無人機混編機場的架空線路自動巡檢研究

韓昊，金哲，李小來，楊世強，翁永春

(國網湖北省電力有限公司超高壓公司,湖北武漢，430050)

1 無人機自動巡檢有效覆蓋范圍

從無人機自動巡檢的角度來看，通常都是基于高精度三維模型來實現航線規劃，由于無人機設備是由飛行技術所組成，就是其在使用中，能夠不受限地形及空間的限制，可操作性較強，且其運用起來，操作方式也比較簡單，沒有過于復雜的操作程序，不需耗費過多的人力及物力，只需無人機設備電量充足，其系統能夠正常運行即可。但重點還是要通過借助RTK來獲取厘米級導航定位精度，在實現自動化無人機巡檢的同時，還能全面提升巡檢的精確性，轉變了以人工操作為主的傳統型無人機巡檢工作模式，進一步擴大巡檢有效范圍就是其效能的最大體現。實現RTK的途徑有三種，第一種就是基站RTK轉發式，其是將信號傳輸到無人機遙控器中，并以遙控的方式來將行鏈路傳遞至無人機。第二種是基站RTK直聯式，直接將RTK信號與無人機相連接。第三種則是網絡RTK轉發式，以遙控器為媒介來獲取RTK信號，并應用功能其上行鏈路來實現數據信息的傳遞，以此來操控無人機[1]。

一般情況下，基站RTK連接時，精靈4RTK就代表了RTK基站和遙控器之間的距離。而經緯M300 RTK在RTK技術應用方面較早，已能實現嫻熟運用，但在實際應用過程中，在中切換方面，還無法實現完全自動化，仍需通過人工操作來實現，這是其目前存在的一大問題，也是RTK技術在實際應用中還需完善的方面。當出現無人機和遙控器部署在同一地點，并采取基站RTK情形時，在無人機自動巡檢有效范圍方面，不同的機型覆蓋范圍有很大的差別。其中，經緯M300 RTK范圍最大，達到了6Km，而精靈4RTK和經緯M210 RTK V2的最大范圍分別是5Km與4Km。但在利用4G備份鏈路時，無人機的自動巡檢有效范圍會因4G網絡覆蓋及其自身的航程而受到限制[2]。以山體地形較為復雜的地理情況為例，無人機自動巡檢的空間關系可見下圖1，其虛線處代表無人機受信號距離與山體遮擋影響，能夠體現出無人機自動巡檢的有效覆蓋范圍[3]。

圖1 信號范圍圖

2 無人機混編機場部署策略

下表1為某山區無人機混編機場的輸電線路自動巡檢工作環境介紹。

表1 某山區輸電線路作業環境

距離 3.85Km 5.38Km 4Km地形相對平緩，附近有村莊，手機信號良好 山區手機信號較差地形特點以N10為塔基原點，N1-N4、N16-N25不通視以N10塔基上升10m為原點，基本通視基本通視

通常來說，都會降無人機混編機場部署在線路兩端的變電站內，忽略自動機場至首個桿塔的距離，則雙地面機場的航線設計和耗時見表2。

表2 雙地面機場航線設計

無人機巡檢距離越遠，單次飛行所能完成的任務越少，且在變電站1部署的地面機場無法對N21塔及更遠的桿塔進行自動巡檢。增加自動機場數量或改變變電站部署方式可減少無人機的機動距離，但變電站外部署將增加征地和管理成本。在N10塔部署駐塔自動機場航線設計見表3。

表3 無人機混編機場航線設計

下表4為RTK信號與通信保障的方式，介紹了常用的幾種無人機機型。

表4 RTK信號與通信保障方式

3 無人機混編機場設計與“空地協同”配置方案

3.1 基于無人機混編機場的架空線路自動巡檢系統

下圖2為無人機混編機場架空線路的自動巡檢系統，該系統特點較為明顯，是自動化科學技術系統的體現。從其管理中心的角度來看，主要涵蓋了以下四個方面的內容：（1）團隊管理，這是實現多架無人機管理的核心要素，其作用是能夠支持多個用戶登錄系統來查看各無人機自動巡檢的狀況。（2）航線規劃，這是混編機場效能及作用的體現，能夠針對不同類型及不同特點的無人機機型來規劃適合其自動巡檢的航線，使得其飛行航線更加合理化、規范化以及科學化，作用就是提高無人機自動巡檢的效率[4]。（3）數據管理，能夠綜合性的管理所有無人機獲取的數據，將各類不同的數據信息進行歸檔，從而能夠依照實際需求來進行分析，對數據信息進行處理使形成相應的報告。（4）直播監控，這是對無人機自動巡檢工作的實時監管，即使是自動化巡檢，但仍要了解其巡檢的具體情況，清楚各類無人機的實際航跡，以防意外事件發生[5]。

圖2 無人機混編機場架空線路的自動巡檢系統

3.2 無人機混編機場架空線路自動巡檢設計和配置

由于無人機設備較為精密，若進行野外部署，則極易出現人和動物破壞及占用私人土地的現象，還會進一步加大無人機自動巡檢開展的難度與成本。所以，通過對比地面機場和駐塔機場的技術參數來選擇更加合適的無人機混編機場架空線路自動巡檢設計與配置，具體可見下表5。

表5 地面機場與駐塔機場技術參數比較

下表6為無人機混編機場空地協同作業效能對比。

表6 無人機混編機場空地協同作業效能對比

從維護簡單、安全性等方面考慮，變電站2部署駐塔機場的必要性不大，因此，方案A要優于其他方案。

4 結語

混編機場是針對山區輸電線路設計的雙機場解決方案，是對無人機自動巡檢技術的一次實踐探索，基于電網自有資源解決了地面機場部署困難問題，并獲得了相對良好的信號環境，在現有技術條件下以較低成本滿足了輸電線路自動巡檢的技術要求。隨著技術發展，多基自動機場進行混合配置，蛙跳式、網格化的低空巡檢網絡也將成為現實[6]。