周辰峰

摘要：無(wú)人飛機(jī)作為現(xiàn)在高壓輸電線路巡線關(guān)鍵技術(shù)方式，其飛機(jī)穩(wěn)定性、飛機(jī)操控性、飛機(jī)位置定位系統(tǒng)及飛機(jī)攝像性能都作為關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行研究。無(wú)人飛機(jī)能克服各種自然地理?xiàng)l件，對(duì)鐵塔、輸電線路、金具等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，將無(wú)人飛機(jī)替代人工應(yīng)用于高壓輸電線路巡線工作，大大提高了巡線效果，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)人工對(duì)輸電線路巡線所不能發(fā)現(xiàn)的故障。無(wú)人飛機(jī)巡線作為電力系統(tǒng)發(fā)展的新技術(shù)，適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展，對(duì)于長(zhǎng)距離、大跨度輸電線路能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)故障，使得運(yùn)行人員能及時(shí)處理故障，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。無(wú)人飛機(jī)應(yīng)用前景作為一項(xiàng)新興技術(shù)，將是電網(wǎng)發(fā)展研究的重點(diǎn)課題。

關(guān)鍵詞：無(wú)人飛機(jī)；高壓輸電線路；飛行巡線

0 引言

高壓輸電線路涉及多種不同地形，發(fā)布地點(diǎn)眾多，通過(guò)山川河流、森林沼澤、巖石湖泊、公路橋梁、江河湖海等復(fù)雜的地理自然環(huán)境，高壓線路及鐵塔、桿塔受自然環(huán)境影響，受機(jī)械應(yīng)力影響，外力破壞產(chǎn)生斷線、倒塌、腐蝕、老化等破壞，線路懸掛絕緣子還受到雷擊破壞造成的樹(shù)枝觸碰所造成的輸電電路短路接地、閃絡(luò)放電等樹(shù)害影響，人為偷竊電力桿塔、偷竊電力線路、絕緣金具現(xiàn)象，對(duì)破壞電力設(shè)施的人員必須及時(shí)處理。傳統(tǒng)人工巡線存在效率低、巡線效果差、危險(xiǎn)系數(shù)高等風(fēng)險(xiǎn)，特別是在艱苦自然條件環(huán)境下巡線時(shí)，如對(duì)山區(qū)縱深內(nèi)部巡線及跨越江河湖海的線路巡視時(shí)，都存在極大的危險(xiǎn)性。在發(fā)生雨雪冰凍災(zāi)害、洪澇災(zāi)害、地震火山泥石流海嘯災(zāi)害時(shí)，如果進(jìn)行人工巡線，所耗費(fèi)人力成本大、浪費(fèi)時(shí)間，可能導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)故障線路區(qū)域時(shí)間晚，延誤搶修送電時(shí)間，同時(shí)一些必須做的巡視項(xiàng)目是人工巡線所不能完成的。

1 無(wú)人飛機(jī)技術(shù)介紹

電力電子技術(shù)、航空監(jiān)測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、地理信息實(shí)時(shí)技術(shù)、紅外圖像識(shí)別技術(shù)集中應(yīng)用在無(wú)人飛機(jī)上，從而集多種高科技手段所開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。其包括飛行航空、航空拍照、遠(yuǎn)距離巡線、地理信息、衛(wèi)星導(dǎo)航等多個(gè)高尖技術(shù)領(lǐng)域。無(wú)人飛機(jī)可以不受地理自然條件限制，任何時(shí)間段都可以開(kāi)展高空遠(yuǎn)距離攝像，應(yīng)用于包括地圖測(cè)繪、航拍、運(yùn)動(dòng)、軍事、偵察、抗災(zāi)等各個(gè)領(lǐng)域。由于無(wú)人飛機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，可以進(jìn)行地理位置實(shí)時(shí)定位、測(cè)量遙感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送、GPS衛(wèi)星定位控制，操作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行穩(wěn)定。

（1）控制距離。在視線所能看到范圍內(nèi)，一般距離為5～7km；定速自動(dòng)巡航、GPS巡航、如果對(duì)速度有特殊要求可以達(dá)到40km。

（2）飛行距離限制和條件限制。飛行可以到達(dá)視線范圍內(nèi)為7～9km，在小雨、小雪、低于風(fēng)速3級(jí)之內(nèi)均可以起飛。

如圖1所示，是無(wú)人飛機(jī)巡線系統(tǒng)模式圖。

2 無(wú)人飛機(jī)實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)用于高壓輸電線路巡線的無(wú)人飛機(jī)，其實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾項(xiàng)：

（1）飛行遠(yuǎn)程控制技術(shù)。由于高壓輸電線路距離長(zhǎng)、線路檔距大、弧垂大，且經(jīng)?？缭搅帜緟^(qū)、河流，桿塔距離附近沿線公路較遠(yuǎn)，所以要求遠(yuǎn)程飛行遙控距離盡可能遠(yuǎn)，無(wú)人飛機(jī)和地面控制終端進(jìn)行圖像聲音傳送，地面操控人員在地面終端負(fù)責(zé)接收相關(guān)圖像視頻，地面終端具備GPS線路主動(dòng)控制、地圖控制、輸電線路桿塔遠(yuǎn)距離紅外識(shí)別技術(shù)，從而將輸電線路巡線時(shí)間大大降低。

（2）無(wú)人飛機(jī)穩(wěn)定技術(shù)。無(wú)人飛機(jī)在巡線飛行過(guò)程中要求穩(wěn)定飛行，機(jī)身不抖動(dòng)，無(wú)人飛機(jī)所攜帶的攝像頭要求穩(wěn)定拍攝，傳回地面控制終端的畫(huà)面要清晰穩(wěn)定，沒(méi)有抖動(dòng)。為達(dá)到這一要求，可以安裝抗震動(dòng)能力好的機(jī)身可見(jiàn)、紅外熱像攝像設(shè)備，攝像機(jī)能根據(jù)紅外影響以及分辨率自動(dòng)控制攝像功能，可以拍攝高分辨率、高清視頻照片、完成傳送地面基站。

3 無(wú)人飛機(jī)應(yīng)用效果

將攝像機(jī)安裝在無(wú)人飛機(jī)機(jī)身下部，利用攝像機(jī)拍攝，地面運(yùn)行人員在可以操控的范圍操控?zé)o人飛機(jī)，這是早期無(wú)人飛機(jī)的應(yīng)用情況，在無(wú)人飛機(jī)飛回后將攝像機(jī)內(nèi)的圖像導(dǎo)出。如圖2所示，是無(wú)人飛機(jī)應(yīng)用于輸電線路效果圖。無(wú)人飛機(jī)在飛行當(dāng)中存在不穩(wěn)定因素，同時(shí)攝像機(jī)快速對(duì)焦、抗抖動(dòng)功能不健全。

對(duì)于明顯故障現(xiàn)象，如輸電桿塔倒塌腐蝕、輸電線路斷線、絕緣子掉落等，但對(duì)于一些剛開(kāi)始不太明顯的線路閃絡(luò)放電、雷擊閃絡(luò)、污穢閃絡(luò)、輸電線路發(fā)熱、絕緣子開(kāi)列、金屬夾具變形等問(wèn)題還不能準(zhǔn)確識(shí)別，需要提高攝像機(jī)自動(dòng)識(shí)別能力。另外一種是利用無(wú)人飛機(jī)遙測(cè)遠(yuǎn)程控制回傳技術(shù)，將紅外熱像儀的信號(hào)傳送地面終端進(jìn)行組圖分析，還原故障畫(huà)面。無(wú)人飛機(jī)巡線由兩人進(jìn)行，一人專職操縱飛機(jī)，一人監(jiān)視地面屏幕。在有隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)懸停拍攝監(jiān)視，在進(jìn)行監(jiān)視可疑線路部位的同時(shí)，進(jìn)行高清影像拍攝。如果進(jìn)行光感拍攝，要在晴朗、光照度強(qiáng)的天氣進(jìn)行；如果進(jìn)行紅外成像拍攝，要在日照不明顯的天氣，才可以發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)。操控?zé)o人飛機(jī)沿著輸電線路正上方飛行，為避免攝像機(jī)逆光拍攝，無(wú)人飛機(jī)不能在逆光側(cè)飛行，飛機(jī)軌跡要預(yù)先制定好，不能在飛行過(guò)程中抖動(dòng)。出現(xiàn)軌跡不確定因素，操控過(guò)程中盡量使飛機(jī)飛行平穩(wěn)，若需變動(dòng)時(shí)，靠改變飛機(jī)飛行軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)。在升級(jí)的無(wú)人飛機(jī)上，為了自動(dòng)瞄準(zhǔn)成像，在飛行器上配備陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)一次成像，然后進(jìn)行精確成像分析。

現(xiàn)在用于輸電電路巡線的無(wú)人飛機(jī)，已經(jīng)具備了電子地圖GPS導(dǎo)航、輸電桿塔自適應(yīng)識(shí)別、紅外探測(cè)等技術(shù)，無(wú)人飛機(jī)可以自動(dòng)巡線，設(shè)定路徑。自動(dòng)跟蹤線路控制，使無(wú)人飛機(jī)可以盡量縮短與輸電線路的距離。無(wú)人飛機(jī)飛行穩(wěn)定，并且可以配備專用攝像裝備，具有高強(qiáng)度抗抖動(dòng)、抗電子干擾的功能。

（1）無(wú)人飛機(jī)與有人飛機(jī)和飛艇遙感相比，大大節(jié)約成本，不用雇用飛機(jī)駕駛員或者飛艇駕駛員，更重要的是，不用對(duì)天氣環(huán)境有很高要求，在小雨、小雪等天氣下均可以順利起飛，這對(duì)于緊急情況下的輸電線路巡線，有很好的應(yīng)急能力。

（2）無(wú)人飛機(jī)不受氣象、地理?xiàng)l件的影響。無(wú)人飛機(jī)適用于相對(duì)惡劣的天氣環(huán)境，在雨雪冰凍、臺(tái)風(fēng)、暴雨的飛行環(huán)境中，也能完成巡線任務(wù)，特別勝任高危巡線任務(wù)；沒(méi)有人員傷亡的危險(xiǎn)，其高機(jī)動(dòng)性、環(huán)境適應(yīng)性以及高效率巡線效果，不受高山河流、大峽谷的影響，輸電線路跨度大。

（3）無(wú)人飛機(jī)巡線速度快。無(wú)人飛機(jī)回傳視頻資料速度快，在短時(shí)間內(nèi)可以對(duì)長(zhǎng)距離輸電線路進(jìn)行快速巡線，大大提高巡線質(zhì)量，節(jié)約巡線時(shí)間，還可以跨區(qū)域巡線。

（4）無(wú)人飛機(jī)操控簡(jiǎn)單靈活。小型無(wú)人飛機(jī)單人攜帶，大型無(wú)人飛機(jī)只要一輛面包車就可以運(yùn)輸，起飛跑道不用特別長(zhǎng)，對(duì)場(chǎng)地要求不高。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)人工巡線方式耗費(fèi)人力物力，效率低下，巡線速度低，針對(duì)江河湖海、山川河流的巡線難度大，有一些巡檢項(xiàng)目靠常規(guī)方法難以完成。通過(guò)無(wú)人飛機(jī)巡線，可以大幅降低勞動(dòng)成本，提升巡線效果。相比于有人飛機(jī)、直升機(jī)，無(wú)人飛機(jī)機(jī)身輕巧，成本低廉，受雨雪、大霧、雷電等天氣影響限制小，這些優(yōu)點(diǎn)使得無(wú)人飛機(jī)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于高壓架空輸電線路巡線工作中。對(duì)于提高線路運(yùn)維水平，提高線路巡線質(zhì)量，無(wú)人飛機(jī)都是不二之選。將無(wú)人飛機(jī)應(yīng)用于輸電線路巡線工作，是一種管理上的創(chuàng)新，隨著無(wú)人飛機(jī)技術(shù)的日益成熟，可以巡線的項(xiàng)目也在不斷豐富，無(wú)人飛機(jī)巡線的前景將越來(lái)越被看好。