無(wú)人機(jī)的發(fā)展及其新技術(shù)動(dòng)態(tài)分析

胡彬 周宗國(guó) 楊時(shí)寬 趙海 詹樂(lè)貴

摘 要：本文對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷史進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了無(wú)人機(jī)國(guó)內(nèi)外新興技術(shù)，并通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)在電力巡檢方面的應(yīng)用突出了無(wú)人機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)巡檢；無(wú)人機(jī)；智能巡檢

中圖分類(lèi)號(hào)：V279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0089-02

前 言

無(wú)人機(jī)“UAV”，是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備和程序控制裝置操縱的非載人飛機(jī)，或者由車(chē)載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作。如今，無(wú)人機(jī)在民用的道路上發(fā)展得如火如荼，尤其是在我國(guó)近三十年中，無(wú)人機(jī)消費(fèi)市場(chǎng)火熱，民眾對(duì)無(wú)人機(jī)的需求和認(rèn)可程度逐漸提高，國(guó)家對(duì)無(wú)人機(jī)的法律法規(guī)和監(jiān)管制度也有了進(jìn)一步的加強(qiáng)。未來(lái)五年民用無(wú)人機(jī)行業(yè)將持續(xù)保持較快的發(fā)展態(tài)勢(shì)，2020年中國(guó)民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)品銷(xiāo)售市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到265億元。本文針對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行其發(fā)展歷史和新技術(shù)的展望，并對(duì)無(wú)人機(jī)在電力系統(tǒng)上的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 無(wú)人機(jī)發(fā)展歷史

早期的無(wú)人機(jī)，設(shè)計(jì)方向并非民用，而是軍用。1917年，皮特·庫(kù)柏（Peter Cooper）和埃爾默·A·斯佩里（Elmer A. Sperry）發(fā)明了第一臺(tái)自動(dòng)陀螺穩(wěn)定器，這種裝置能夠使飛機(jī)能夠保持平衡向前飛行，無(wú)人飛行器由此誕生。這項(xiàng)技術(shù)成果將美國(guó)海軍的一臺(tái)教練機(jī)成功改造為首架不載人飛行機(jī)，這就是無(wú)人機(jī)的原型。但當(dāng)時(shí)的無(wú)人機(jī)存在著飛不回起飛點(diǎn)的缺點(diǎn)。蜂王號(hào)解決了這個(gè)問(wèn)題，使得無(wú)人機(jī)能夠回到起飛點(diǎn)，使無(wú)人機(jī)技術(shù)更有實(shí)際價(jià)值。可以說(shuō)蜂王號(hào)無(wú)人機(jī)是現(xiàn)代無(wú)人機(jī)的先祖。至此無(wú)人機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于各大戰(zhàn)場(chǎng)，由于無(wú)人機(jī)還是一項(xiàng)新興技術(shù)，對(duì)于偵查等任務(wù)仍不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，受到了各國(guó)軍方的冷落甚至拋棄。

在1986年12月，美國(guó)首飛的先鋒系列無(wú)人機(jī)為指揮官提供了特定目標(biāo)以及戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫(huà)面，成功執(zhí)行了軍方關(guān)于偵查的各種任務(wù)[1]。而且這套無(wú)人機(jī)系統(tǒng)花費(fèi)較小，滿(mǎn)足了美國(guó)在以低代價(jià)開(kāi)展無(wú)人獲取目標(biāo)的要求，并首次投入實(shí)戰(zhàn)。先鋒號(hào)無(wú)人機(jī)現(xiàn)在仍在服役，通過(guò)火箭助力起飛，起飛重量416磅，航速每小時(shí)109英里。飛機(jī)能夠漂浮在水面，并且通過(guò)海面降落進(jìn)行回收。

在2006年，大疆創(chuàng)新科技成立，影響了世界無(wú)人機(jī)格局，其研制的phantom在2014年入選《時(shí)代》雜志，之后在我國(guó)越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)成立，國(guó)外著名的無(wú)人機(jī)研發(fā)公司包括3DRobotics，Qualcomm公司，他們也研發(fā)了用途多樣的新型無(wú)人機(jī)。由此無(wú)人機(jī)真正進(jìn)入發(fā)展的蓬勃期。

2 無(wú)人機(jī)新技術(shù)動(dòng)態(tài)

針對(duì)無(wú)人機(jī)的研究，現(xiàn)目前可以從導(dǎo)航問(wèn)題、續(xù)航問(wèn)題、控制系統(tǒng)問(wèn)題與通信系統(tǒng)問(wèn)題這四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行討論[2]。無(wú)人機(jī)目前多采用GPS導(dǎo)航，但GPS在某些特殊地形并不適用，據(jù)報(bào)道，目前也有相關(guān)研究人員通過(guò)對(duì)GPS進(jìn)行備份上傳數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)。對(duì)于續(xù)航問(wèn)題，無(wú)人機(jī)的續(xù)航問(wèn)題重要之處在于電池，能不能研發(fā)出能源更為充足的電源決定了無(wú)人機(jī)能否在高空中進(jìn)行持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工作。在例如高山等復(fù)雜地形時(shí)，如何控制無(wú)人機(jī)也是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)出更簡(jiǎn)易的操控系統(tǒng)也能減輕無(wú)人機(jī)控制員的壓力。最后是無(wú)人機(jī)的通信系統(tǒng)問(wèn)題，沒(méi)有良好的交互系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)降落和命令的執(zhí)行。迄今為止，這四個(gè)方面的問(wèn)題都是研究人員為了提高無(wú)人機(jī)實(shí)用性所需要努力的方向。

國(guó)內(nèi)的無(wú)人機(jī)領(lǐng)先者是深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司，大疆公司在國(guó)內(nèi)的無(wú)人機(jī)行業(yè)可謂是首屈一指的領(lǐng)頭羊。2006年由香港科技大學(xué)畢業(yè)生汪滔等人創(chuàng)立，是全球領(lǐng)先的無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)及無(wú)人機(jī)解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商，客戶(hù)遍布全球100多個(gè)國(guó)家。2016年，大疆創(chuàng)新一連串發(fā)布了Mavic pro、 Inspire2和Phantom4 pro等三款新品，在滿(mǎn)足了用戶(hù)便攜性的同時(shí)，又將產(chǎn)品的性能推向了新的高度。在這幾款產(chǎn)品中大疆就利用了三腳架模式、電池低溫自加熱、精細(xì)云臺(tái)控制、spotlight pro輔助拍攝等幾種創(chuàng)新科技，在國(guó)內(nèi)外引起了創(chuàng)新熱潮。

國(guó)內(nèi)的無(wú)人機(jī)行業(yè)發(fā)展生機(jī)勃勃的同時(shí)，國(guó)外的無(wú)人機(jī)制造產(chǎn)業(yè)也值得我們?nèi)リP(guān)注。例如車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用業(yè)務(wù)的公司OCTO近期就啟動(dòng)了一個(gè)解決方案，用以管理商務(wù)和休閑無(wú)人機(jī)使用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。該解決方案名為OctoDroneBox，可為無(wú)人機(jī)管理提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)，比如墜毀、維護(hù)和空中交通控制，同時(shí)也可以在道路交通事故恢復(fù)和索賠管理中提供幫助，還可為保險(xiǎn)公司提供準(zhǔn)確、完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

據(jù)俄羅斯薩馬拉科羅廖夫大學(xué)消息，該?？蒲腥藛T正在研制一種利用多孔碳化硅結(jié)構(gòu)保護(hù)放射性元素的核能電池，這種核能電池可以最大程度的延長(zhǎng)電池的壽命。據(jù)研究人員介紹，這種電池的使用年限可達(dá)100年，使用范圍也相當(dāng)廣泛，適用于各種管理和控制自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器，在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域也具有廣闊應(yīng)用前景。

3 無(wú)人機(jī)在電力巡檢中應(yīng)用

電力運(yùn)輸線(xiàn)路巡檢是電網(wǎng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)最近幾年無(wú)人機(jī)的技術(shù)發(fā)展，很多送變電公司也開(kāi)始利用無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行巡視。利用無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)，有利于人員資源的節(jié)省，對(duì)于維護(hù)人員難以去到的地區(qū)無(wú)人機(jī)巡檢更為方便快捷。在國(guó)內(nèi)外的電網(wǎng)公司中都有無(wú)人機(jī)巡檢的應(yīng)用。

在海南，為保障供用電安全，南海供電局出動(dòng)無(wú)人機(jī)、紫外成像儀等高科技裝備加強(qiáng)汛期檢查，保障公共場(chǎng)所供用電安全平穩(wěn)運(yùn)行。以前檢查電力設(shè)施，主要靠人爬上爬下，而現(xiàn)在加入了無(wú)人機(jī)、紅外測(cè)溫器、紫外成像儀、局放測(cè)試儀等諸多先進(jìn)裝備。紅外測(cè)溫器主要測(cè)發(fā)熱情況，紫外成像儀能測(cè)出放電情況，這些裝備能讓工作人員更精確地掌握電力設(shè)施的運(yùn)作狀態(tài)，從而確保區(qū)域電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

歐洲多個(gè)公司也對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。目前，電力公司大多使用裝有攝像頭的直升機(jī)來(lái)檢查電網(wǎng)。但這些公司最近也開(kāi)始偶爾使用基礎(chǔ)無(wú)人機(jī)——停留在控制器的視野之內(nèi)的無(wú)人機(jī)。然而，全行業(yè)向可再生能源的轉(zhuǎn)變，以及監(jiān)測(cè)將太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)與電網(wǎng)連接所需的大量額外連接的需要，正迫使公用事業(yè)公司考慮先進(jìn)技術(shù)。

咨詢(xún)公司普華永道（PwC）的合伙人米歇爾·馬祖（Michal Mazur）在談到無(wú)人機(jī)時(shí)說(shuō)，“它真正改變了游戲規(guī)則。它們比人工測(cè)量快100倍，比直升機(jī)更精確，而且搭載了人工智能設(shè)備，可以快速解決問(wèn)題。”據(jù)制造公用事業(yè)機(jī)器的科技公司高管說(shuō)，每架可視無(wú)人機(jī)的成本約為2萬(wàn)歐元，而超視距無(wú)人機(jī)的成本將大幅增加，監(jiān)控一組網(wǎng)絡(luò)需要數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)機(jī)群。

國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢的應(yīng)用也正能表示無(wú)人機(jī)有著多重優(yōu)點(diǎn)[4]：①無(wú)人機(jī)巡檢的效率高。相比人工巡檢，無(wú)人機(jī)巡檢不僅相比傳統(tǒng)的用肉眼用機(jī)器測(cè)更為精準(zhǔn)。②無(wú)人機(jī)巡檢速度更快。它彌補(bǔ)了人工巡檢時(shí)所花費(fèi)的路程時(shí)間，對(duì)于危機(jī)的情況也能迅速處理，面對(duì)意外可以減小人員和資源的損失。③無(wú)人機(jī)巡檢適應(yīng)力更強(qiáng)。它能適應(yīng)人工所不能適應(yīng)的，例如暴雨暴雪等惡劣環(huán)境?？梢?jiàn)無(wú)人機(jī)巡檢給電網(wǎng)巡檢帶來(lái)了極大的優(yōu)勢(shì)和好處，無(wú)人機(jī)在電力巡檢上的應(yīng)用，也是無(wú)人機(jī)近幾年融入社會(huì)的一項(xiàng)重要試驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于當(dāng)前無(wú)人機(jī)新技術(shù)迅速發(fā)展的背景，本文對(duì)無(wú)人機(jī)的歷史，無(wú)人機(jī)的新技術(shù)，無(wú)人機(jī)在電力巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究。事實(shí)證明無(wú)人機(jī)在21世紀(jì)可以進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，但是目前無(wú)人機(jī)還需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

資助項(xiàng)目：本論文由貴州電網(wǎng)公司基于雙目視覺(jué)技術(shù)的輸電線(xiàn)路無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（0604002017030101SD00002）。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-9-10