基于電磁場檢測的輸電線路無人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)與搭載方法研究

苑紫熙

摘要：輸電線路的電磁干擾會(huì)對無人機(jī)的操控以及通信性能產(chǎn)生明顯的影響，嚴(yán)重威脅到了無人機(jī)在巡檢在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用，因此研究基于電磁場檢測的輸電線路無人機(jī)巡檢自主避障具有特別重要的意義。本文提出了一種基于電場和電磁波檢測的無人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)和搭載方法，通過分析特高壓輸電線路電磁場分布規(guī)律，檢測無人機(jī)所處位置的電場和電磁波強(qiáng)度，判斷無人機(jī)是否處于安全范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的避障功能。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)巡檢;避障模塊;電磁場檢測

1.無人機(jī)巡檢技術(shù)

架空線路運(yùn)維工作日益繁重，運(yùn)檢部門迫切需要更自動(dòng)化、現(xiàn)代化、高效率的巡線技術(shù)和手段。通過多年的技術(shù)研發(fā)和實(shí)踐，無人機(jī)巡檢技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成一種高效、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的空中巡檢技術(shù)，是提升輸電線路運(yùn)行可靠性的重要手段之一。與傳統(tǒng)人工巡檢相比，無人機(jī)輸電線路巡檢不受地形環(huán)境限制、視角寬廣、精度高、安全性好，經(jīng)過數(shù)年推廣應(yīng)用，無人機(jī)巡檢已在電力公司得到了廣泛應(yīng)用。但從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，無人機(jī)巡線過程中缺少對輸電線路的精確測距技術(shù)、預(yù)警技術(shù)與自動(dòng)避障技術(shù)。目前無人機(jī)的可用測距技術(shù)包括GPS定位、激光測距、超聲波測距、可見光測距等技術(shù)。GPS定位是生活和生產(chǎn)中常用的距離判斷方法，基于GPS的無人機(jī)測距技術(shù)一般利用地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和GPS信息計(jì)算兩點(diǎn)間距離，并基于GPS信息實(shí)現(xiàn)無人機(jī)云臺(tái)角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到巡檢過程中各個(gè)相機(jī)對巡檢線路中桿塔的跟蹤拍攝。由于現(xiàn)有的測距技術(shù)在應(yīng)用中都有一定的難度，因此在目前的無人機(jī)巡檢中，大多還是現(xiàn)場操控人員通過肉眼判斷與輸電線路的距離，這對工作人員的要求極高，同時(shí)存在一定安全隱患。無人機(jī)避障模塊的設(shè)計(jì)和研究把能夠有效的解決人工問題，實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)化技術(shù)，它已經(jīng)發(fā)展成一種高效、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的空中巡檢技術(shù)。基于無人機(jī)巡檢技術(shù)的研究具有重要的意義。

2.高壓輸電線路巡線作業(yè)特點(diǎn)

高壓輸電線路巡線作業(yè)工作量大，依靠人工對輸電線路進(jìn)行巡檢的方式耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。無人機(jī)電力巡檢系統(tǒng)具有不受地形環(huán)境限制、巡線速度快和巡檢質(zhì)量高等優(yōu)勢。無人機(jī)逐步成為架空電力線路巡檢新的移動(dòng)平臺(tái)，大大提高了巡檢效率。在無人機(jī)巡檢中，無人機(jī)要盡量靠近輸電線路飛行，保證最佳的巡線效果。因此，如何避免與輸電線路碰撞是保證無人機(jī)和輸電安全的關(guān)鍵。目前，采用較多的是毫米波雷達(dá)避障技術(shù)和基于地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航的巡檢避障技術(shù)，但是毫米波雷達(dá)避障技術(shù)存在反射波如何過濾的問題;基于地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航的巡檢避障技術(shù)存在不能近距離靠近輸電線路，有時(shí)無法對輸電線路進(jìn)行清晰的巡檢拍攝，不利于故障診斷的準(zhǔn)確性。無人機(jī)巡檢技術(shù)不受其他方面的影響，能夠有效的保障輸電的穩(wěn)定性。

3.特高壓輸電線路電磁場分布規(guī)律

遠(yuǎn)離輸電線時(shí)，等電場值線趨向于半圓形，而接近輸電線時(shí)，等電場值線為不規(guī)則形狀。因此無法單純從檢測電場值得到觀察點(diǎn)離輸電線的距離。目前單一的電場、磁場及電場、磁場梯度在正負(fù)半軸兩側(cè)都沒有嚴(yán)格的單調(diào)性，因此無法作為距離的有效特征量。因此，可以通過不同高度的電場或磁場值作為判斷輸電線路距離的特征量。由于線路周邊的磁場和線路負(fù)荷的密切相關(guān)，因此采用電場能更好的反映無人機(jī)測點(diǎn)和線路的距離。同時(shí)電場的有效值測量更為方便，因此可采用不同高度下電場有效值作為反應(yīng)無人機(jī)和線路的距離的特征量。結(jié)合電場強(qiáng)度和高度檢測是有效的檢測觀察點(diǎn)離輸電線距離的方法。實(shí)際中，可以先通過仿真測試得到典型桿塔不同高度下電場分布曲線，測距時(shí)再利用插值方法預(yù)測觀察點(diǎn)離輸電線的距離。

4.結(jié)語

輸電線路無人機(jī)避障具有非常重要的意義。本文通過分析特高壓輸電線路電磁場分布規(guī)律，檢測無人機(jī)所處位置的電場和電磁波強(qiáng)度，研究了高壓輸電線路巡線作業(yè)特點(diǎn)，研究了研究基于電磁場檢測的輸電線路無人機(jī)巡檢自主避障，提出了選用電場有效值結(jié)合高度來確定無人機(jī)與輸電線路真實(shí)距離的方法。可為輸電線路無人機(jī)巡檢距離檢測、航向規(guī)劃、避障設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]孫建軍.輸電線路運(yùn)行維護(hù)與檢修技術(shù)分析[J].化工管理，2017（32）.

[2]閆宇，祝銘悅，閆旭東.超特高壓輸電線路運(yùn)維管理中存在的問題和應(yīng)對措施[J].中國設(shè)備工程，2018（19）：48-49.