無(wú)人機(jī)在電路線路巡檢的應(yīng)用分析

鄭成剛 張曉雷 劉文新 姚衛(wèi)東 朱紅忠

摘 要：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使地質(zhì)工作以及外部環(huán)境工作的條件得到了改善，提升了外部環(huán)境工作的效率和質(zhì)量。無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和突破，使其在電路線路巡檢應(yīng)用程度不斷加深。在電力作業(yè)中，無(wú)人機(jī)技術(shù)的而應(yīng)用能夠增強(qiáng)電力線路巡檢的效率，本文就無(wú)人機(jī)在電力線路巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析，研究無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力線路巡檢應(yīng)用中的選型原則、巡檢模式及其在電力線路中應(yīng)用的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)，電路線路，巡檢

前言：近年來(lái)，許多電力企業(yè)在應(yīng)用中紛紛使用了無(wú)人機(jī)技術(shù)，在電力系統(tǒng)的線路巡檢中，應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)可以突破環(huán)境和地域的限制，增加電力線路巡檢的安全性與可靠性，降低人員的傷亡。在電力行業(yè)的發(fā)展中，無(wú)人機(jī)技術(shù)受到了廣泛的好評(píng)和應(yīng)用，然而我國(guó)的無(wú)人機(jī)技術(shù)在電力線路巡檢中的應(yīng)用目前暫時(shí)處于起步階段，對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用還需要進(jìn)一步的提升。本文就無(wú)人機(jī)在電力線路中的選型原則、巡檢模式和應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

一、無(wú)人機(jī)巡檢平臺(tái)選型的原則

電力線路在巡檢的過(guò)程中，應(yīng)用無(wú)人機(jī)平臺(tái)的飛行器主要包含了直升機(jī)和固定翼的無(wú)人機(jī)，其具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、抗風(fēng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠搭載光學(xué)任務(wù)系統(tǒng)的吊艙能力。另外，無(wú)人機(jī)在電力線路巡檢作業(yè)的應(yīng)用中，首先要對(duì)起飛的情況進(jìn)行設(shè)定，確保鋼塔以及發(fā)現(xiàn)疑似缺陷的位置，無(wú)人機(jī)的空中定點(diǎn)懸停功能，可以實(shí)現(xiàn)更好的巡檢效果。直升機(jī)與固定翼機(jī)的最大區(qū)別在于是否具有檢驗(yàn)懸停與原地的起飛降落功能的有效荷載能力。在電力線路巡檢作業(yè)的過(guò)程中，無(wú)人直升機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于具有固定的翼機(jī)。另外，無(wú)人直升機(jī)的自主起降功能對(duì)于線路巡檢的過(guò)程來(lái)說(shuō)，可以降低外在的干預(yù)，減少操控的難度和負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)人直升機(jī)在電力線路巡檢中的可操控性能。

無(wú)人直升機(jī)的選擇需要根據(jù)地形、巡檢的要求來(lái)選擇，不同類(lèi)型的無(wú)人直升機(jī)技術(shù)應(yīng)用的場(chǎng)景也不同，其抗風(fēng)能力和續(xù)航時(shí)間也不同，巡檢的范圍也不相同。任務(wù)機(jī)需要在超視距的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)巡檢飛行，同時(shí)還應(yīng)該增加通信中的繼設(shè)備，為現(xiàn)有的技術(shù)條件帶來(lái)一定的技術(shù)難題。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)平臺(tái)中含有多個(gè)小型無(wú)人直升機(jī)以及微型的無(wú)人直升機(jī)，在中型無(wú)人直升機(jī)的輸電線路巡檢應(yīng)用處于起步的階段。

二、無(wú)人機(jī)巡檢模式的選擇和應(yīng)用

由于電線線路所經(jīng)過(guò)的區(qū)域包含環(huán)境惡劣的山區(qū)等，在這些區(qū)域?qū)€路的巡檢相對(duì)困難，采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢也需要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)挑選適合的無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)模式的選擇需要考慮外部的環(huán)境因素，如巡檢的地理環(huán)境條件、自然天氣狀況，內(nèi)部環(huán)境如無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力、無(wú)人機(jī)的抗風(fēng)能力等，這些都是選擇無(wú)人機(jī)的條件。在無(wú)人機(jī)的應(yīng)用上應(yīng)主要對(duì)系統(tǒng)的模式進(jìn)行選擇，分別根據(jù)不同的應(yīng)用狀況來(lái)選擇無(wú)人機(jī)的應(yīng)用條件，本文主要分析了五種無(wú)人機(jī)應(yīng)用的模式。

（一）無(wú)人機(jī)的飛行方式

在無(wú)人直升飛機(jī)飛行的過(guò)程中，為了減少無(wú)人機(jī)在惡劣環(huán)境中出現(xiàn)的垂直墜落問(wèn)題，使無(wú)人機(jī)的線路出現(xiàn)災(zāi)難性損壞，在無(wú)人機(jī)沿線路飛行時(shí)與線路變現(xiàn)具有一定的水平距離。由于光學(xué)任務(wù)的吊艙系統(tǒng)安裝的位置是在飛機(jī)的下方，為了滿(mǎn)足電力線路仙劍的質(zhì)量，需要確保無(wú)人機(jī)擁有較為充裕的飛行空間，無(wú)人機(jī)在既定線路飛行上存在一定的垂直距離。為了增強(qiáng)電力線路巡檢的質(zhì)量，在光學(xué)吊艙任務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)具有足夠的掃描視角空間，確保無(wú)人機(jī)能夠進(jìn)行單向的巡視系統(tǒng)。在較高電壓等級(jí)的線路中，由于線路的差距相對(duì)較大，同時(shí)由于塔高和間距的原因，會(huì)使無(wú)人機(jī)光學(xué)的吊艙任務(wù)系統(tǒng)受到周邊的影響，所以使用無(wú)人機(jī)的單向巡視即沿著電力線路的方向巡視1次，這樣在較高電壓等級(jí)線路中使用時(shí)，受到線路較大因素的影響，常規(guī)的單方向巡檢不足以滿(mǎn)足巡視質(zhì)量的需求，所以需要將無(wú)人機(jī)在線路兩側(cè)方向?qū)崿F(xiàn)往返的線路巡檢。

（二）通信鏈路系統(tǒng)的中繼模式

當(dāng)無(wú)人機(jī)的任務(wù)機(jī)距離地面監(jiān)測(cè)物的距離較近時(shí)，如果周邊沒(méi)有障礙物遮擋，那么通信鏈路系統(tǒng)的直通模式就可以采用，通過(guò)無(wú)線鏈路直接與地面車(chē)載設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)通信。由于電力線路所處的環(huán)境包含了山區(qū)等無(wú)信號(hào)區(qū)域，無(wú)人機(jī)時(shí)常會(huì)受到山峰阻擋、電磁干擾的影響，拓寬無(wú)人機(jī)巡線的測(cè)控距離，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)在超視距條件下的電力巡線需求，采用中繼轉(zhuǎn)發(fā)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的運(yùn)作。

地面中繼模式指的是將數(shù)據(jù)鏈路上的中繼設(shè)備安裝在線路的桿塔上，這種中繼的模式使用成本比較低，但是工作起來(lái)相對(duì)復(fù)雜。在地貌和地面中繼使用不相同的情況下，對(duì)地面的中繼進(jìn)行優(yōu)化和規(guī)劃，在運(yùn)行維護(hù)方面具有一定的困難，因此改進(jìn)無(wú)人機(jī)的使用性能是未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要解決的無(wú)人機(jī)問(wèn)題。

（三）無(wú)人機(jī)的應(yīng)用模式

將類(lèi)型、中繼模式不同的無(wú)人機(jī)設(shè)備進(jìn)行組合，搭配出不同的工作模式，將這些模式組合起來(lái)完成平原地區(qū)和山區(qū)地帶復(fù)雜地形區(qū)域的巡線任務(wù)。無(wú)人機(jī)在輸電線路巡視巡檢的作業(yè)過(guò)程主要應(yīng)用五種類(lèi)型。

1、中型無(wú)人的直升機(jī)+地面中繼模式

這種模式常常適用于任務(wù)無(wú)法直接與地面測(cè)控的車(chē)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即任務(wù)機(jī)距離地面測(cè)控的距離超過(guò)了實(shí)際的直視范圍或任務(wù)機(jī)與地面測(cè)控之間實(shí)現(xiàn)障礙物的有效阻隔。任務(wù)機(jī)所收集到的圖像與遙測(cè)信號(hào)，首先應(yīng)通過(guò)無(wú)線鏈路將其發(fā)送到塔架的終端，中繼的終端將其轉(zhuǎn)發(fā)到地面測(cè)控車(chē)載的終端，地面測(cè)控車(chē)的控制指令通過(guò)的塔架中繼終端轉(zhuǎn)發(fā)到任務(wù)機(jī)的終端位置，從而對(duì)任務(wù)機(jī)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)有效的控制。

2、中型無(wú)人直升機(jī)+空中中繼器模式

這種模式通過(guò)采用地面中繼器不足的情況來(lái)在數(shù)據(jù)鏈路上增加工臺(tái)的中繼機(jī)，任務(wù)機(jī)采集到的遙感測(cè)信號(hào)和圖像，首先通過(guò)鏈路發(fā)送給中繼機(jī)，通過(guò)中繼機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給地面的測(cè)控車(chē)載終端，地面的測(cè)控車(chē)的控制指令也通過(guò)了中繼機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給任務(wù)機(jī)的終端，從而對(duì)任務(wù)機(jī)實(shí)現(xiàn)了有效的控制。

3、中型無(wú)人直升機(jī)+空中中繼模式

這種模式主要通過(guò)固定翼無(wú)人機(jī)，通過(guò)固定翼無(wú)人機(jī)來(lái)增強(qiáng)續(xù)航的時(shí)間長(zhǎng)、抗風(fēng)能力強(qiáng)以及成本低和飛行控制操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，來(lái)增強(qiáng)中繼器的靈活性。中型無(wú)人直升機(jī)+空中中繼模式在電線線路巡檢的過(guò)程中，操作人員需要盡可能的了解無(wú)人機(jī)的使用功能，在操作時(shí)利用中型無(wú)人機(jī)和空中中繼器的靈活性來(lái)增加無(wú)人機(jī)在電路線路巡檢中的應(yīng)用。

4、小型無(wú)人直升機(jī)或微型無(wú)人直升機(jī)模式

這種模式通常使用在執(zhí)行巡線任務(wù)機(jī)距離地面測(cè)控車(chē)比較進(jìn)的時(shí)候，并且在沒(méi)有障礙物遮擋的情況下，任務(wù)機(jī)則能夠通過(guò)無(wú)線鏈路的方法直接與地面的車(chē)載設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的效果。吊艙與任務(wù)機(jī)拍攝到的畫(huà)面是2路的視頻信號(hào)與遙測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)任務(wù)機(jī)的終端壓縮和調(diào)制處理，將拍攝到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)桨镜孛娴能?chē)載終端，這種地面的車(chē)載終端能夠獲得遙感的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)無(wú)人機(jī)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)有效的控制。

5、固定翼無(wú)人機(jī)模式

這種模式的工作原理是采用固定翼無(wú)人機(jī)在防災(zāi)減災(zāi)和輸電線路運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)線路的巡檢。它具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、拍攝距離遠(yuǎn)和大范圍、快速巡視的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際的電力線路巡檢中具有增強(qiáng)工作效率的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代電力線路的巡檢中使用的頻率越來(lái)越高，相信在未來(lái)的電路線路巡檢中將會(huì)得到更加廣闊的使用。無(wú)人機(jī)技術(shù)具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、抗風(fēng)能力強(qiáng)以及不受空間地域限制的優(yōu)勢(shì)，能夠促進(jìn)電力線路巡檢效率的提升，確保電力線路的安全措施水平提升，為人們營(yíng)造一個(gè)安全的居住和工作環(huán)境，確保電力設(shè)施的安全和人們的用電安全。

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