電力巡線無人機(jī)穩(wěn)定性飛行研究

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1、電力巡線無人機(jī)穩(wěn)定性飛行研究 摘要】傳統(tǒng)巡線檢查方式工作量巨大,而且條件困難,特別是山區(qū)、江河等輸電線路的巡檢更加困難,有些檢查工程用常規(guī)方法很難完成。使用柔翼無人機(jī)巡線可以降低巡線工作人員的工作量和工作強(qiáng)度,使高壓線路的維護(hù)本錢大大降低。柔性翼無人機(jī)機(jī)身較輕,配備了先進(jìn)的航空勘測系統(tǒng),并且受多云多霧等極端天氣的影響較小。本文主要對點(diǎn)電力巡航無人機(jī)穩(wěn)定飛行進(jìn)行了研究?!娟P(guān)鍵詞】巡線檢查;無人機(jī)巡線;柔性翼無人機(jī);穩(wěn)定飛行中圖分類號:TM755;V279文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2457〔2021〕29-0045-002DOI:10.19694/j ki.issn2095-2457.2

2、021.29.0200引言輸電線路有著廣泛的分布,并且大多數(shù)處于比較惡劣的環(huán)境中,由于受到自然環(huán)境的影響較大,電線桿以及電力線受到持續(xù)的機(jī)械張力、大風(fēng)雷電、風(fēng)化和人為影響而發(fā)生損壞,如塔架傾倒、鋼絞線斷裂、磨損、腐蝕、應(yīng)力等,因此必須要進(jìn)行及時(shí)的更換和修復(fù)。此外,還存在遭雷擊損壞、線路底部樹木生長頂?shù)嚼|線、桿塔被盜等事故,一旦發(fā)生這種情況要及時(shí)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的人工檢查要消耗巨大的人力、物力和財(cái)力,特別在檢查偏遠(yuǎn)地區(qū)以及跨江跨河的線路時(shí),以及在大風(fēng)、雨雪等極端惡劣的天氣下,需要的人工時(shí)間等更大。柔性翼無人機(jī)是主要是由于無線遙控裝置和程序控制裝置組成。柔性翼無人機(jī)輸電線路巡檢的研究需要多種專業(yè)聯(lián)合

3、合作,需要更高的研究深度和水平,這是一項(xiàng)新技術(shù),最近幾年研究剛剛起步,其研究成果已經(jīng)在南方電網(wǎng)等相關(guān)單位進(jìn)行了應(yīng)用。與傳統(tǒng)的人工檢測方法相比,該項(xiàng)技術(shù)更加有效先進(jìn),并且能夠保證通電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。其中電力巡線機(jī)拍攝的桿塔如圖1所示。圖1飛行器對桿塔整體和局部放大進(jìn)行拍攝1現(xiàn)代無人機(jī)性能簡介現(xiàn)代無人機(jī)是集航空、圖像識別、地理偵查以及電子電力等為一體的復(fù)雜集成系統(tǒng),其中涉及領(lǐng)域較多,包括大地檢測、紅外成像、地理GPS、自動化技術(shù)以及電子通訊等高端專業(yè)領(lǐng)域。由于其飛行距離遠(yuǎn)、精度高以及人工操作便捷的特點(diǎn),目前在很多領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用,包括體育賽事、運(yùn)動攝影、抗震救災(zāi)、軍事偵查等,并且取得了良好的應(yīng)用效果

4、。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展和創(chuàng)新,可以進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)鏈控制、地理匹配控制和全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星電位控制?,F(xiàn)代無人機(jī)操作簡單,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,經(jīng)濟(jì)效益也較為優(yōu)越,通過無人機(jī)進(jìn)行作業(yè)與載人飛機(jī)相比能夠節(jié)省十分之一的本錢,并且無人機(jī)受自然環(huán)境的影響較小,工作效率使載人飛機(jī)的10倍以上。目前,無人飛行器根本取代了載人飛機(jī),在各個(gè)領(lǐng)域也都表現(xiàn)出了卓越的性能。一般現(xiàn)在無人飛行器的功能和性能都較為卓越,通常具備如下指標(biāo):1〕飛行控制:一般遙控距離在5km左右,但性能較為卓越的控制距離能夠到達(dá)30km,并且GPS導(dǎo)航系統(tǒng)以及地理匹配巡航系統(tǒng)已經(jīng)成為無人機(jī)的標(biāo)配功能。2〕起飛條件和巡航速度:在20米以上無明顯顛簸的道

5、路,小于12m/s的風(fēng)速,以及天氣小雨的狀態(tài),均能夠正常起飛和運(yùn)行;無人機(jī)額巡航速度根據(jù)性能不同,速度也在50km/h-110km/h范圍內(nèi)不相同。3〕飛行氣候條件:一般無人機(jī)能夠在12m/s風(fēng)速以下起飛,性能卓越的能夠到達(dá)20m/s風(fēng)速下起飛,天氣在中雨以下。4〕升限:無人機(jī)能夠在低空平穩(wěn)飛行,同時(shí)飛行海拔高度又能到達(dá)2千米以上。5〕載重:由于電力小號的原因,無人機(jī)載重一般不大,但也能夠到達(dá)10千克以上。6〕續(xù)航時(shí)間和距離:續(xù)航時(shí)間根據(jù)飛行器的性能30min到5h不等;續(xù)航距離一般情況下為30km,其中性能卓越的無人機(jī)能夠到達(dá)500km的飛行距離。2巡線無人機(jī)穩(wěn)定飛行技術(shù)要使柔性翼無人機(jī)進(jìn)行

6、全天候高壓線路巡邏和穩(wěn)定飛行,使柔性翼無人機(jī)在線路巡邏中切實(shí)可行,需要以下關(guān)鍵技術(shù)。2.1巡視興趣點(diǎn)無人機(jī)巡邏方法是在無人機(jī)平臺的控制臺上固定一個(gè)或多個(gè)小型攝像機(jī),觀察和拍攝輸電線路上的重要設(shè)施。巡線無人機(jī)沿輸電線路以一定速度移動,并在運(yùn)動過程中檢測興趣點(diǎn),通過高分辨率的CCD攝像機(jī)捕捉相片,實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測點(diǎn),地面操作人員根據(jù)傳輸過來的圖像進(jìn)行判斷路線是否平安。2.2常見障礙物在野外輸電線路中,線路沿線威脅輸電線路平安運(yùn)行的所有其他物體,包括動植物、建筑設(shè)施等。除了共同感興趣的檢查點(diǎn)之外,都是共同的障礙。輸電線路常見的障礙物主要是建筑物、樹木、人工設(shè)施等,以及人造異物〔風(fēng)箏〕。對于這種物體

7、,其特征是可以檢查其外觀,因此主要通過目視檢查來監(jiān)控。2.3自動化飛行我國的野外輸電線路存在以下特點(diǎn):長度一般在100公里左右,距離公路較遠(yuǎn)〔10-15公里左右〕,因此對于無人機(jī)的遙控距離要求到達(dá)15公里以上。無人機(jī)上的數(shù)據(jù)鏈路能夠?qū)崟r(shí)的將巡查的圖像和視頻傳到地面,地面控制系統(tǒng)的相關(guān)工作人員對傳輸?shù)膱D像和視頻進(jìn)行查看與檢查;并且無人機(jī)搭載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、自主巡航系統(tǒng)、電線跟蹤系統(tǒng)等,無人機(jī)的自動化飛行已經(jīng)實(shí)現(xiàn),這樣能大大減少線路的巡視時(shí)間,巡視一根線路僅需要3小時(shí)左右。2.4機(jī)體飛行拍攝柔性翼無人機(jī)飛行穩(wěn)定,不晃動,具有承載能力穩(wěn)定的攝像平臺,可以通過可見光以及紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行圖像傳輸,并且

8、能夠自動攝像,能夠形成高分辨率的航空影像。2.5線路桿塔自動跟蹤識別無人機(jī)搭載先進(jìn)的測繪控制系統(tǒng),能夠使無人機(jī)快速識別圖像并且及時(shí)曝光,生成圖片視頻等,對于地面塔、線路、木材、絕緣體、配件等能夠形成高清晰度可見光和紅外圖像,并且有些無人機(jī)已經(jīng)具備傳輸網(wǎng)絡(luò)故障識別功能。3無人機(jī)巡線的技術(shù)指標(biāo)無人機(jī)巡線的最簡單方式是在機(jī)艙內(nèi)安裝小型攝像機(jī)。拍攝電線和絕緣子串時(shí),只需要1個(gè)操作人員進(jìn)行操控,當(dāng)無人機(jī)返回地面時(shí)能夠及時(shí)的分析區(qū)分線路情況。但是局部無人機(jī)機(jī)身抖動不穩(wěn),導(dǎo)致攝像機(jī)的聚焦不準(zhǔn)確,形成的圖像也較為模糊,雖然能夠從這些圖像中分析和觀察出塔架、電線的傾斜、斷裂、纏繞、與周圍構(gòu)筑物搭接等明顯現(xiàn)象,但

9、是更深一步的線路污損、線路開裂、線路老化以及絕緣部件老化脫落等,還是沒有方法識別控制,這是無人機(jī)下一步需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。其中柔翼無人機(jī)飛行穩(wěn)定,能夠保持?jǐn)z像平臺不抖動,并且能夠更好地聚焦曝光,同時(shí)安裝了可見光以及紅外成像設(shè)備自動控制攝像,能夠?qū)Φ孛婧途€桿的老化、污損等問題有效解決。柔翼無人機(jī)〔圖2所示〕技術(shù)須具備相關(guān)功能,因此應(yīng)該具備以下技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)重量:■80kg;起飛重量:■120kg〔載重40kg〕;發(fā)動機(jī):180四沖程發(fā)動機(jī),功率20hp;翼傘面積:30㎡;遙控距離:15km;留空時(shí)間:5h;最大速度:50km/h;最大飛行高度:3000m。圖2柔翼無人機(jī)4結(jié)語柔翼無人機(jī)巡線提高了

10、作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率,給線路巡航人員減輕了負(fù)擔(dān),也提高了科學(xué)管理水平,為國家輸電系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的根底,為社會能夠創(chuàng)造更高的社會經(jīng)濟(jì)效益。隨著對輸電性能要求的不斷提高,柔翼無人機(jī)也需要跟隨時(shí)代腳步的開展,不斷更新?lián)Q代,無人機(jī)所具備功能的優(yōu)勢也逐漸表達(dá)在各行各業(yè),相信隨著國家電網(wǎng)對輸電指標(biāo)的進(jìn)一步提升,柔翼無人機(jī)必將會成為快速、可靠、有效的檢測途徑。【參考文獻(xiàn)】【1】柴鵬帥.一種用于電網(wǎng)巡線無人機(jī)的偏振/VINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A].中國自動化學(xué)會.2021中國自動化大會〔CAC2021〕論文集[C].中國自動化學(xué)會:中國自動化學(xué)會,2021:6.【2】邴麗媛,劉智,蔣余成.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力巡線無人機(jī)避障技術(shù)研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)〔自然科學(xué)版〕,2021,40〔03〕:98-102+107.【3】楊蔚,劉瑋,趙強(qiáng),杜毅.電力巡線無人機(jī)機(jī)載電磁場檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)〔自然科學(xué)版〕,2021,36〔01〕:76-79.【4】趙利坡,范慧杰,朱琳琳,唐延?xùn)|.面向巡線無人機(jī)高壓線實(shí)時(shí)檢測與識別算法[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2021,33〔04〕:882-886.

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