一種基于配網特點的無人機接力測控方法及系統研究

關鍵詞：配電網；無人機；接力測控

中圖分類號：V279 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2025）16-0080-03

D0I：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.16.021

0 引言

配網作為電網的最末端網絡，其運行的穩定性和可靠性直接關乎電力用戶的正常用電。由于配網系統分布廣泛，一旦發生永久性故障，則難以在短時間內恢復正常供電。因此，如何在配網巡檢工作中加快故障點及隱患缺陷點精準定位成為配網運維工作的關鍵。當前配網巡檢工作已由傳統的“人巡\"模式轉換成“人巡 + 機巡\"模式，無人機在配電巡檢工作中已占據主要地位，能更快速、高效地對故障點或隱患缺陷點進行定位，全面提高了配網巡檢工作的效率[1]。目前，在無法安裝機巢實現\"蛙跳式\"無人機巡檢技術的地區，無人機的控制方式普遍是以無人機的起飛地點作為無人機的回收地點，即無人機在沿架空線路巡視時，一旦遇到電池電量低或因通信信號差導致控制信號中斷等情況，均會按照已飛行路線原路返航。在巡視過程中，無人機需多次往返，這一過程損耗了大量的電池電量，因此當前的無人機控制方式無法最大程度發揮無人機巡線的效用。此外，當前無人機機巡操作模式以單人操作為主，這種操作模式對操作人員的注意力集中度要求甚高，操作人員長時間對著屏幕進行觀察，難免會出現注意力不集中或視線模糊疲勞的不良反應，導致配網線路的部分隱患缺陷點難以被及時發現，這就為配網的安全運行埋下了隱患。而當前已有的無人機接力測控技術多用于軍事領域，其發起點僅限于無人機控制器，并且無法實現在配網巡檢特定條件下進行控制權轉移，操作過于簡單，并不適用于配網領域的無人機巡檢接力[2-3]。

基于上述配網無人機巡檢背景，在此提出一種基于配網特點的無人機接力測控方法及相關系統。該無人機接力測控方法的接力信號可由無人機控制器手動觸發，也可結合配網機巡的特點以及無人機所處環境狀況通過無人機自身進行觸發。該無人機接力測控方法能夠結合配電線路的特點，將無人機巡檢的效用發揮到最大，同時通過無人機接力測控的方式，提高配網巡檢工作的效率，進一步保障配網運行的安全性。

1基于配網特點的無人機接力測控系統工作原理

基于配網特點的無人機接力測控系統工作原理圖如圖1所示。

基于配網特點的無人機接力測控系統主要由多個無人機控制器以及一架無人機組成，其最小單元包括A控制器、B控制器以及無人機，其中A控制器為無人機的當前控制器，B控制器為待接力的控制器。控制器和無人機的通信模塊主要由數據接收模塊、數據處理模塊、控制模塊以及數據發送模塊組成。數據接收模塊用于接收控制器以及無人機發出的各種信號，主要包括無人機控制權轉移申請信號、無人機控制權轉移應答信號以及各種無人機飛行控制信號。數據處理模塊用于處理數據接收模塊接收到的各種數據，并輸出處理結果，其是整個接力測控系統的核心模塊。控制模塊用于將數據處理模塊輸出的處理結果轉換成相應的數據信號。數據發送模塊利用無線信號將控制模塊輸出的各種數據信號發送出去。

圖1基于配網特點的無人機接力測控系統工作原理圖

無人機控制器在控制無人機飛行時，其數據發送模塊將飛行動作相關的控制信號通過無線信號發送給無人機的數據接收模塊。在無人機控制器轉移無人機控制權時，若該操作由人工發起，則A控制器的數據發送模塊向B控制器以及無人機的數據接收模塊發送無人機控制權轉移申請信號，B控制器的數據發送模塊向A控制器以及無人機的數據接收模塊發送無人機控制權轉移應答信號；若該操作由無人機自動發起，則無人機的數據發送模塊向A控制器和B控制器的數據接收模塊發送無人機控制權轉移申請信號，A控制器和B控制器的數據發送模塊向無人機的數據接收模塊發送無人機控制權轉移應答信號，B控制器的數據發送模塊會再向A控制器的數據接收模塊發送無人機控制權轉移應答信號。

2基于配網特點的無人機接力測控設計

2.1無人機特定角度自動觸發控制權轉移設計

在配網無人機巡線過程中，無人機的行進路線是按架空線路的布局沿線單向飛行。而在無人機控制權轉移過程中，由于數據信號切換、人為疏忽等多方面影響，容易存在小部分的巡檢盲區，降低無人機巡檢結果的可靠性。由于配網電力架空線的電桿（塔）布局是等距分布，所以為減少無人機接力測控過程中的變量因素，選擇電桿（塔）所在位置作為無人機控制器的布局點。電桿（塔）是配網設備及金具的主要安裝位置，是無人機巡檢過程中的重要巡檢節點。為此，在無人機控制權轉移過程中，接力位置需在電桿（塔）前置位置。綜合實踐經驗得出，無人機和控制器的連線在與控制器法線之間的夾角為 30^° 時，最有利于操作人員對前方線路及設備進行觀察，且無人機相較于A控制器更靠近B控制器，有利于加快無人機控制權轉移的進度。由于接力位置位于巡檢前進方向的前置位置且留有足夠裕度，這就方便了B控制器的操作人員接力后開展巡檢工作，降低了配網隱患缺陷點被遺漏的可能性。無人機在檢測到當前位置滿足上述 30^° 夾角要求時，自動向A控制器和B控制器發送無人機控制權轉移申請信號。無人機與B控制器夾角示意圖如圖2所示。

圖2無人機與B控制器夾角示意圖

2.2無人機低電量自動觸發控制權轉移設計

傳統的無人機巡檢過程中，一旦出現電量低的問題，無人機控制器便會提示電量低或使無人機自動返航。這種控制模式使得無人機在巡檢過程中的效用大打折扣，無人機的電池電量無法在配網巡檢中得到充分利用。為此，定義d為無人機剩余行進里程， d_l 為A控制器至無人機所在位置的水平投影距離， d₂ 為B控制器至無人機所在位置的水平投影距離，有計算公式如下：

式中： q 為無人機剩余電量百分比； L 為無人機標定行進里程； x 為無人機起飛點或接力點到現位置的飛行距離，由于無人機正常狀態下進行自主接力時采用的是無人機特定角度自動觸發控制權轉移接力模式，所以該 的理論值略大于 d₁ ，但相比于兩無人機控制器之間的距離，該差值可忽略； n 為兩無人機控制器之間的電桿（塔）數量；k為相鄰兩電桿（塔）之間的距離。

在無人機巡檢過程中，無人機檢測到自身電量低，則判斷d與 d₁ 和 d₂ 之間的大小關系，對無人機的行進路線做出決策。若d大于 d₁ 且小于 d₂ ，則無人機返航，其余情況下無人機均自動向A控制器和B控制器發送無人機控制權轉移申請信號。

2.3無人機失控狀態自動觸發控制權轉移設計

配網線路布局廣泛，一部分配網線路建設于城鎮郊區、農村甚至山區，這些地方由于通信建設不發達，經常出現通信信號不佳的問題。無人機在對這些區域進行巡檢時，一旦遇到通信中斷的問題，將處于失控狀態。此時，常規的處理手段是無人機按照已飛路徑原路返航，但這在一定程度上降低了無人機巡檢的效用。基于無人機失控問題，在無人機接收不到A控制器的控制信號時，其可自動向B控制器發送無人機控制權轉移申請信號，若無人機接收不到B控制器的無人機控制權轉移應答信號，則按原路徑自動返航。

3基于配網特點的無人機接力測控系統運行方法

基于配網特點的無人機接力測控系統運行時所有接力模式的優先級如表1所示。

無人機失控狀態自動觸發控制權轉移模式的接力優先級最高，響應速度最快。當無人機自動觸發該接力模式時，其向B控制器發送無人機控制權轉移申請信號。在得到B控制器返回的無人機控制權轉移應答信號后，無人機將內部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式，將控制權轉移給B控制器。

無人機低電量自動觸發控制權轉移模式是第二優先級，響應速度僅次于無人機失控狀態自動觸發控制權轉移模式。當無人機自動觸發該接力模式時，其自動向A控制器和B控制器發送無人機控制權轉移申請信號。A控制器和B控制器隨后向無人機發送無人機控制權轉移應答信號，在接收到這兩個應答信號后，無人機將內部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式，將控制權轉移給B控制器。

人工發起無人機控制權轉移模式是第三優先級，響應速度較慢。當A控制器發起無人機控制權轉移申請時，A控制器向B控制器以及無人機發送無人機控制權轉移申請信號。B控制器在接收到該信號后，向A控制器以及無人機發送無人機控制權轉移應答信號。無人機在接收到A控制器發出的無人機控制權轉移申請信號以及B控制器發出的無人機控制權轉移應答信號時，將內部接收控制信號的模式從A控制器模式切換成B控制器模式，將控制權轉移給B控制器。

表1無人機接力模式優先級分配表

無人機特定角度自動觸發控制權轉移模式是第四優先級，響應速度最慢，其轉移無人機控制權的方法與無人機低電量自動觸發控制權轉移模式相同。

4結束語

基于配網特點的無人機接力測控系統根據無人機配網巡檢的特點設計四種接力模式，并據此設置四種優先級。該系統可通過人工觸發無人機控制權轉移，也可由無人機根據自身所處環境自動觸發控制權轉移。通過該系統的開發與應用，提高了無人機在配網巡檢過程中的利用率與穩定控制程度，解決了傳統的單人操作無人機巡檢的弊端，有效提高了配網巡檢的工作效率。

[參考文獻]

[1]劉盼，崔慶傲，宋裕，等.配網無人機接力控制方法探討[J].電工技術，2020（8）：7-8.

[2]李超，朱鐵林，李明，等.基于CDMA技術的無人機接力測控系統[J].科技風，2020（19）：17.

[3]律會麗，李平敏.無人機接力測控數據鏈設計[J].電訊技術，2021，61（8）：939-944.

收稿日期：2025-05-16作者簡介：廖悅凱（1997一），男，廣東汕頭人，電力工程師，研究方向：無人機控制、配電系統。