輸電線路無人機(jī)巡檢技術(shù)分析

楊光

（國網(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，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得愈發(fā)復(fù)雜，因此對于電網(wǎng)的檢查和維護(hù)工作，也就顯得尤為重要。相關(guān)維護(hù)工人對于電網(wǎng)進(jìn)行定時的檢測和維修確保了電網(wǎng)運作時的穩(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)人員想要對電網(wǎng)進(jìn)行檢測也變得十分不容易在檢測的過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，主要使用了無人機(jī)技術(shù)來檢查輸電線路。但是無人機(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]。無人機(jī)在巡檢過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更新無人機(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)，從而利用無人機(jī)更好地進(jìn)行巡檢工作。

一、控制無人機(jī)技術(shù)

在控制無人機(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算機(jī)的。那么，針對飛控計算機(jī)，他所展現(xiàn)出來的性能，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算機(jī)，無人機(jī)的控制才能更加安全和穩(wěn)定，在循環(huán)過程中，就能充分發(fā)揮它的作用。與此同時，飛控技術(shù)不光是指控制無人機(jī)飛行的技術(shù)，還包括無人機(jī)在飛行過程中對于信息的采集和數(shù)據(jù)的傳輸。因此，在無人機(jī)的控制技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)要實現(xiàn)對無人機(jī)的有序控制，能夠準(zhǔn)確計算無人機(jī)的飛行路線，并且無人機(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)，確保無人機(jī)在飛行，傳輸，數(shù)據(jù)等執(zhí)行各項任務(wù)過程中的穩(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算機(jī)的硬件。在使用飛控技術(shù)的同時，也促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。但是當(dāng)前我國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)致所制備出來的寄生電路元器件不夠可靠。與此同時，當(dāng)前傳統(tǒng)設(shè)計飛控系統(tǒng)的方案并不能適用于當(dāng)前的，實際情況，這也嚴(yán)重降低了在使用無人機(jī)進(jìn)行巡航的過程中的可靠性[2]。所以，相關(guān)設(shè)計人員為了確保無人機(jī)飛行過程中的穩(wěn)定性和可靠性，提出了余度技術(shù)。這項技術(shù)能夠確保無人機(jī)飛行過程中的穩(wěn)定性和可靠性，能夠使無人機(jī)飛行過程中的容錯率增加，滿足了當(dāng)前使用無人機(jī)巡航的要求，并且主要使用了兩個或兩個以上的相同部件或者系統(tǒng)，確保這些部件和系統(tǒng)能夠在無人機(jī)飛行過程中有效的協(xié)調(diào)和調(diào)度，多種系統(tǒng)在協(xié)調(diào)的過程中就能夠得到一個正確的結(jié)果，這也進(jìn)一步確保了無人機(jī)飛行過程中的穩(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)無人機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)，從而確保飛控計算機(jī)運行過程中的穩(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算機(jī)，從而確保無人機(jī)飛行過程中的可靠性。與此同時，針對雙余度結(jié)構(gòu)，它能夠在實際設(shè)計無人機(jī)小型化過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，使無人機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡單明了。與此同時，余度結(jié)構(gòu)是從主從機(jī)制中引申出來的，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，在對無人機(jī)雙余度的飛控計算機(jī)進(jìn)行設(shè)計的過程中，要確保故障覆蓋率的提升，這樣才能使無人機(jī)的飛控系統(tǒng)在實運行中具有一定的穩(wěn)定性和安全性，也就是無人機(jī)的設(shè)計工作更加具備實際的價值。

（二）飛行控制方式

當(dāng)前，控制無人機(jī)飛行的主要方式有如下的兩種。其一，人工控制，其二是通過代碼自主控制。人工控制是較為傳統(tǒng)控制無人機(jī)的方式，也是最簡單的方式，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。通過代碼自主控制，主要借助了無人機(jī)的飛控計算機(jī)，它使用了計算機(jī)對無人機(jī)進(jìn)行連接，利用計算機(jī)所發(fā)出的信號來控制無人機(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，人是唯一能對無人機(jī)進(jìn)行控制的。所以，一旦無人機(jī)處于復(fù)雜的環(huán)境之中，人工很難對無人機(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)等危險的情況發(fā)生。那么，利用飛控計算機(jī)來操控?zé)o人機(jī)的過程中，也存在著不少的問題，舉例來說就是飛行過程中無人機(jī)往往存在許多不確定因素，它主要包括不確定的參數(shù)，無法及時確認(rèn)的動態(tài)建模，隨機(jī)的擾動性測量的傳感裝置，接受的噪音較多以及復(fù)雜的代理信息模式等各個方面。

二、無人機(jī)避障技術(shù)

通常情況下，相關(guān)從業(yè)人員借助無人機(jī)來巡檢架空輸電線路的時候，往往在輸電線路旁邊的通道以及各種樹木，建筑物都對無人機(jī)的巡航飛行產(chǎn)生了非常多的安全隱患。所以說無人機(jī)在飛行巡航的過程中，必須能夠自主地對周邊環(huán)境的障礙物進(jìn)行實時的檢測，檢測之能夠重新規(guī)劃路線，確保完美躲避障礙物。為了實現(xiàn)無人機(jī)的這個功能，就需要相關(guān)的研究人員針對無人機(jī)避障技術(shù)進(jìn)行不斷地調(diào)整和優(yōu)化[3]。當(dāng)前，使用到無人機(jī)上的規(guī)避技術(shù)是通過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，對障礙物進(jìn)行規(guī)避，與此同時，對當(dāng)前的場景進(jìn)行建模，這樣在遇到相同障礙物的時候，就能迅速給出合適的路徑。在無人機(jī)這個領(lǐng)域中，使用比較常見的障礙物檢測傳感器，有超聲波傳感，激光傳感以及雙目攝像機(jī)等。

（一）超聲波測距

相關(guān)工作人員使用超聲波進(jìn)行測距，通過發(fā)送超聲波，感受超聲波返回的速度，接收到這個超聲波信號后，就停止計數(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)行距離測定有一個非常顯著的優(yōu)點就是成本低，操作便捷，然而，利用超聲波測距也會產(chǎn)生許多的問題，超聲波往往會受到很多的干擾，從而導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確，這也就很容易導(dǎo)致無人機(jī)在飛行過程中的安全隱患。

（二）激光雷達(dá)測距

當(dāng)前，在激光雷達(dá)的領(lǐng)域，主要使用了TOF測距原理，它同超聲波測距十分的相似，然而，它主要是利用光的時間差和相位來對無人機(jī)周圍的事物進(jìn)行判斷，如果在無人機(jī)的周圍有障礙物，那么，就通過光傳播的速度來判斷無人機(jī)與障礙物之間的距離。假若無人機(jī)當(dāng)前是懸停的，那么這個時候，無人機(jī)內(nèi)部的TOF 系統(tǒng)就會高速旋轉(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)的過程中，TOF 系統(tǒng)就能360度的掃描無人機(jī)周圍的情況，如果在某一方位檢測到相關(guān)障礙物，就會給無人機(jī)發(fā)出指令，從而改變無人機(jī)的飛行方向，有效對障礙物進(jìn)行規(guī)避。假若在無人機(jī)巡航過程中，內(nèi)部的TOF 系統(tǒng)不再旋轉(zhuǎn)，那么，無人機(jī)就會在前進(jìn)的道路上發(fā)出一道麥光沖通過脈光沖的傳播方向，確定無人機(jī)的前進(jìn)方向[4]。但是TOF 賬系統(tǒng)是一個比較先進(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力，并且也很容易受到太陽光的干擾，所以，在使用TF 系統(tǒng)的同時，也要確保芯片中有能夠抵抗太陽光干擾的相關(guān)程序。

（三）毫米波雷達(dá)測距

毫米波雷達(dá)測距是指無人機(jī)通過裝置發(fā)射出錐狀的波數(shù)，一般這個波數(shù)的距離小于250 米，范圍并不是很大。與此同時，毫米波雷達(dá)裝置的發(fā)射波和返回波之間的間隔時間比較小，在一般簡單的發(fā)射賣車裝置中，很難利用到。當(dāng)前，我國市場上的毫米雷達(dá)測距裝置是利用FMCW 信號體質(zhì)，它能夠通過計算回波頻率和發(fā)射頻率來探求當(dāng)前與障礙物之間的距離。毫米波雷達(dá)的顯著優(yōu)勢是帶寬體積小，質(zhì)量小，高速的掃描等，他對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)行測定，所以在無人機(jī)巡檢過程中，這種精密的探測裝置也非常的熱門。

（四）雙目視覺測距

在雙目視覺測距技術(shù)中，主要利用的是視差這個原理，機(jī)械的視覺系統(tǒng)中，通常會利用雙攝攝像機(jī)，借助雙向視覺技術(shù)，能夠從不同的角度獲取事物的原貌。機(jī)械的視覺就是通過一個攝像機(jī)，一方面，從不同的方位認(rèn)識這個圖像。另一方面，在不同的時候，對同一個景物獲取不同的數(shù)字圖像[5]。通過這個原理，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算攝像機(jī)與物體之間的距離，這項技術(shù)非常適用于無人機(jī)規(guī)避技術(shù)，尤其在架空輸電線路中，能夠進(jìn)行廣泛的運用。

三、結(jié)論

如上文所述，無人機(jī)在巡檢的過程中往往會遇到十分復(fù)雜的實際情況，所以必須要確保無人機(jī)巡檢的安全性。與此同時，利用無人機(jī)進(jìn)行巡檢，要充分發(fā)揮它的效率性以及所傳輸回來的結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是利用無人機(jī)巡檢過程中也存在一些安全隱患，這時候就需要相關(guān)的從業(yè)人員充分了解無人機(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，這樣才能使無人機(jī)在巡檢過程中安全的飛行，穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，從而實時監(jiān)測架空輸電線路，確保架空輸電線路的穩(wěn)定性。