張維佳 黃小衛(wèi) 吳 聰 蔡 馳 陳奕鈧

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局?？诜志?，海南?？?70100）

0 引言

無人機(jī)在電力行業(yè)的應(yīng)用，已經(jīng)有幾年的歷史，雖然近幾年來無人機(jī)的發(fā)展非常迅速，性能也在不斷提升，但其仍然存在一定的技術(shù)短板。目前市面上大部分的無人機(jī)都是消費(fèi)級(jí)的，一般搭載的是不可變焦或者低倍變焦的可見光攝像機(jī)。在電力行業(yè)進(jìn)行設(shè)備無人機(jī)巡檢時(shí)，如果要獲得高清的細(xì)節(jié)圖片，就需要非?？拷O(shè)備，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求較高，而且也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

本文對(duì)成品無人機(jī)云臺(tái)進(jìn)行了改造，目標(biāo)是既保留成品無人機(jī)的便攜性和穩(wěn)定性，同時(shí)又增加云臺(tái)定制化功能，擴(kuò)大成品無人機(jī)的應(yīng)用范圍。

1 硬件選擇

1.1 成品無人機(jī)

經(jīng)過近些年的發(fā)展，各生產(chǎn)企業(yè)單位在應(yīng)用無人機(jī)的選型上有了質(zhì)的變化。從一開始的專用飛機(jī)專用定制，到目前的成品飛機(jī)直接應(yīng)用，無人機(jī)的需求漸漸明確，尤其是成品無人機(jī)具備的便攜性和穩(wěn)定性以及其出色的性價(jià)比，讓更多企業(yè)選擇應(yīng)用成品無人機(jī)。目前國內(nèi)市場以大疆精靈系列（圖1）和悟系列應(yīng)用最為廣泛，但上述兩款機(jī)型云臺(tái)搭載的基本都是不可變焦的可見光載荷，在特定作業(yè)中無法滿足作業(yè)人員需求。本文的研究便基于大疆系列無人機(jī)進(jìn)行改造。

圖1 大疆精靈系列無人機(jī)

1.2 云臺(tái)及載荷

為能夠成功搭載上述無人機(jī)，結(jié)合本局生產(chǎn)實(shí)際需要，選擇高倍變焦儀設(shè)備對(duì)變電設(shè)備實(shí)現(xiàn)巡檢，可見光高倍變焦系統(tǒng)能夠?qū)π柩矙z的特定部位進(jìn)行可控式細(xì)節(jié)放大拍攝，操作極其簡單方便，可在空中任意角度、方位遠(yuǎn)距離地對(duì)變電設(shè)備細(xì)節(jié)部件進(jìn)行高清拍攝記錄，并將空中影像、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至地面終端。

根據(jù)生產(chǎn)需要，特別選擇微型三軸機(jī)械+電子穩(wěn)定系統(tǒng)和無線影像傳輸系統(tǒng)掛載應(yīng)用，要求如下：

（1）云臺(tái)的支架固定接口選用可調(diào)節(jié)式，方便在不同成品機(jī)型中應(yīng)用；

（2）攝像頭接口接圖傳發(fā)射器；

（3）一體化設(shè)計(jì)，內(nèi)置10倍變焦高清攝像頭。

1.3 圖傳

圖傳作用是將無人機(jī)在空中拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳輸至飛手手中的顯示設(shè)備上，使得飛手在遠(yuǎn)距離飛行時(shí)能判斷無人機(jī)狀態(tài)并獲得相機(jī)的拍攝畫面，方便取景，現(xiàn)有的圖傳主要有模擬和數(shù)字兩種，其組成主要包括發(fā)射端、接收端和顯示端三部分。

1.3.1 模擬圖傳

早期的圖傳設(shè)備都采用的是模擬制式，它的特點(diǎn)是只要圖傳發(fā)射端和接收端工作在一個(gè)頻段上，就可以收到畫面。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉；可以同時(shí)接收多個(gè)視頻信號(hào)，模擬圖傳的發(fā)射端相當(dāng)于廣播，只要接收端的頻率和發(fā)射端一致，就可以接收到視頻信號(hào)，方便多人觀看。缺點(diǎn)是發(fā)射、接收和天線的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊；容易受到同頻信號(hào)干擾；接線、安裝、調(diào)試較為復(fù)雜，需要一定經(jīng)驗(yàn)；視頻帶寬小，畫質(zhì)較差，通常分辨率在640×480，影響拍攝時(shí)的感觀。

1.3.2 數(shù)字圖傳

現(xiàn)在廠商所開發(fā)的無人機(jī)套機(jī)通常都搭載了專用的數(shù)字圖傳，它是通過2.4 GHz或5.8 GHz的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行視頻傳輸。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，通常只需在遙控器上安裝手機(jī)、平板電腦作為顯示器即可；中高端產(chǎn)品的圖像傳輸質(zhì)量較高，分辨率可達(dá)720P甚至1 080P。缺點(diǎn)是中高端產(chǎn)品價(jià)格昂貴；限于廠商實(shí)力和研發(fā)成本，不同的數(shù)字圖傳對(duì)手機(jī)、平板作為顯示器的兼容性還不夠穩(wěn)定。

本研究是基于成品無人機(jī)進(jìn)行改造的，考慮資金成本和技術(shù)難度，本研究將使用模擬圖傳。

2 系統(tǒng)搭建

本研究擬將一套定制化微型可變焦云臺(tái)搭載至成品無人機(jī)中，其相對(duì)傳統(tǒng)的人力近距離巡檢方式，能有效降低工作風(fēng)險(xiǎn)，人員在地面遠(yuǎn)距離范圍作業(yè)更加安全，同時(shí)也能大大減少巡檢成本與時(shí)間，在山區(qū)及其他難以到達(dá)的位置，無人機(jī)可以代替成本昂貴、笨重的吊車或其他大型輔助設(shè)備進(jìn)行巡檢。

在實(shí)際運(yùn)用中，無人機(jī)飛行操作與微型可見光高倍變焦儀巡檢系統(tǒng)將獨(dú)立運(yùn)行設(shè)計(jì)，由兩名工作人員分別操作無人機(jī)的飛行與微型可見光高倍變焦，使得整個(gè)巡檢操控流程更簡單便捷，無人機(jī)操作員只需按相應(yīng)要求，將無人機(jī)起飛至需要的高度方位后，無人機(jī)即可在此高度方位自動(dòng)懸停飛行，此時(shí)由另外一名操作員對(duì)微型可見光高倍變焦巡檢系統(tǒng)進(jìn)行操作，對(duì)需要巡檢的設(shè)備部件自由攝取影像。

2.1 設(shè)備清單

（1）大疆精靈4無人機(jī)系統(tǒng)一套；（2）微型三軸云臺(tái)一套；（3）10倍光學(xué)變焦集成載荷一套；（4）5.8 GHz遙控器一臺(tái)；（5）模擬信號(hào)顯示器一臺(tái)。

2.2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

因?yàn)槟壳盁o人機(jī)市場上暫時(shí)沒有專用的改造方案，本研究是通過各種設(shè)備的理論及參數(shù)研究，進(jìn)行了一系列的整合、試驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)成品無人機(jī)的云臺(tái)改造。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 結(jié)語

由于精靈系列無人機(jī)所搭載云臺(tái)的可見光載荷不具備變焦功能，為能拍清楚設(shè)備照片，操控人員不得不將無人機(jī)盡量飛近設(shè)備，從而導(dǎo)致了多次無人機(jī)因碰撞和強(qiáng)電磁環(huán)境干擾而墜機(jī)的事故，每次造成1 000～3 000元的損失。本項(xiàng)目為突破大疆系列無人機(jī)的系統(tǒng)封鎖和云臺(tái)無變焦的限制，擬研究一套可兼容精靈無人機(jī)的可變焦式云臺(tái)，使無人機(jī)不必飛近設(shè)備即可拍攝清晰照片，既能保證運(yùn)行設(shè)備安全，同時(shí)還能極大地降低墜機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約維修成本。

本文詳細(xì)列出了成品無人機(jī)云臺(tái)改造的搭建方案，并且現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)也非常成功。本系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提高無人機(jī)作業(yè)的高效性、準(zhǔn)確性、便捷性、實(shí)用性。