王燾榮　諶海云

【摘 要】輸電線路帶電作業(yè)專用的微型無人機(jī)在飛行中駕駛員難以對無人機(jī)進(jìn)行及時(shí)有效的避障操控，對此本文設(shè)計(jì)了針對性極強(qiáng)的自主飛行方案，此方案算法簡潔精煉，充分考慮了工程應(yīng)用中的價(jià)值需求，具有很高的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；自主飛行；工程應(yīng)用

0 引言

在高壓架空輸電線路的檢修作業(yè)中，傳統(tǒng)方法是檢修工人從桿塔底部攀爬到塔頂，再逐步移動(dòng)到線路檢修所在位置。這種方法繁瑣低效，于是誕生了專用于電力檢修的無人機(jī)跨線飛行策略。

此策略需要用無人機(jī)牽引一根無人機(jī)可負(fù)載的細(xì)導(dǎo)繩繞過輸電線路，通過這根細(xì)導(dǎo)繩逐漸將更粗的導(dǎo)繩牽引繞過輸電線路，重復(fù)此動(dòng)作直到最后一根導(dǎo)繩繞過輸電線路。最后這根導(dǎo)繩將把電力檢修人員和檢修設(shè)備拉到輸電線路上，使其可進(jìn)行電力檢修作業(yè)。此策略中，目前對于無人機(jī)的飛行采用的是遙控手動(dòng)控制，但無人機(jī)在抵近輸電線路的飛行以及在輸電線路之間的飛行中，存在肉眼難以遠(yuǎn)距離有效觀測、高空氣流環(huán)境復(fù)雜、無人機(jī)牽引導(dǎo)繩時(shí)慣性質(zhì)量過大且導(dǎo)繩過長等因素，無人機(jī)駕駛員難以及時(shí)操控?zé)o人機(jī)使其避開輸電線路。

據(jù)此，本文設(shè)計(jì)了一種專用于跨線導(dǎo)繩牽引無人機(jī)的自主飛行方案。

1 跨輸電線路的飛行方案

圖1為無人機(jī)靠近輸電線路時(shí)情況。

以三線輸電線路為例，三條輸電線路分別為J1，J2，J3。J1和J2確定一個(gè)下平面H，無人機(jī)到J1的連線與H面的夾角為？茲1，無人機(jī)到J2的連線與H面的夾角為？茲2，無人機(jī)到J3的連線與水平面的夾角為？茲3。J1到J2的距離l為已知，？茲1、？茲2和？茲3可由機(jī)載系統(tǒng)測得。根據(jù)已知信息作圖如下：

圖2 無人機(jī)靠近輸電線路時(shí)場景分析

圖2中，d1為無人機(jī)所在點(diǎn)A到J1的距離，d2為無人機(jī)到J2的距離。圖中大三角形為直角三角形，h為無人機(jī)到H面的垂直距離，l′為無人機(jī)到J1的水平距離，過J1點(diǎn)作AJ2的垂線h′。由此有：

自主飛行方案：①水平飛行使無人機(jī)在J1右下側(cè)A點(diǎn)處；②無人機(jī)從A點(diǎn)豎直上升到H平面上方使其到H平面的豎直距離為h的B點(diǎn)處；③無人機(jī)從B點(diǎn)水平飛行至C點(diǎn)，懸停并釋放導(dǎo)繩；④從C點(diǎn)水平飛行至右側(cè)D點(diǎn)處，然后接上遙控信號，返航。飛行軌跡如圖所示。

圖3 三線輸電線無人機(jī)繞J1跨線飛行方案

A點(diǎn)在J1右側(cè)下方，B點(diǎn)在J1右側(cè)上方，AB連線到J1的水平距離L′設(shè)定為無人機(jī)緊急壁障反應(yīng)距離的1～1.2倍之間。B、C所在水平面設(shè)定為從H平面到J3之間，無人機(jī)頂部到H平面垂直距離設(shè)定為機(jī)身高度的1.2～1.4倍之間。C點(diǎn)到J1的水平距離為l的1/3～2/3倍之間。D點(diǎn)到J1的水平距離需根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)速、天氣等因素設(shè)定，D點(diǎn)必須在B點(diǎn)右側(cè)，需保證無人機(jī)返航過程中不接觸到導(dǎo)繩。

2 飛行方案擴(kuò)展

上述方案在應(yīng)用到其他類型輸電線路的跨線飛行與釋放導(dǎo)繩的作業(yè)中時(shí)，只需要改變A、B、C、D的位置即可。

2.1 三線輸電線路跨J3飛行

在自主飛行方案中，改變B點(diǎn)的水平高度為J3所在平面上方，無人機(jī)頂部到J3所在平面垂直距離設(shè)定為機(jī)身高度的1.2～1.4倍之間。C點(diǎn)所在水平位置設(shè)置為J3左側(cè)l23的1/3～2/3倍處。飛行軌跡如圖所示。對于繞J2飛行，只需把J2處理成J1即可。

2.2 多線路輸電線路跨線飛行方案

對多線路的輸電線路，均可按照三線輸電線路中J1和J3線的飛行方案飛行，以下是部分飛行方案路徑圖。

其他線路環(huán)境如五線繞J4以及六線或更復(fù)雜的線路情況下，均可按照三線、四線、五線等線路的飛行方案進(jìn)行軌跡規(guī)劃，此處不再贅述。

3 總結(jié)

本方案為針對無人機(jī)跨線飛行的嵌入式輔控飛行方案，與無人機(jī)飛控系統(tǒng)結(jié)合使用。本方案算法簡潔精煉，運(yùn)算量小，具有十分高的可移植性，適合于工程實(shí)際應(yīng)用，在無人機(jī)的跨線飛行中可取得良好成績。

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