適用于高海拔地區(qū)輸電線路巡檢的無人機測試分析

羅志勇，熊勇良，葉濤，李華春，陳寧

（廣州優(yōu)飛信息科技有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的擴張、線路的延長，無疑加重了巡檢工作量，低海拔地區(qū)已大量使用無人機巡檢，有效提高巡檢質(zhì)量與巡檢率。我國的地形極為復(fù)雜，且山區(qū)與丘陵較多，為更好地維護與巡檢輸電線路，工作人員需在高海拔地區(qū)實行無人機試驗，改善其工作現(xiàn)狀與巡檢手段。

1 高海拔地區(qū)的環(huán)境因素對無人機的影響

無人機系統(tǒng)主要由無人機本體、遙控遙測、地面控制站與飛控導(dǎo)航組成，當(dāng)其在高海拔區(qū)域，由于氣壓與含氧量雙雙降低，其動力系統(tǒng)的能量也會相應(yīng)減少。同時，相較低海拔區(qū)域，高海拔地區(qū)的空氣極為稀薄，會急速降低螺旋槳的推力，因此，在該區(qū)域會減少無人機的升力，在載重力也下降的情況下，會影響其正常飛行。

針對高海拔地區(qū)的環(huán)境因素，該區(qū)域常出現(xiàn)風(fēng)沙、微氣候與低溫等情形，且存有高輻射。無人機的導(dǎo)航系統(tǒng)大多應(yīng)用卡爾曼算法，深度融合其內(nèi)部的多種傳感器數(shù)據(jù)，如氣壓高度計、GPS、地磁傳感器與IMU等。若天氣惡劣，則會對諸多傳感器造成較壞影響。比如，低溫會影響無人機系統(tǒng)中的機載航天與動力系統(tǒng)；微氣候可破壞無人機中的氣動；傳動系統(tǒng)與發(fā)動機與風(fēng)沙的關(guān)聯(lián)較大；高輻射會嚴(yán)重破壞航向計與GPS，因此，環(huán)境因素對無人機系統(tǒng)的正常運行影響較大。

2 輸電線路巡檢在高海拔地區(qū)的無人機試驗的具體分析

2.1 測試方法

為完善高海拔地區(qū)輸電線路巡檢的無人機測試，工作人員需找到合適的測試方法，基于固定翼無人機的基本屬性，即航時長、飛行速度較快等，當(dāng)輸電線路出現(xiàn)安全隱患或故障時，可及時、快速地巡檢，可廣泛應(yīng)用在災(zāi)后普查與快速巡檢中。為適應(yīng)當(dāng)前的直升機加工要求與設(shè)計技術(shù)，部門管理人員應(yīng)設(shè)置科學(xué)的無人機巡檢系統(tǒng)，針對其系統(tǒng)內(nèi)部的重要參數(shù)，如飛行海拔、起飛海拔、載重能力及續(xù)航時間等進行測試。

具體來說，針對飛行海拔的測試，在試飛前工作人員需開展大量的準(zhǔn)備工作，無人機的載荷應(yīng)達到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，在起飛時應(yīng)處在滿油狀態(tài)，在飛機起飛后，應(yīng)將其姿態(tài)、低速、空速、爬上率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速等飛行參數(shù)及時記錄下來，并擴大測試范圍，比如，可在3000、3800、4700米以上測試，使數(shù)據(jù)信息更完善，但在測試過程中，若在某一高度出現(xiàn)參數(shù)不規(guī)律或異?，F(xiàn)象，則無須再測試更高海拔的區(qū)域，而起飛海拔測試的過程與飛行測試的方法相同，若其飛行狀態(tài)屬于正常，則代表其發(fā)動機的性能穩(wěn)定。

在開展載重能力測試時，當(dāng)其飛行狀態(tài)屬正常時，可適當(dāng)增加飛機負(fù)荷，如5kg，若其仍能正常飛行，則需再次加重飛機載重量，直到其參數(shù)達到極限或飛行狀態(tài)不穩(wěn)時才停止加重，并在不同的海拔區(qū)域進行相應(yīng)測試，記錄相關(guān)參數(shù)。而關(guān)于續(xù)航時間的測試，飛機在起飛后需依照之前的路線設(shè)計進行飛行，在飛行過程中無須補充燃料，當(dāng)其油量出現(xiàn)不足時才可添加，并記錄整個飛行時間，再開展海拔測試，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。在對系統(tǒng)參數(shù)進行準(zhǔn)確測試后，才能開展無人機巡檢試驗。

2.2 地點與機型的選擇

在測試地點的選擇上，工作人員需依照高海拔區(qū)域的不同地形狀況，開展對應(yīng)性測試，而測試方法也應(yīng)與實際情況相結(jié)合，較為適宜的飛機場所與飛機起降點為可可西里、青海西大灘、青海拉雞山、日月山、青海金銀灘及甘肅烏鞘嶺等，其海拔高度對應(yīng)為4800、4503、3820、3354、3090及2836m，在此地進行無人機的飛行或巡檢測試能有效保證參數(shù)質(zhì)量與飛行水平。

圖1 三旋翼無人直升機

而對于無人機類型的選擇，工作人員需查閱相關(guān)資料并進行研究后，找到適宜試驗的無人機。為使高海拔地區(qū)的測試結(jié)果更加綜合與全面，對無人機的起降方式、氣動結(jié)構(gòu)與動力參數(shù)進行合理設(shè)置，當(dāng)前，有6種機型最適宜當(dāng)作測試機，其分別為單旋翼無人直升機、六旋翼電動無人機、三旋翼無人直升機，如圖1所示、天鷹固定翼無人機、V尾固定翼無人機及ASN-216型無人機。借助6種不同類型的無人機開展輸電線路的巡檢測試，對高海拔區(qū)域?qū)嵭辛朔植繖z測，比如，工作人員設(shè)置了多個海拔地點，如2500、3400及4500m等，針對飛機性能的優(yōu)劣與其成功率應(yīng)進行及時記錄與總結(jié)，從而使飛行測試的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

具體來講，對于二旋翼無人機，應(yīng)用該機型的優(yōu)勢在于在高原中其擁有較強的適應(yīng)性，在海拔較高的區(qū)域也能完成飛行任務(wù)，各項測試任務(wù)的完成度較高，且抗風(fēng)能力較強，最高可抗6級風(fēng)，但其缺陷在于續(xù)航與電池動力的持續(xù)時間不長。而六旋翼無人機的優(yōu)點在其飛行的穩(wěn)定性較強，若進行短距離、短時間的故障觀察極為合適，但其缺點為抗風(fēng)能力不強，當(dāng)風(fēng)力在4級以上時，無法保證飛行穩(wěn)定。六旋翼與二旋翼無人機的動力源均為電池，固定翼1600型無人機的動力源也來自電池，工作人員若想時常開展線路巡視，則可采用此類型的無人機，其原因是其飛行速度較慢，固定翼1600型無人機的不足與六旋翼無人機相同，均為抗風(fēng)力較弱。

2.3 試驗效果

在高海拔地區(qū)進行無人機測試的過程中，工作人員采用了固定翼無人機與無人直升機，針對其內(nèi)部參數(shù)進行了專業(yè)化的測試與研究，其參數(shù)主要包括無人機的抗風(fēng)能力、具體的飛行海拔高度、續(xù)航時間與帶載能力等，測試的機型主要有8種，對于其各項性能與優(yōu)缺點都實行了詳細(xì)的記錄。由于此次測試是在不同檢測要求、不同風(fēng)力與不同海拔下進行，其測試出的數(shù)據(jù)信息更精準(zhǔn)。比如，在對智能鳥天鷹1600型無人機進行測試的過程中，其主要動力源為電池，由于其適應(yīng)性較強，在多個高度都試飛成功，因而其飛行性能較好，但其抗風(fēng)能力弱，其對風(fēng)力的要求與起飛局限性較大，在應(yīng)用此無人機時需謹(jǐn)慎。

2.4 改善飛控系統(tǒng)

部門管理人員需及時設(shè)置飛行平臺，并對其進行實時優(yōu)化，該平臺需符合電力巡檢的整體需求，再結(jié)合當(dāng)前我國無人機系統(tǒng)的實際情況，不斷改善飛控系統(tǒng)，使飛行控制更為精準(zhǔn)，通過分析與研究，使無人機更適應(yīng)高海拔區(qū)域的環(huán)境，其應(yīng)用范圍也得到相應(yīng)擴大。一方面，工作人員可進行靜態(tài)模擬試驗，借助輸電線路或相應(yīng)實驗室等場所，在該區(qū)域內(nèi)充分模擬揚沙或大風(fēng)等高海拔地區(qū)的不利環(huán)境，對無人機試驗平臺進行實時監(jiān)測，改善無人機飛行的適應(yīng)力。另一方面，管理人員也需改進檢測方法，在合理設(shè)置無人機系統(tǒng)平臺以后，可借助紫外、紅外及可見光等檢測設(shè)備調(diào)整輸電線路內(nèi)部的局部放電、熱缺陷與物理缺陷等，提升其檢測功能。與此同時，工作人員還需升級吊艙檢測系統(tǒng)，利用對應(yīng)的拍照功能對特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋。

為增強設(shè)備的檢測與自動跟蹤功能，還需對輸電線路進行系統(tǒng)性研究，改善桿塔識別技術(shù)。在完成無人機檢測平臺的系統(tǒng)優(yōu)化后，其檢測水平可獲得切實提升，無人機巡檢也可適時應(yīng)用到高海拔地區(qū)，提升了輸電線路整體的檢測水平與質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，在高海拔區(qū)域進行無人機檢測的過程中，由于該區(qū)域的海拔高度與多種不良的環(huán)境因素，導(dǎo)致該區(qū)域的無人機應(yīng)用較少。技術(shù)人員在設(shè)置了科學(xué)化的無人機檢測平臺后，其檢測水平得到較大改善，在保證其各項參數(shù)的準(zhǔn)確性后，經(jīng)專業(yè)測試，無人機可廣泛應(yīng)用在高海拔地區(qū)的輸電線路檢測中。