配电网无人机优化研究分析

配电网无人机优化研究分析

袁沛权，梁伟权，黎嘉烙

广东电网有限责任公司东莞供电局，广东 东莞 523000

摘要：用无人机去协助人工巡线，如今已是大势所趋。电力巡线主要分两块：一个是对设备本体的体检，另一个是巡视外部环境对设备本体可能造成的隐患。未来的无人机自动巡检，将继续在各方面进行提升，结合新技术发展趋势，将人工智能与无人机深度融合，实现巡视自动化、线路航线规划自动化、缺陷分析自动化等功能，进一步扩大应用场景，最终实现线路运行管控智能化。

关键词：无人机；扩展；优化；

0前言

现代无人机总体设计涉及总体布局、空气动力、隐身、结构等多门学科的多种因素,其任务就是要把不同的专业技术和系统创造性地综合到一起,使飞行器整体性能优化,达到期望的设计要求。由于涉及了多门学科的多项性能要求,因此在进行飞行器总体参数设计时,常常会有相互矛盾的取值要求,所以有必要采用多目标优化方法,对其进行综合优化设计,从而获得能够同时满足多项设计要求的最佳方案。

用无人机去协助人工巡线，如今已是大势所趋。电力巡线主要分两块：一个是对设备本体的体检，另一个是巡视外部环境对设备本体可能造成的隐患。

基于成熟稳定的系统架构，利用大疆多系列无人机及负载，公司目前已经完成了多项自动飞行探索，其中包括GPS导航5m高度大范围通道巡检；“站到站”保供电4G/5G直播特巡；电力设备倾斜摄影建模技术；无人机精细化巡检安全距离极限测试；夜间精细化自动巡检；大范围红外自动巡检；导线跟踪故障特巡；基于机载计算机的AI自动巡检；配网无人机通道大范围巡检；配网无人机精细化巡检。

未来的无人机自动巡检，将继续在各方面进行提升，结合新技术发展趋势，将人工智能与无人机深度融合，实现巡视自动化、线路航线规划自动化、缺陷分析自动化等功能，进一步扩大应用场景，最终实现线路运行管控智能化。

广东电网目前大力推行配网无人机智能巡视，但是存在人员配备不足、人员技能水平不足、巡视环境恶劣、RTK失联、自动飞行遇到危险、航线不符合（可能跑到河里）、无法获得返航点、无法起飞突发情况多等不利因素影响，因此对于不同状况下的无人机应该配备不同的配件，目前配网无人机基本没有相对应的配件，存在安全隐患。

1现状分析

减轻结构重量是飞机设计中的一个重要目标。运 用复合材料可在保持结构承载能力的同时有效降低结 构重量。特别是近十几年来, 复合材料在飞机结构中 的应用越来越广泛, 甚至大量运用在结构的主承力部 件上。复合材料层合板不仅仅是材料, 更是结构, 是一 种可设计的材料, 这种特性提供了结构与材料一体化 设计的可能性, 可以对复合材料的结构形式进行优化 设计, 使之进一步减轻飞机结构重量, 提高结构承载能 力。研究人员通过几十年的不懈努力, 复合材料优化 有了很大的发展。目前在用的优化方法包括遗传优化 法[ 1] 、神经网络优化法[ 2] 、分级优化法[ 3] 、拓扑优化[ 4] 、 零阶优化和一阶优化[ 5] 、样条有限元法[ 6] 、图表法优 化[ 7] 、鲁棒优化[8] 以及其他基于各自不同的设计目标 和约束所形成的工程处理方法[ 9 13] 。值得一提的是, 在实际运用中往往是几种方法的组合, 如用神经网络 法优化确定铺层厚度、用遗传法确定铺层顺序, 但它们 不是单独进行的, 它们的优化结果互相作为对方的初始条件。在优化过程中, 还可以将要设计的区域分成 几块各自优化, 有利于减少计算量。目前用得较多的 有分级优化方法、遗传优化方法等, 由于层合板在应力 等方面分析的复杂性, 这些方法大多数还是针对对称 均衡层合板进行优化, 材料破坏的失效判据一般仅仅 采用首层失效判据。 本文采用ANSYS 软件为平台, 运用计算量较小的 零阶优化方法对某型无人机的进气管道用复合材料层 合板, 根据不同的目标对其铺层比例和铺层数进行优 化设计, 提供工程中简单易行的优化设计方法以及在 ANSYS 中的具体实现方式, 这种优化方式在工程中得 到广泛应用。同时对以载荷与铺层厚度同时作为设计 变量的优化方法进行有益的尝试, 得到比较满意的结果。

2主要设计

全包保护罩（ABS+PC材料构成，面对复杂巡视环境设计，隔离桨翼保障飞行安全，全方位保护无人机，卡扣式结构设计，在合理的空间里将高速旋转的桨叶隔离开，更加全面的保护罩）。

螺旋桨保护圈（ABS+PC材料构成，隔离式保护螺旋桨，大幅度防止螺旋桨刮伤人或物体，充分保护螺旋桨，提高飞行安全性，对飞行性能几乎没有影响，拆卸方便，卡扣式结构设计，强度高，韧性好，合理的桨叶隔离空间，有效保障安全）。

镜头保护盖（PC材料，为云台相机提供多方面保护，防止异物碰撞和防尘）。

桨叶固定器（ABS材料，有效将桨叶固定到机身，方便携带并防止收纳时损坏桨叶）。

增高起落架（ABS材料，能够增高脚架，有效增高30mm，可适应复杂的多地形环境下起降，有效解决草地、沙滩、沙土地等起飞降落任务。在起飞降落时有效防止地面碎片等损坏机体和云台相机）。

脚部漂浮器（木+ABS材料，能够使无人机平静的在水面起飞或降落飞行，快速链接设计，拱桥形状，承受力强，重量轻巧不影响飞行）。

考虑目前配网无人机遇到的痛点进行研发，能够匹配不同状况下的配件，使无人机智能化巡视更加安全高效。

将所需配件合理收纳在一个箱里，可以出去巡视根据不同情况选择不同的配件。

3应用前景

1、通过群众创新项目，提高员工在工作中的新思维，新思考，解决问题的新方法。

2、扩展配件一体箱里面包含的配件，根据各个基层区间飞行常见问题来设计制造，包含无人机常见配件，实用性强，有广泛的推广前景。

3、成果具有通用性，成功研发后，成果可以运用到广东电网公司的分局。

4结束语

未来的无人机自动巡检，将继续在各方面进行提升，结合新技术发展趋势，将人工智能与无人机深度融合，实现巡视自动化、线路航线规划自动化、缺陷分析自动化等功能，进一步扩大应用场景，最终实现线路运行管控智能化。

广东电网目前大力推行配网无人机智能巡视，但是存在人员配备不足、人员技能水平不足、巡视环境恶劣、RTK失联、自动飞行遇到危险、航线不符合（可能跑到河里）、无法获得返航点、无法起飞突发情况多等不利因素影响，因此对于不同状况下的无人机应该配备不同的配件，目前配网无人机基本没有相对应的配件，存在安全隐患。考虑目前配网无人机遇到的痛点进行研发，能够匹配不同状况下的配件，使无人机智能化巡视更加安全高效。

参考文献

[ 1] 希梅尔布劳 D M[ 美] . 实用非线性规划[ M] . 北京: 科 学出版社, 1981.

[ 2] 孙金标. 整体气动外形与 RCS 一体化设计研究[ D] . 西 安: 西北工业大学, 1994.

[ 3] 汤善同. 非线性规划方法在弹道优化设计的应用[J] . 现代防御技术, 1995, 23( 6) : 49-54.

[ 4] 税清才, 方振平. 非线性数学规划在飞行力学中的应用 [J] . 飞行力学, 1995, 13( 3) : 29-36.．

项目支撑：本论文来源于广东电网有限责任公司职工技术创新项目；项目名称：配网无人机扩展配件一体箱；项目编号：031969KK5222000