基于4G远程操控和RTK高精度定位的长航时无人机研究

基于 4G远程操控和 RTK高精度定位的长航时无人机研究

杨利平

中国南方电网广东电网有限责任公司茂名供电局 525000

摘要：本文首先针对长航时无人机的背景意义进行简要概述，并对相关项目予以介绍，随后对4G远程操控技术、RTK高精度定位技术的应用情况展开探究分析，以期能够为长航时无人机的高效、科学应用，提供参考性建议。

关键词：4G远程操控技术；RTK高精度定位技术；长航时无人机

引言：在应用长航时无人机开展相关工作期间，通过对4G远程操控技术、RTK高精度定位技术的科学应用，可以有效提高工作效率，维护无人机的质量安全。因而针对基于这两大技术的长航时无人机应用情况，进行探究分析，有着极大的必要性与现实意义。

1背景意义

公司在《南方电网“十三五”输电线路“机巡+人巡”协同巡检推进方案》提出“在确保安全前提下科学有序推进直升机、无人机、人工相互协同巡检工作，最终建成“机巡为主、人巡为辅”巡检模式，持续提升输电线路巡检质量、效率，实现安全、成本、效能总体最优”的协同巡检思路。并明确提出“在2020年底，基本实现“机巡为主、人巡为辅”的协同巡检，全网机巡覆盖不少于90%的110kV及以上线路（按公里数），计划巡视中机巡占比不少于60%，线路巡检成本降低20%以上”工作目标，多旋翼无人机作为班组工器具陆续大量列装输电运维一线班组。

但传统的多旋翼无人机采用导航卫星系统定位，当近距离对带电线路巡视时容易造成电磁干扰或碰撞，完全依靠手工操作无人机，对巡检员工的操作水平要求比较高，给无人机巡视工作带了安全隐患。相比之下，4G高精度定位无人机具有较大的应用前景：

首先，本无人机能够实现距离30公里之内变电站出线的完全自主化巡视，实现了远程无人自主巡视。其次，4G远程定位模块，配备该模块可以监控超过10公里作业范围的飞机，减轻工作人员超视距飞行任务的作业压力。通过后台APP可以在任何有网络的地方，实时监控每架飞机的作业轨迹以及作业时间。最后，配合软件能全自动完成输、变、配线路的精细化巡视、通道巡视、灾情评估、资产全景等外业数据采集工作。

2项目介绍

基于4G远程操控和RTK高精度定位的长航时无人机采用了全新的飞控和动力方案，拥有超长的续航能力，最新的高密度电芯、智能电源管理模块以及结构设计的优化，拥有更轻的起飞重量、更大的电池容量、更短的充电时间、更长的飞行时间。在正常工作条件下，新型智能电池能够在30分钟之内完成充电，作业时间长达58分钟。

机载飞管计算机，由4颗ARM Cortex-A9处理器组成，主频高达1.2GHZ，同时还搭载2GB DDR3运行内存和16GB EMMC存储空间，具备强大的运算能力。此外内置4G模块，可支持中国移动、中国电信和中国联通。通过4G通信，用户可实现对无人机的超远程控制、集群控制、远程实时监控等功能。

高像素云台相机，是一款轻量化、高像素、可更换镜头的网络输出三轴增稳云台相机，内置大尺寸传感器，最大可达2010w像素。吊舱全重335g（不含镜头、减振快拆），采用快拆设计方便整机的运输以及维护。

RTK定位系统，结合千寻网络版基站可以提供厘米级精度的定位，同时双天线的配置为飞控准确定向，可提供强大的抗电磁干扰能力，在高压线、金属建筑等强磁干扰的环境下保障可靠的飞行^[1]。

图1 RTK定位系统拓扑图

3远程监控--4G/5G通信及远程操控技术研究

图2 通过4G/5G网络实现远程实时通信和控制

• 办公室通过4G/5G网络远程发送指令;

• 办公室通过4G/5G网络远程获取无人机的飞行信息、实时影像等，超视距控制无人机;

• 通过4G/5G网络保证“无人机+机巢+云平台”的互联互通。

本项目无人机的超长距离监控研发采用的是4G飞控系统。M2飞控是拓攻Mars系列飞控产品，专为无人机行业应用而设计，具备极高的可靠性和卓越的飞行性能。具备以下功能：拓攻第二代硬件架构和控制算法，汽车级器件高可靠性的元件，全新的多传感器融合算法及姿势、位置控制算法，开放平台，支持二次开发。

双备份GPS搜星数量更多，定位更精确。双备份IMU稳定性更强，可靠性更高。而且采用的是一体化的PCB设计，IP67防护和汽车级的传感器。

同时采用Apollo机载计算机，它是无人机的大脑，其拥有强大的运算能力、丰富的接口和4G联网能力。Apollo搭载Linux操作系统并集成TopXGun SDK，配合M2飞控，可以让无人机应用场景的开发变得更加便捷，让无人机释放更多的潜力。

4 RTK高精度定位技术研究

我司联合千寻位置为电力行业客户提供基于全国统一时空基准的动态厘米级差分定位“点-点”智慧巡检解决方案，赋予无人机精准飞行能力，实现全国范围内的自主飞行无人机电力巡检的标准化作业，大幅提升巡检效率。无人机的定位技术采用机载RTK定位技术。

无人机RTK定位技术具有强抗磁干扰、高精度厘米级定位、双天线定向等特点，能够解决当前无人机巡检作业过程中抗电磁干扰弱、稳定性差的问题，并且能够使用于无人机自动驾驶，无人机执行巡视任务不再依赖于飞手手动控制。无人机RTK定位技术分为基于固定基站的无人机RTK定位技术、基于网络基站的无人机RTK定位技术、机载RTK定位技术。

这其中机载RTK定位技术是指在无人机上安装机载RTK定位模块，接收地面基准站发送的差分数据，然后通过微处理器搭载RTK算法进行RTK定位结果解算^[1]，并实现动态的定位计算，得到厘米级的定位精度，机载RTK定位技术如图8所示。

机载RTK可运用千寻位置全国一张网的服务，而不需要自己来建设基站，千寻位置建设运营的国家北斗地基系统“全国一张网”，包含1200多个地基增强站，千寻位置提供的厘米级高精度定位服务，依托网格化分布的地基参考站，为无人机提供精度均一的高精度定位，并具备强大的抗磁干扰能力，在复杂环境下也能保证无人机安全飞行。

在无人机上安装机载端RTK定位模块，即可通过4G网络与千寻基站进行通讯，然后给飞控提供定位（BLH）、定向（真北角）、定速（对地速度）、航向、速度、航迹角、磁偏角、卫星数量、世界协调时间等数据^[2]。

图3 机载RTK定位技术图示

1该技术的原理包括以下两方面：其一，在无人机上加装RTK网络版差分板卡和4G芯片,包括括通信模块和差分模块，通讯模块内可嵌千寻服务账号，可随时随地通过4G网络通道接受千寻位置CORS系统播发的位置数据。差分模块通过对千寻位置所播发的数据和自身观测位置数据的解算，实现厘米级的精准定位。

其二，CORS信号直接输出到飞机，无需架设基站，只需携带无人机即可,数据接收都在飞机端。千寻CORS系统基于RTK的差分定位原理，依托遍布全国的卫星定位地基增强站，融合各类定位技术，以互联网4G的方式提供差分播发服务，面向全国23省市范围的各类终端和应用系统，提供了厘米级精度的位置纠偏数据服务。通过千寻位置CORS系统，飞行器可以实现全国范围内的精准飞行。

结论：综上所述，相关部门以及技术人员，在应用长航时无人机开展工作的过程中，应当综合考虑多方面的因素。要注重根据工作区域的实际情况，科学运用4G远程操控技术、RTK高精度定位技术，充分发挥这两种技术的优势与长处，提高对这两种技术的重视程度，以此提升工作效率，确保工作质量。

参考文献:

[1]李天.基于RTK技术的无人机在大比例尺地形图测绘中的精度分析[J].测绘与空间地理信息,2019,42(03):166-168.

[2]霍立平,江志东,贾绍文,等.基于无人机和差分GNSS的光学助降系统标校方法研究[J].电光与控制,2020,027(004):103-107,112.