李翔

摘 要：該文闡述了微型多旋翼無(wú)人機(jī)在輸配電線路巡檢中的應(yīng)用，針對(duì)影響多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行的環(huán)境因素，以及影響多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行安全的成因進(jìn)行了分析，以此為基礎(chǔ)歸納了了多旋翼無(wú)人機(jī)在輸配電線路巡檢中的任務(wù)管理基本注意事項(xiàng)，并在此基礎(chǔ)上認(rèn)為多旋翼無(wú)人機(jī)在輸配電線路巡檢時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)可將輸配電線路巡檢任務(wù)分為七個(gè)階段，而只要完整執(zhí)行這七個(gè)階段，即可以保障輸配電線路巡檢任務(wù)順利完成，同時(shí)針對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行七個(gè)階段的應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：微型無(wú)人機(jī) 多旋翼無(wú)人機(jī) 輸配電線路 巡線 任務(wù)管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0028-02

目前輸電線路巡視正逐步轉(zhuǎn)向由“航空巡視為主，人工目測(cè)巡視為輔”[1]的方式，航空巡視具有快速性以及數(shù)據(jù)可以共享等優(yōu)點(diǎn)，而其中微型多旋翼無(wú)人機(jī)是巡視體系中重要的補(bǔ)充，近年來(lái)得到了大量的應(yīng)用，隨著技術(shù)的進(jìn)步近幾年來(lái)微型多旋翼無(wú)人機(jī)的完成任務(wù)能力有了很大的提高。該文試探討110 kV及以下電壓等級(jí)（尤以35 kV及以下中、低壓配電網(wǎng)為主）的輸配電線路中微型多旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用。

1 影響微型多旋翼無(wú)人機(jī)的主要環(huán)境因素分析

無(wú)人機(jī)電力巡線是電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行的一種技術(shù)改造項(xiàng)目，勢(shì)必要產(chǎn)生一定的安全管理問(wèn)題，而其中安全風(fēng)險(xiǎn)是非常重要的一項(xiàng)。就整體風(fēng)險(xiǎn)而言，項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)是項(xiàng)目主要風(fēng)險(xiǎn)因素，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)故障因素、飛行環(huán)境因素、機(jī)載設(shè)備性能是影響項(xiàng)目整體風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素。飛行環(huán)境因素包括（無(wú)線電環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境）[2-7]。飛行環(huán)境中無(wú)線電環(huán)境由于只能使用頻譜儀及無(wú)線電距離測(cè)試，因此進(jìn)行電磁環(huán)境測(cè)定難度最大。也是在任務(wù)管理中最難進(jìn)行管控的因素。

高壓輸電線路是三相交流電，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，并不斷向四周激發(fā)，離高壓線的距離越近，場(chǎng)強(qiáng)也就越大。電磁輻射強(qiáng)度與電流，電壓，塔高，塔型等有關(guān)。一般情況下，兩塔之間的線最靠近地面，此處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的減小而衰減。

架空輸電線路產(chǎn)生的無(wú)線電電磁干擾主要是導(dǎo)線表面和線路部件表面的電暈放電及絕緣子高電位部分放電和接觸不良產(chǎn)生的火花放電。電暈放電受氣候影響較大，在電暈及其它放電的同時(shí)，產(chǎn)生的效應(yīng)之一是無(wú)線電干擾。無(wú)線電干擾的實(shí)質(zhì)，是在電暈過(guò)程中出現(xiàn)一些有害的、頻率相當(dāng)寬的電磁波干擾無(wú)線電通信，對(duì)無(wú)線電設(shè)施產(chǎn)生干擾，危害環(huán)境[3]。

線路桿塔高度、相間距離和分裂導(dǎo)線的數(shù)目都會(huì)影響無(wú)線電干擾水平的大小[4-5]。在輸電線路50 m以內(nèi)，電場(chǎng)的影響較大， 是干擾通信的主要因素[5]。

2 微型多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的基本運(yùn)行任務(wù)

對(duì)線路環(huán)境的巡檢可基本歸納為兩大類(lèi)。

（1）線路環(huán)境類(lèi)：線路與設(shè)施周邊植被變化，地形地物變化等。

（2）線路設(shè)施類(lèi)：導(dǎo)線，桿塔，基礎(chǔ)，絕緣子，拉線，金具等。

微型多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)其典型的運(yùn)行方式是以線路中的某一桿塔處附近為起飛點(diǎn)，不超過(guò)起飛點(diǎn)500 m距離內(nèi)，距離起飛點(diǎn)高度120 m以下區(qū)域內(nèi)使用。這個(gè)距離是受目前法律法規(guī)的限制，而一旦未來(lái)能夠放開(kāi)這個(gè)距離，那么無(wú)人機(jī)的效率方面的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

3 系統(tǒng)運(yùn)行期間的典型組織方式

由于線路巡檢特殊的任務(wù)性質(zhì)和環(huán)境，巡檢作業(yè)必須精心組織。其保障任務(wù)的典型組織方式由以下幾個(gè)階段組成：任務(wù)規(guī)劃、飛行準(zhǔn)備、起飛、任務(wù)執(zhí)行、回收、回撤/轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)整理。

（1）任務(wù)規(guī)劃對(duì)任務(wù)的成功具有關(guān)鍵性的作用?？梢苑譃閮呻A段執(zhí)行。第一階段應(yīng)依據(jù)和巡線相關(guān)數(shù)據(jù)，確立任務(wù)目標(biāo)，是否允許飛行（不靠近機(jī)場(chǎng)等禁飛區(qū)區(qū)域）現(xiàn)場(chǎng)勘查，飛行路線，氣象情況、特殊情況處置等。第二階段則在飛行模擬器上對(duì)任務(wù)規(guī)劃階段所設(shè)定的動(dòng)作進(jìn)行模擬預(yù)演與操作，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則記錄后調(diào)整，返回到第一階段重新制定并審核。如無(wú)飛行模擬器，應(yīng)采用地圖推演法進(jìn)行基本路線推演。

（2）飛行準(zhǔn)備也分為兩步執(zhí)行。第一階段是內(nèi)場(chǎng)準(zhǔn)備，檢查飛行器在存儲(chǔ)時(shí)的狀態(tài)，對(duì)如：電池、動(dòng)力系統(tǒng)等各部件進(jìn)行檢測(cè)，確定上述各部件正常后將系統(tǒng)由儲(chǔ)存狀態(tài)調(diào)整為運(yùn)輸狀態(tài)。第二階段是外場(chǎng)準(zhǔn)備，當(dāng)飛行器轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)場(chǎng)地后，將飛行器由運(yùn)輸狀態(tài)轉(zhuǎn)為飛行狀態(tài)，簡(jiǎn)單平整起飛場(chǎng)地，檢查飛行器各部件完好度；機(jī)載導(dǎo)航部件校準(zhǔn)，返航點(diǎn)設(shè)置等情況，數(shù)據(jù)鏈路工作是否正常，有效載荷及各部件控制是否完好，地面控制設(shè)備完整性，任務(wù)規(guī)劃航線數(shù)據(jù)輸入，飛行準(zhǔn)備階段如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即啟動(dòng)備用方案。

（3）起飛指觀察手和操作手在確認(rèn)起飛區(qū)域內(nèi)情況后，兩人確認(rèn)可以起飛后，操作手可執(zhí)行起飛命令，飛機(jī)按指令動(dòng)作后，觀察飛行器各方面狀態(tài)，然后將飛行器依據(jù)事先已經(jīng)規(guī)劃好的航線飛往目標(biāo)區(qū)域；或轉(zhuǎn)入自動(dòng)程序，飛行器自行飛往目標(biāo)區(qū)域。無(wú)論采用何種方法引導(dǎo)飛行器飛往目標(biāo)區(qū)，觀察手和操作手都要始終留意各狀態(tài)量，并相互進(jìn)行安全提醒。

（4）任務(wù)執(zhí)行指進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域后確定剩余續(xù)航時(shí)間，高度等，此時(shí)操作手應(yīng)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路傳回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，并依據(jù)任務(wù)規(guī)劃確定的路線及傳感器動(dòng)作方式進(jìn)行?？拷繕?biāo)物期間應(yīng)穩(wěn)步操作。在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)如發(fā)現(xiàn)不利于飛行安全的物體應(yīng)按照規(guī)定預(yù)案規(guī)避，同時(shí)觀察手應(yīng)注意鳥(niǎo)群等低空活動(dòng)，飛行器相對(duì)位置等情況，如遇到突發(fā)事件應(yīng)冷靜處置。

（5）回收指完成任務(wù)后應(yīng)迅速返航，返航時(shí)應(yīng)注意規(guī)定航線的執(zhí)行情況，并同時(shí)留意航線周?chē)嘘P(guān)物體的變化，在進(jìn)入降落階段時(shí)，應(yīng)穩(wěn)步操作飛行器，并注意下降率情況，同時(shí)留意風(fēng)的變化，當(dāng)進(jìn)入最終著陸接地前應(yīng)穩(wěn)步收油門(mén)桿。如有可能應(yīng)盡量使用自動(dòng)著陸。

（6）轉(zhuǎn)移/回撤指檢查飛行器各部件，確認(rèn)基本完好后，將其轉(zhuǎn)入運(yùn)輸狀態(tài)并裝入防護(hù)箱內(nèi)，完畢后將其轉(zhuǎn)移至運(yùn)輸載具上前進(jìn)至下一地域或完成任務(wù)后回撤。

（7）數(shù)據(jù)整理指可以利用數(shù)據(jù)鏈路實(shí)時(shí)下載采集到的數(shù)據(jù)，或者待飛機(jī)降落回收后將機(jī)載記錄數(shù)據(jù)拷貝至計(jì)算機(jī)，利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳所獲數(shù)據(jù)。

4 微型多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)輸配電線路巡檢運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)探討

由于110 kV及以下的線路，線路之間并行、穿越、跨越等情況較多，對(duì)于微型多旋翼無(wú)人機(jī)運(yùn)行任務(wù)規(guī)劃時(shí)應(yīng)在現(xiàn)有電力工作安全規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在實(shí)踐中對(duì)于飛行器飛行中應(yīng)有以下應(yīng)注意的地方。

（1）對(duì)線路設(shè)施進(jìn)行巡檢飛行前應(yīng)了解線路設(shè)施的運(yùn)行情況，尤其是負(fù)荷高低、電流大小，桿塔類(lèi)型，導(dǎo)線情況，前次巡視記錄等。應(yīng)建立任務(wù)規(guī)劃單，及安全檢查單。任務(wù)規(guī)劃單，及安全檢查單都應(yīng)實(shí)現(xiàn)電子化，方便調(diào)取查閱及保存。

（2）不同類(lèi)型的無(wú)人機(jī)和不同的巡線設(shè)備，其工作的安全距離的設(shè)置是不同的，需要在實(shí)踐中確定[6-8]。這個(gè)安全距離應(yīng)是動(dòng)力螺旋槳邊緣與線路設(shè)施各處的安全距離，而不是傳感器與被拍攝物的距離。

（3）在任務(wù)規(guī)劃階段就應(yīng)仔細(xì)權(quán)衡飛行路線上電磁干擾所帶來(lái)的影響，同時(shí)飛行器運(yùn)行位置應(yīng)考慮傳感器特性及巡檢要求。如：遇到線路自高壓線路下方穿越及跨越，遇到這類(lèi)情況，應(yīng)優(yōu)先選擇返回起飛點(diǎn)并回收，轉(zhuǎn)移地點(diǎn)至線路對(duì)側(cè)后重新發(fā)射飛行或選擇在交叉點(diǎn)位置遠(yuǎn)距離懸停并凝視。

（4）對(duì)不同的塔形及導(dǎo)線布置方式，應(yīng)制定優(yōu)化路線，完善的巡視路線方案有利于高效的完成巡視任務(wù)。如：雙回耐張塔應(yīng)采用由上層開(kāi)始，逐步下降高度。

（5）任務(wù)規(guī)劃及執(zhí)行階段應(yīng)考慮傳感器的性能，如使用光學(xué)傳感器在平行線路飛行時(shí)，背景有可能的閃耀模糊。還要防止飛行器運(yùn)動(dòng)時(shí)帶來(lái)的模糊導(dǎo)致任務(wù)失敗。尤其是光學(xué)傳感器每秒幀數(shù)。而采用延時(shí)攝影法時(shí)應(yīng)保證有較好的重疊率。紅外傳感器應(yīng)考慮目標(biāo)溫度在大氣環(huán)境中的水汽吸收以及所處陣位背景溫度帶來(lái)的影響。

（6）對(duì)于飛行器與線路設(shè)施安全距離的把握，人的作用目前仍然是無(wú)法替代的。目前常有飛行器上加裝多種傳感器，或輔助距離判定裝置等方式，而無(wú)論采用何種方式，都應(yīng)考慮由于隔離操作，傳感器盲區(qū)等問(wèn)題，人在飛行平臺(tái)起飛后的操作更多的是輔助-決策。應(yīng)制定完善的應(yīng)急預(yù)案，并重視“操作-輔助”模式的訓(xùn)練。

（7）無(wú)線電失去控制，尤其是飛行器失去無(wú)線電信號(hào)后動(dòng)作處置，考慮到110 kV及以下線路的特點(diǎn)及所處環(huán)境。在選擇動(dòng)作方案時(shí)不應(yīng)考慮自動(dòng)返航，應(yīng)選擇懸停方式。

（8）有效載荷其重量大小等決定了飛行器的續(xù)航能力，而有效載荷的類(lèi)型決定了所能完成的任務(wù)。多旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的懸停高度與任務(wù)載荷最大重量成反比，因此需要在任務(wù)規(guī)劃階段考慮所搭載的有效載荷對(duì)任務(wù)的影響[9-10]。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏文力.航拍輸電線路圖像處理及故障定位方法[D].保定：華北電力大學(xué)，2014.

[2] 王騫.無(wú)人機(jī)電力巡線項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[3] 王群，李永卿，陳靜，等.110kV高壓輸電線路電磁場(chǎng)分析及評(píng)價(jià)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，31（3）：308-312.

[4] 楊勇.高壓輸電線路周?chē)姶怒h(huán)境的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2011.

[5] 原斌.110kV高壓輸電線路與城市環(huán)境之間的相互影響[J].山西電力，2008（4）：54-55.

[6] 李力.無(wú)人機(jī)輸電線路巡線技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2012.

[7] 熊典.輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢路徑規(guī)劃研究及應(yīng)用[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2014.

[8] Richard K Barnhart， Stephen B Hottman，Douglas M Marshall， et al.Introduction to Unmanned Aircraft Systems[M].UK：Taylor & Francis Group，2011.

[9] RegAustin.Unmanned Aircraft Systems：UAVSDesign，Development and Deployment[M].USA：John Wiley&Sons Ltd，2010：201-204.