输电线路无人机巡检路径规划应用研究

输电线路 无人机巡检路径规划应用研究

赵秦龙 尚策 李新

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 云南 曲靖 655000

摘要：近年来，电力是保障国民经济发展与人民生活正常进行的重要基础设施之一，随着社会经济的发展，我国的电网建设事业也发生了日新月异的变化。不但电力基础设施明显增加，规模显著扩大，且输电线路也变得更加错综复杂，这些都将增加输电线路巡检的难度。之前的人工巡检方式，已经明显不能满足我国电力事业发展的实际需要，电力系统相关工作人员必须积极探究现代无人机技术在我国输电线路巡检工作中的应用，以不断提高电网巡检的效率与质量。

关键词：输电线路；无人机巡检；路径规划应用研究

引言

科学技术的不断进步，扩大了电网建设的规模，同时也提高了电网结构的复杂化程度，这就需要电力企业工作人员定期对电网进行巡检和维护，才能保证线路安全稳定运行。然而，电网结构的复杂化给工作人员巡检工作带来了一定难度，传统的人工巡检方法需要投入大量的人力资源，劳动强度大，但工作效率较低。目前，电力行业会选择利用无人机技术对输电线路进行安全检查，然而，无人机在控制过程中会发生失控、撞击、被劫持等事故，加上输电线路的结构越来越复杂，这就需要工作人员对无人机巡检安全技术进行不断的研究与创新，才能满足当下复杂化的线路结构巡检要求。

1无人机技术的原理与功能

目前，输电线路巡检中最常应用的无人机一般是UH无人机(又称“遥控直升无人机”)与M4Ｒ无人机(又称“四旋翼无人机”)。其UH无人机主要由地表摄影与操控系统、影像收集与传送设备、遥控直升本体等多部分组成。它的主要功能是利用人工遥控，精确地飞行到相应的输电线路周边，在确保机身安全的前提下，悬停在电力线路附近，收集相应输电线路的视频图像，然后利用现代无线图像传送设施，精确传输到电网后台，方便工作人员查看输电线路状况。而M4Ｒ无人机则通常由M4Ｒ无人机身和M4Ｒ地面站两部分构成。它不但悬停性能、起降能力突出，而且能够携带先进的高分辨率微型摄影仪、无线图像传送器等，可以进行输电线路高清图像采集，远程目标传送。在具体的巡检工作中，M4Ｒ无人机在地面站的对应引导作用下，先是沿着目标电网飞行，当飞行至安全距离，到达输电设备周边后，就会主动悬停合适的空间位置，选择科学合理的角度采集相关图像，而后精准传送到地面站。当需要调整被检测的电力设备与图像摄影仪时，工作人员则只需适时控制M4Ｒ无人机的减振云台。

2概述

从设计的角度来看，无人机体积小，可移动。在应用于输电线路检查后，可以有效地提高输电线路检查的整体质量和管理水平，使经济和社会效益最大化。它也可用于寻找输电线路上的故障点，并由无人驾驶飞机探测输电线路的运行状态。这可以有效地防止故障，并准确和及时地定位故障所在的位置。随着社会经济的不断的发展，越来越多的高压电线电路变得越来越困难，如在绝缘子闪络、雷击、萃取和磨损等远距离传输，传输、塔楼，由于自然条件甚至山区溪流断裂时往往会出现人工问题，爬杆等传统方法导致人员受伤，输电线路运行状态，自然条件，劳动强度低效，人身安全保障不高、成本高的问题，很难保证质量，在电网上视察，并满足安全方面的工作。

3输电线路无人机巡检路径规划应用

3.1超声波测距

工作人员利用超声波发射器向某一个方向发射超声波，在发射的同时要开启计数器，超声波在传播过程中如果遇到障碍物，便会立即反射回来，当反射回的超声波与超声波接收器接触以后，便会立刻停止计数器的计时功能，然后就需要对超声波发射脉冲和接收脉冲之间存在的时间差进行测量，在测量结果的基础上结合超声波在空气中的传播速率，以此来计算到障碍物之间的相对距离[4]。此外，超声波测距技术具有成本低、操作方便等优点，但是，超声波的传播容易受到信号的干扰，或者在碰到障碍物时缺乏足够的反射能力，就会降低避障系统所测量到的有效距离。一般而言，超声波传感器的探测距离最大高达十几米，而最小只能探测几米，目前，在无人机巡检工作中使用到的超声波避障系统所能够测量的相对距离都较短。

3.2　激光雷达测距

对于激光雷达测距技术而言，其主要采用的是TOF测距原理，该技术的工作原理与超声波测距原理存在一定的相似性，但是，激光雷达测距技术主要是通过光的时间差和相位差来判断无人机周围是否存在障碍物，如果存在障碍物，则根据光传播的速率、传播时间以及返回的时间来计算无人机到障碍物的距离。如果无人机处于悬停状态，那么嵌入无人机内的TOF系统最快会以每秒五圈的速度旋转，最小也会以每秒两圈的速度旋转，在旋转过程中，TOF系统就能对无人机有效半径内进行360°的全方位快速扫描，如果在某一位置检测到障碍物，就会向无人机的飞控系统发出指令，这样就能调整飞行的位置。此外，对于无人机的飞行过程而言，如果TOF系统停止旋转，那么就会在无人机前进的方向上发射一道光脉冲，结合光脉冲的传播情况固定无人机的前进方向。一般而言，如果将TOF避障系统用于室外，那么能够测量的有效距离最多会增加10m，最少会增加8m，然而，TOF避障系统开发需要投入的成本较多，同时，在使用过程中容易受到太阳光的干扰。因此，需要在无人机中植入专业的太阳光干扰处理芯片并准确把握测量的时间，才能得到准确的测量结果。

3.3　毫米波雷达测距

一般而言，工作人员在使用毫米波雷达进行测距时，该装置会发射出一个锥状的波束，但作用距离较短，一般不会超过250m，同时，毫米波雷达装置产生的回波和发射波之间存在的时间间隔较短，无法适用于简单的发射脉冲装置。目前，市场上采用的毫米波雷达测距主要采用FMCW信号体制，根据回波频率和发射频率之间存在的变化规律和时间差来计算目标与障碍物之间的距离，同时，毫米波雷达存在带宽、体积小、重量轻、扫描速率高等优点，能够对小目标进行探测、存在全天候作战能力、抗杂波能力较强的特点，因此在无人机安全巡检工作中得到了广泛的应用。

3.4巡检机器人系统设计

作为本研究的一部分，设计了一种桥式结构，用于克服输电线路的障碍。深入比较研究后，保证更高的可靠性，因为在高压传输线位于下方的面积，从而无法穿过头部与塔的一个飞跃摇摆手臂，机器人必须配备安全带。为了提高稳定性和业务连续性的齿轮之间的协作机器人，不仅可以适应现有电网的钢制轮结构，重量也相对加强机器人电池组和解决问题的能力。在某种程度上而言，电池的寿命也会相应的得到提高。此外，结构成本低，安装和维护方便。由于本文的研究对象是未来的多传感器机器人，所以它在不同距离的导线上进行合作。首先要考虑的不仅是机器人自身姿态角的实时计算，还要考虑基于机器人GPS位置信息的自主运动规划。主控制平台配有专用的机器人控制软件。对于需要人工干预的复杂任务，操作者可以通过自动检测或使用人机界面实时手动控制来设置和切换机器人。或更新参观路线计划，并指派机器人执行新的参观任务。机器人检测模块，控制身体的一部分，探测器可单独使用传输，在线放电电阻和中空，机身本体摄像头和超声波检查，输电线路绝缘子的硬件方面，实时观测条件和高性能数字控制和交互模块的土壤。

结语

监测和评估输电线路的状态是智能网络的重要组成部分。互联网对象技术的引入有助于提高输电线路的监控、诊断、操作和管理水平，促进智能电网的发展。互联网技术及其特点，利用物联网技术在交通网络的结构，分析了无人机巡检自动监控技术和技术动态，有助于输电线路的稳定性，使输电线路的对象在互联网上通过参考网络进行跟踪研究。

参考文献：

[1]黄佳.输电线路故障的处理方法研究[J].电子技术与软件工程，2019（2）：222.

[2]韩冰，尚方.面向无人机输电线路巡检的电力杆塔检测框架模型[J].浙江电力，2016，35（4）：6-11.