电力巡线无人机稳定性飞行研究

郭雷岗　孙帅　张瑜

【摘 要】传统巡线检查方式工作量巨大，而且条件困难，特别是山区、江河等输电线路的巡检更加困难，有些检查项目用常规方法很难完成。使用柔翼无人机巡线可以降低巡线工作人员的工作量和工作强度，使高压线路的维护成本大大降低。柔性翼无人机机身较轻，配备了先进的航空勘测系统，并且受多云多雾等极端天气的影响较小。本文主要对点电力巡航無人机稳定飞行进行了研究。

【关键词】巡线检查;无人机巡线;柔性翼无人机;稳定飞行

中图分类号： TM755;V279 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）29-0045-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.020

0 引言

输电线路有着广泛的分布，并且大多数处于比较恶劣的环境中，由于受到自然环境的影响较大，电线杆以及电力线受到持续的机械张力、大风雷电、风化和人为影响而发生损坏，如塔架倾倒、钢绞线断裂、磨损、腐蚀、应力等，因此必须要进行及时的更换和修复。此外，还存在遭雷击损坏、线路底部树木生长顶到缆线、杆塔被盗等事故，一旦发生这种情况要及时进行处理。传统的人工检查要耗费巨大的人力、物力和财力，特别在检查偏远地区以及跨江跨河的线路时，以及在大风、雨雪等极端恶劣的天气下，需要的人工时间等更大。

柔性翼无人机是主要是由于无线遥控装置和程序控制装置组成。柔性翼无人机输电线路巡检的研究需要多种专业联合合作，需要更高的研究深度和水平，这是一项新技术，最近几年研究刚刚起步，其研究成果已经在南方电网等相关单位进行了应用。与传统的人工检测方法相比，该项技术更加有效先进，并且能够保证通电线路的稳定运行。其中电力巡线机拍摄的杆塔如图1所示。

图1 飞行器对杆塔整体和局部放大进行拍摄

1 现代无人机性能简介

现代无人机是集航空、图像识别、地理侦查以及电子电力等为一体的复杂集成系统，其中涉及领域较多，包括大地检测、红外成像、地理GPS、自动化技术以及电子通讯等高端专业领域。由于其飞行距离远、精度高以及人工操作便捷的特点，目前在很多领域进行了应用，包括体育赛事、运动摄影、抗震救灾、军事侦查等，并且取得了良好的应用效果。并且随着科学技术的不断发展和创新，可以进行遥感数据链控制、地理匹配控制和全球定位系统卫星电位控制。现代无人机操作简单，系统运行稳定，经济效益也较为优越，通过无人机进行作业与载人飞机相比能够节省十分之一的成本，并且无人机受自然环境的影响较小，工作效率使载人飞机的10倍以上。目前，无人飞行器基本取代了载人飞机，在各个领域也都表现出了卓越的性能。

一般现在无人飞行器的功能和性能都较为卓越，通常具备如下指标：

1）飞行控制：一般遥控距离在5km左右，但性能较为卓越的控制距离能够达到30km，并且GPS导航系统以及地理匹配巡航系统已经成为无人机的标配功能。

2）起飞条件和巡航速度：在20米以上无明显颠簸的道路，小于12m/s的风速，以及天气小雨的状态，均能够正常起飞和运行;无人机额巡航速度根据性能不同，速度也在50km/h-110km/h范围内不相同。

3）飞行气候条件：一般无人机能够在12m/s风速以下起飞，性能卓越的能够达到20m/s风速下起飞，天气在中雨以下。

4）升限：无人机能够在低空平稳飞行，同时飞行海拔高度又能达到2千米以上。

5）载重：由于电力小号的原因，无人机载重一般不大，但也能够达到10千克以上。

6）续航时间和距离：续航时间根据飞行器的性能30min到5h不等;续航距离一般情况下为30km，其中性能卓越的无人机能够达到500km的飞行距离。

2 巡线无人机稳定飞行技术

要使柔性翼无人机进行全天候高压线路巡逻和稳定飞行，使柔性翼无人机在线路巡逻中切实可行，需要以下关键技术。

2.1 巡视兴趣点

无人机巡逻方法是在无人机平台的控制台上固定一个或多个小型摄像机，观察和拍摄输电线路上的重要设施。巡线无人机沿输电线路以一定速度移动，并在运动过程中检测兴趣点，通过高分辨率的CCD摄像机捕捉相片，实时传输到地面监测点，地面操作人员根据传输过来的图像进行判断路线是否安全。

2.2 常见障碍物

在野外输电线路中，线路沿线威胁输电线路安全运行的所有其他物体，包括动植物、建筑设施等。除了共同感兴趣的检查点之外，都是共同的障碍。输电线路常见的障碍物主要是建筑物、树木、人工设施等，以及人造异物（风筝）。对于这种物体，其特征是可以检查其外观，因此主要通过目视检查来监控。

2.3 自动化飞行

我国的野外输电线路存在以下特点：长度一般在100公里左右，距离公路较远（10-15公里左右），因此对于无人机的遥控距离要求达到15公里以上。无人机上的数据链路能够实时的将巡查的图像和视频传到地面，地面控制系统的相关工作人员对传输的图像和视频进行查看与检查;并且无人机搭载GPS导航系统、自主巡航系统、电线跟踪系统等，无人机的自动化飞行已经实现，这样能大大减少线路的巡视时间，巡视一根线路仅需要3小时左右。

2.4 机体飞行拍摄

柔性翼无人机飞行稳定，不晃动，具有承载能力稳定的摄像平台，可以通过可见光以及红外热成像技术进行图像传输，并且能够自动摄像，能够形成高分辨率的航空影像。

2.5 线路杆塔自动跟踪识别

无人机搭载先进的测绘控制系统，能够使无人机快速识别图像并且及时曝光，生成图片视频等，对于地面塔、线路、木材、绝缘体、配件等能够形成高清晰度可见光和红外图像，并且有些无人机已经具备传输网络故障识别功能。

3 无人机巡线的技术指标

无人机巡线的最简单方式是在机舱内安装小型摄像机。拍摄电线和绝缘子串时，只需要1个操作人员進行操控，当无人机返回地面时能够及时的分析辨别线路情况。但是部分无人机机身抖动不稳，导致摄像机的聚焦不准确，形成的图像也较为模糊，虽然能够从这些图像中分析和观察出塔架、电线的倾斜、断裂、缠绕、与周围构筑物搭接等明显现象，但是更深一步的线路污损、线路开裂、线路老化以及绝缘部件老化脱落等，还是没有办法识别控制，这是无人机下一步需要研究的重点内容。

其中柔翼无人机飞行稳定，能够保持摄像平台不抖动，并且能够更好地聚焦曝光，同时安装了可见光以及红外成像设备自动控制摄像，能够对地面和线杆的老化、污损等问题有效解决。柔翼无人机（图2所示）技术须具备相关功能，因此应该具备以下技术指标。

系统重量：■80kg;起飞重量：■120kg（载重40kg）;发动机：180四冲程发动机，功率20hp;翼伞面积：30㎡;遥控距离：15km;留空时间：5h;最大速度：50km/h;最大飞行高度：3000m。

图2 柔翼无人机

4 结语

柔翼无人机巡线提高了作业质量和作业效率，给线路巡航人员减轻了负担，也提高了科学管理水平，为国家输电系统提供坚实的基础，为社会能够创造更高的社会经济效益。随着对输电性能要求的不断提高，柔翼无人机也需要跟随时代脚步的发展，不断更新换代，无人机所具备功能的优势也逐渐体现在各行各业，相信随着国家电网对输电指标的进一步提升，柔翼无人机必将会成为快速、可靠、有效的检测途径。

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