CW-30固定翼無(wú)人機(jī)搭載LiDAR系統(tǒng)對(duì)輸電線(xiàn)路的巡檢

汪 勇，廖建東，靳函通

（1.南方電網(wǎng)通用航空服務(wù)有限公司，云南 昆明 650000；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司機(jī)巡管理中心，廣東 廣州 510030；3.成都縱橫大鵬無(wú)人機(jī)科技有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

我國(guó)輸電線(xiàn)路具有錯(cuò)綜復(fù)雜、規(guī)模龐大和線(xiàn)路維護(hù)工作量大等特點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輸電線(xiàn)路的輸電方式從高壓轉(zhuǎn)變?yōu)槌邏汉吞馗邏?，因此?yīng)更加重視輸電和供電的安全性和可靠性。傳統(tǒng)的輸電線(xiàn)路巡檢模式無(wú)法完成在異常氣候條件下、電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)或某些山區(qū)和跨江跨河的輸電線(xiàn)路的巡檢任務(wù)[1,2]。在20世紀(jì)50年代，國(guó)外Williams M、Ma L和Chen Y Q通過(guò)直升機(jī)實(shí)現(xiàn)了輸電線(xiàn)路的巡檢[3,4]。文獻(xiàn)[5,6]闡述了國(guó)內(nèi)研究并運(yùn)用直升機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的巡檢始于20世紀(jì)80年代，其中文獻(xiàn)[6]還研究了通過(guò)直升飛機(jī)對(duì)500 kV輸電線(xiàn)路進(jìn)行巡檢的可行性。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)搭載相關(guān)巡視設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的巡檢模式應(yīng)運(yùn)而生。在龐大且復(fù)雜的電網(wǎng)輸電線(xiàn)路巡檢中，該模式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)輸電線(xiàn)路巡檢模式的短板[7]。2011年，王振華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了多旋翼無(wú)人機(jī)輸電線(xiàn)路巡檢系統(tǒng)的研究并成功得到運(yùn)用，但因其續(xù)航時(shí)間較短，完成一次輸電線(xiàn)路巡檢任務(wù)需要多次飛行，因此沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用[8]。固定翼無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)的巡檢模式具有巡航時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)人機(jī)飛行距離遠(yuǎn)、巡檢效率高以及巡檢精度高等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用[9,10]。

本文以CW-30固定翼無(wú)人機(jī)搭載LiDAR系統(tǒng)為例，闡述CW-30固定翼無(wú)人機(jī)的組成和LiDAR系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)試飛驗(yàn)證了它在巡檢輸電線(xiàn)路時(shí)對(duì)線(xiàn)路故障和缺陷判斷的準(zhǔn)確性。

1 概 述

1.1 CW-30固定翼無(wú)人機(jī)的組成

CW-30固定翼無(wú)人機(jī)是成都縱橫自動(dòng)化技術(shù)有限公司的產(chǎn)品，是采用多旋翼和雙尾撐固定翼結(jié)合的后退式油動(dòng)垂起固定翼無(wú)人機(jī)，外觀(guān)如圖1所示。巡檢系統(tǒng)主要分為4個(gè)分系統(tǒng)和8個(gè)子系統(tǒng)，如圖2所示[11]。該無(wú)人機(jī)的主要特點(diǎn)包括具備垂直起降功能、不需要跑道、抗風(fēng)能力強(qiáng)、續(xù)航時(shí)間久、飛行半徑大、飛行速度可達(dá)108 km/h、載荷能力大以及機(jī)身結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定等，同時(shí)可攜帶較大設(shè)備和多種設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)距離和大范圍的飛行巡檢任務(wù)。

圖1 固定翼無(wú)人機(jī)外觀(guān)圖

圖2 固定翼無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的組成

1.2 LiDAR系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

LiDAR系統(tǒng)是機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，集成了GPS、INS和激光等多種技術(shù)，具有高分辨率、高探測(cè)性能和強(qiáng)抗干擾力等特點(diǎn)[10]。技術(shù)指標(biāo)如表1、表2和表3所示。

表1 激光雷達(dá)指標(biāo)參數(shù)

表2 位姿系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)

表3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)

2 試驗(yàn)飛行

2020年5月底的某一天，19時(shí)34分在某市運(yùn)用CW-30固定翼無(wú)人機(jī)搭載LiDAR系統(tǒng)對(duì)某110 kV輸電線(xiàn)路進(jìn)行巡檢試驗(yàn)，試驗(yàn)航高200 m，航帶寬400 m，巡航速度100 km/h，仿地飛行平均點(diǎn)密度38點(diǎn)左右，總航程113 km，雷達(dá)掃射線(xiàn)路全長(zhǎng)為52 km（全線(xiàn)路包含線(xiàn)路兩端電廠(chǎng)），共142個(gè)桿塔。如圖3所示，所有桿塔能清晰被掃描，桿塔點(diǎn)密度約為70點(diǎn)/m2，植被密度為30～100點(diǎn)/m2，并發(fā)現(xiàn)多處重大危險(xiǎn)源。

圖3 掃描成圖效果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在N10～N11桿塔之間的危險(xiǎn)源比較重大且復(fù)雜，如表4所示。定義桿塔N10至桿塔N11為正前方向，表4中由地表與朝桿塔正前方輸電線(xiàn)右側(cè)的空間距離測(cè)得了地表障礙物距小號(hào)塔的水平距離、地表障礙物的類(lèi)型、地表障礙物的缺陷等級(jí)、地表障礙物的安全距離以及危險(xiǎn)源的水平距離、垂直距離和凈空距離。圖4標(biāo)記了桿塔N10～N11之間的危險(xiǎn)源詳情，其中△表示一般缺陷，▲表示重大缺陷。

圖4 N10～N11桿塔危險(xiǎn)源詳情

在N22～N23桿塔之間的危險(xiǎn)源也比較重大，但比較單一，如表5所示。定義桿塔N22～N23為正前方向，表5中由地表與朝桿塔正前方輸電線(xiàn)左側(cè)的空間距離測(cè)得了地表障礙物距小號(hào)塔的水平距離、地表障礙物的類(lèi)型、地表障礙物的缺陷等級(jí)和安全距離，以及危險(xiǎn)源的水平距離、垂直距離和凈空距離。圖5標(biāo)記了桿塔N22～N23之間的危險(xiǎn)源詳情，其中△表示一般缺陷，▲表示重大缺陷。。

3 結(jié) 論

文中闡述了CW-30固定翼無(wú)人機(jī)的組成及LiDAR系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)CW-30固定翼無(wú)人機(jī)搭載LiDAR系統(tǒng)對(duì)某市110 kV輸電線(xiàn)路進(jìn)行巡檢試驗(yàn)。結(jié)果表明，該巡檢模式能清晰掃描輸電線(xiàn)路，且可以精確測(cè)量地表障礙物的距離并標(biāo)記出來(lái)，有助于進(jìn)行缺陷等級(jí)的判斷。

表4 N10～N11桿塔危險(xiǎn)源分析報(bào)告

表5 N22～N23桿塔危險(xiǎn)源分析報(bào)告

圖5 N22～N23桿塔危險(xiǎn)源詳情