區的環境因素，該區域常出現風沙、微氣候與低溫等情形，且存有高輻射。無人機的導航系統大多應用卡爾曼算法，深度融合其內部的多種傳感器數據，如氣壓高度計、GPS、地磁傳感器與IMU等。若天氣惡劣，則會對諸多傳感器造成較壞影響。比如，低溫會影響無人機系統中的機載航天與動力系統；微氣候可破壞無人機中的氣動；傳動系統與發動機與風沙的關聯較大；高輻射會嚴重破壞航向計與GPS，因此，環境因素對無人機系統的正常運行影響較大。

2 輸電線路巡檢在高海拔地區的無人機試驗的具體分析

2.1 測試方法

為完善高海拔地區輸電線路巡檢的無人機測試，工作人員需找到合適的測試方法，基于固定翼無人機的基本屬性，即航時長、飛行速度較快等，當輸電線路出現安全隱患或故障時，可及時、快速地巡檢，可廣泛應用在災后普查與快速巡檢中。為適應當前的直升機加工要求與設計技術，部門管理人員應設置科學的無人機巡檢系統，針對其系統內部的重要參數，如飛行海拔、起飛海拔、載重能力及續航時間等進行測試。

具體來說，針對飛行海拔的測試，在試飛前工作人員需開展大量的準備工作，無人機的載荷應達到相應標準，在起飛時應處在滿油狀態，在飛機起飛后，應將其姿態、低速、空速、爬上率與發動機轉速等飛行參數及時記錄下來，并擴大測試范圍，比如，可在3000、3800、4700米以上測試，使數據信息更完善，但在測試過程中，若在某一高度出現參數不規律或異常現象，則無須再測試更高海拔的區域，而起飛海拔測試的過程與飛行測試的方法相同，若其飛行狀態屬于正常，則代表其發動機的性能穩定。

在開展載重能力測試時，當其飛行狀態屬正常時，可適當增加飛機負荷，如5kg，若其仍能正常飛行，則需再次加重飛機載重量，直到其參數達到極限或飛行狀態不穩時才停止加重，并在不同的海拔區域進行相應測試，記錄相關參數。而關于續航時間的測試，飛機在起飛后需依照之前的路線設計進行飛行，在飛行過程中無須補充燃料，當其油量出現不足時才可添加，并記錄整個飛行時間，再開展海拔測試，得出相應數據信息。在對系統參數進行準確測試后，才能開展無人機巡檢試驗。

2.2 地點與機型的選擇

在測試地點的選擇上，工作人員需依照高海拔區域的不同地形狀況，開展對應性測試，而測試方法也應與實際情況相結合，較為適宜的飛機場所與飛機起降點為可可西里、青海西大灘、青海拉雞山、日月山、青海金銀灘及甘肅烏鞘嶺等，其海拔高度對應為4800、4503、3820、3354、3090及2836m，在此地進行無人機的飛行或巡檢測試能有效保證參數質量與飛行水平。

圖1 三旋翼無人直升機

而對于無人機類型的選擇，工作人員需查閱相關資料并進行研究后，找到適宜試驗的無人機。為使高海拔地區的測試結果更加綜合與全面，對無人機的起降方式、氣動結構與動力參數進行合理設置，當前，有6種機型最適宜當作測試機，其分別為單旋翼無人直升機、六旋翼電動無人機、三旋翼無人直升機，如圖1所示、天鷹固定翼無人機、V尾固定翼無人機及ASN-216型無人機。借助6種不同類型的無人機開展輸電線路的巡檢測試，對高海拔區域實行了分部檢測，比如，工作人員設置了多個海拔地點，如2500、3400及4500m等，針對飛機性能的優劣與其成功率應進行及時記錄與總結，從而使飛行測試的結果更加準確。

具體來講，對于二旋翼無人機，應用該機型的優勢在于在高原中其擁有較強的適應性，在海拔較高的區域也能完成飛行任務，各項測試任務的完成度較高，且抗風能力較強，最高可抗6級風，但其缺陷在于續航與電池動力的持續時間不長。而六旋翼無人機的優點在其飛行的穩定性較強，若進行短距離、短時間的故障觀察極為合適，但其缺點為抗風能力不強，當風力在4級以上時，無法保證飛行穩定。六旋翼與二旋翼無人機的動力源均為電池，固定翼1600型無人機的動力源也來自電池，工作人員若想時常開展線路巡視，則可采用此類型的無人機，其原因是其飛行速度較慢，固定翼1600型無人機的不足與六旋翼無人機相同，均為抗風力較弱。

2.3 試驗效果

在高海拔地區進行無人機測試的過程中，工作人員采用了固定翼無人機與無人直升機，針對其內部參數進行了專業化的測試與研究，其參數主要包括無人機的抗風能力、具體的飛行海拔高度、續航時間與帶載能力等，測試的機型主要有8種，對于其各項性能與優缺點都實行了詳細的記錄。由于此次測試是在不同檢測要求、不同風力與不同海拔下進行，其測試出的數據信息更精準。比如，在對智能鳥天鷹1600型無人機進行測試的過程中，其主要動力源為電池，由于其適應性較強，在多個高度都試飛成功，因而其飛行性能較好，但其抗風能力弱，其對風力的要求與起飛局限性較大，在應用此無人機時需謹慎。

2.4 改善飛控系統

部門管理人員需及時設置飛行平臺，并對其進行實時優化，該平臺需符合電力巡檢的整體需求，再結合當前我國無人機系統的實際情況，不斷改善飛控系統，使飛行控制更為精準，通過分析與研究，使無人機更適應高海拔區域的環境，其應用范圍也得到相應擴大。一方面，工作人員可進行靜態模擬試驗，借助輸電線路或相應實驗室等場所，在該區域內充分模擬揚沙或大風等高海拔地區的不利環境，對無人機試驗平臺進行實時監測，改善無人機飛行的適應力。另一方面，管理人員也需改進檢測方法，在合理設置無人機系統平臺以后，可借助紫外、紅外及可見光等檢測設備調整輸電線路內部的局部放電、熱缺陷與物理缺陷等，提升其檢測功能。與此同時，工作人員還需升級吊艙檢測系統，利用對應的拍照功能對特定區域實現全覆蓋。

為增強設備的檢測與自動跟蹤功能，還需對輸電線路進行系統性研究，改善桿塔識別技術。在完成無人機檢測平臺的系統優化后，其檢測水平可獲得切實提升，無人機巡檢也可適時應用到高海拔地區，提升了輸電線路整體的檢測水平與質量。

3 結語

綜上所述，在高海拔區域進行無人機檢測的過程中，由于該區域的海拔高度與多種不良的環境因素，導致該區域的無人機應用較少。技術人員在設置了科學化的無人機檢測平臺后，其檢測水平得到較大改善，在保證其各項參數的準確性后，經專業測試，無人機可廣泛應用在高海拔地區的輸電線路檢測中。