陳鵬文

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遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)及在輕微型無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用＊

陳鵬文

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

隨著城市化進(jìn)程的加快和信息設(shè)備應(yīng)用的擴(kuò)展，人民生產(chǎn)生活當(dāng)中對(duì)電力資源的需求顯著上升，電力設(shè)備和線路的敷設(shè)范圍也隨之?dāng)U大，伴隨而來(lái)的是電力巡檢工作量的激增。在這種背景下，輕微型無(wú)人機(jī)開(kāi)展電力巡檢工作成為解決問(wèn)題的有效方式，但是無(wú)人機(jī)巡檢中發(fā)生的誤入等風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于無(wú)人機(jī)的有效應(yīng)用造成了限制。簡(jiǎn)要闡述了無(wú)人機(jī)技術(shù)，分析了遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)，并對(duì)遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置在輕微型無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過(guò)分析，對(duì)遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)提供一定的參考與指導(dǎo)，為輕微型無(wú)人機(jī)在電力巡檢工作中的廣泛應(yīng)用，提供更加科學(xué)的保障，促進(jìn)我國(guó)電力巡檢和供電行業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；飛行軌跡；輕微型無(wú)人機(jī)；電力巡檢

電力設(shè)備和輸電線路范圍的擴(kuò)大，使得輸電線路巡檢工作面臨著前所未有的壓力，傳統(tǒng)的人力巡檢方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足電力事業(yè)的發(fā)展。在這種背景下，無(wú)人機(jī)成為電力巡檢工作的首要選擇，目前在電力行業(yè)中的應(yīng)用范圍也較為廣泛。但是由于對(duì)無(wú)人機(jī)巡查區(qū)域不能及時(shí)定位和調(diào)整，導(dǎo)致巡檢中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)事件，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化系統(tǒng)的研發(fā)勢(shì)在必行。

1 無(wú)人機(jī)技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）即為無(wú)人駕駛飛機(jī)，其主要是指通過(guò)對(duì)無(wú)線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置的利用，以此來(lái)操控不載人的飛機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定駕駛的一項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)。相較于有人駕駛飛機(jī)，無(wú)人機(jī)更適用于過(guò)于危險(xiǎn)或骯臟的任務(wù)工作。目前，根據(jù)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不同，其主要可以分為軍用無(wú)人機(jī)和民用無(wú)人機(jī)兩種[1]。其中，軍用無(wú)人機(jī)主要包括偵察機(jī)和靶機(jī)，而民用無(wú)人機(jī)多被應(yīng)用于行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，目前被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、航拍、災(zāi)難救援、新聞報(bào)道、野生動(dòng)物的觀察中，且發(fā)揮出了較好的應(yīng)用效果，并為提高人們的生活水平產(chǎn)生了積極的影響。

2 遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)

2.1 開(kāi)發(fā)背景

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)獲得較為顯著的發(fā)展，進(jìn)入技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的新時(shí)期，并且各個(gè)行業(yè)對(duì)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍也顯著增加，尤其是在電力行業(yè)當(dāng)中，無(wú)人機(jī)在電力巡檢等工作中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著電力巡檢中對(duì)無(wú)人機(jī)的廣泛應(yīng)用，也逐漸出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，無(wú)人機(jī)常常會(huì)誤入人員密集區(qū)域以及禁飛區(qū)，對(duì)人民群眾的生活產(chǎn)生一定的干擾，同時(shí)，無(wú)人機(jī)在使用中出現(xiàn)故障后，由于定位系統(tǒng)和裝置的不足，墜落和丟失后很難尋回[2]。除此之外，無(wú)人機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的精細(xì)巡檢，并且對(duì)通道巡檢過(guò)程的管控，也不具備穩(wěn)定有效的技術(shù)支撐。隨著電力事業(yè)的發(fā)展和電力公司管理運(yùn)營(yíng)理念的完善，無(wú)人機(jī)巡檢將逐漸成為輸電線路運(yùn)維的重要方式，南方電網(wǎng)公司就提出了“機(jī)巡為主，人巡為輔”的線路運(yùn)維模式，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍將會(huì)逐漸擴(kuò)大。因此，解決當(dāng)下無(wú)人機(jī)巡檢當(dāng)中存在的軌跡和定位問(wèn)題是十分必要和迫切的。通過(guò)遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的研發(fā)和應(yīng)用，能夠在很大程度上解決以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)分巡視作業(yè)實(shí)施集中的遠(yuǎn)程監(jiān)控，來(lái)避免誤入禁飛區(qū)等問(wèn)題。

2.2 開(kāi)發(fā)構(gòu)成

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)已經(jīng)迫在眉睫，而本研究所開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置正是基于輕微型無(wú)人機(jī)所開(kāi)發(fā)的一款新型技術(shù)，系統(tǒng)的主要構(gòu)成為：無(wú)人機(jī)、設(shè)置于無(wú)人機(jī)上的定位裝置、圖像采集裝置、通訊裝置、調(diào)度控制設(shè)備、控制芯片。其中，定位裝置可以用于獲取無(wú)人機(jī)的位置信息，并可以通過(guò)信息位置保存以及傳送的方式將其傳輸至通訊裝置；圖像采集裝置可以獲取無(wú)人機(jī)在使用過(guò)程中所處環(huán)境的圖像信息，并將其傳輸至通訊裝置；通訊裝置則可以將所接到的位置信息和圖像信息整合后，統(tǒng)一發(fā)送至調(diào)度控制設(shè)備；調(diào)度控制設(shè)備負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)設(shè)電力桿塔的位置數(shù)據(jù)、圖像信息等，向通訊裝置發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)。通訊裝置可以將信號(hào)進(jìn)行傳送，使信號(hào)傳輸值控制芯片，利用控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行方向的控制，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)構(gòu)成如圖1所示。

同時(shí)，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置當(dāng)中共包括三個(gè)基本模塊，分別為數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)后臺(tái)處理模塊。其中，數(shù)據(jù)收集模塊主要是以自控芯片為核心的GPS信息采集終端，根據(jù)無(wú)人機(jī)飛行的位置實(shí)時(shí)采集坐標(biāo)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊無(wú)線發(fā)送到后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，而后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)該無(wú)人機(jī)的ID標(biāo)識(shí)把無(wú)人機(jī)軌跡信息呈現(xiàn)在無(wú)人機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上，通過(guò)在無(wú)人機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上的無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程軌跡監(jiān)控，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行方向的有效控制。

3 遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置在輕微型無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用

在研究遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置在輕微型無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用時(shí)，本研究針對(duì)每一部無(wú)人機(jī)進(jìn)行ID注冊(cè)，以此來(lái)確保在巡視作業(yè)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的利用實(shí)時(shí)反饋無(wú)人機(jī)的當(dāng)前位置[3]。在無(wú)人機(jī)實(shí)際作業(yè)的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可以利用遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置實(shí)時(shí)將無(wú)人機(jī)所在的位置發(fā)送到無(wú)人機(jī)監(jiān)控臺(tái)，方便輸電線路管理人員實(shí)時(shí)掌握無(wú)人機(jī)飛手有無(wú)根據(jù)飛行計(jì)劃進(jìn)行巡視作業(yè)，而當(dāng)無(wú)人機(jī)飛進(jìn)人員密集區(qū)或者軍事禁飛區(qū)時(shí)，管理人員可快速發(fā)出告警信息，以免出現(xiàn)觸犯國(guó)家法律法規(guī)相關(guān)條款的問(wèn)題。除此之外，當(dāng)無(wú)人機(jī)特別是在山區(qū)環(huán)境下因故障而墜機(jī)時(shí)，也可通過(guò)定位功能快速找到無(wú)人機(jī)送回返修，在輕微型無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用發(fā)揮出了較好的應(yīng)用效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置可以作為一種無(wú)人機(jī)電力線路巡視動(dòng)態(tài)位置記錄系統(tǒng)使用，形成包含無(wú)人機(jī)、調(diào)度控制設(shè)備、定位裝置、圖像采集裝置、通訊裝置以及控制芯片的電力巡視系統(tǒng)，其中還可以加入與圖像采集裝置相連接的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，這種轉(zhuǎn)動(dòng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖像采集裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。

在實(shí)際應(yīng)用中，還可以加入和定位裝置有線及無(wú)線連接的儲(chǔ)存設(shè)備，利用儲(chǔ)存設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)位置信息的記錄和儲(chǔ)存。另外，在遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置為基礎(chǔ)的電力巡視系統(tǒng)中，還可以加入與調(diào)度控制設(shè)備連接的警報(bào)裝置，在對(duì)圖像信息進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)度控制設(shè)備啟動(dòng)警報(bào)裝置，完成系統(tǒng)報(bào)警，提醒相關(guān)人員問(wèn)題與故障的發(fā)生。

在遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置為基礎(chǔ)的電力巡視系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，還可以將移動(dòng)端納入進(jìn)來(lái)，利用無(wú)線通信連接電力巡視系統(tǒng)與移動(dòng)端。在此基礎(chǔ)上，移動(dòng)端能夠通過(guò)無(wú)線通信接收巡視系統(tǒng)中通訊裝置傳送的位置與圖像信息，而相對(duì)應(yīng)的移動(dòng)端能夠通過(guò)無(wú)線通信，將電力桿塔位置數(shù)據(jù)信息，傳送到系統(tǒng)中的調(diào)度控制設(shè)備。這種新型電力監(jiān)控與上述的電力巡視系統(tǒng)具有相同的技術(shù)特征，并且能夠達(dá)到同樣的技術(shù)效果。

4 結(jié)論

綜上所述，遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置，是解決當(dāng)下無(wú)人機(jī)應(yīng)用中誤入不合理區(qū)域、故障后難以追回等問(wèn)題的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)輸電線路精細(xì)巡檢和通道巡檢過(guò)程管控的重要條件，在電力事業(yè)不斷發(fā)展的背景下，研究和應(yīng)用遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置是十分必要的。遠(yuǎn)程飛行軌跡可視化裝置的開(kāi)發(fā)，主要包含無(wú)人機(jī)、調(diào)度控制設(shè)備、無(wú)人機(jī)定位裝置、圖像采集裝置、通訊裝置與控制芯片幾個(gè)部分，利用ID注冊(cè)和可視化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)無(wú)人機(jī)飛行方向的控制，進(jìn)而有效解決當(dāng)下無(wú)人機(jī)巡檢中存在的問(wèn)題。

［1］許江陰，趙宏強(qiáng)，鄧宇，等.四旋翼無(wú)人機(jī)可視化軌跡跟蹤仿真系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2017，29（3）：130-133.

［2］黃建峰，姜云土，時(shí)滿(mǎn)宏，等.全真可視化虛擬無(wú)人機(jī)巡線控制技術(shù)研究［J］.空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，30（1）：49-52.

［3］李一波，王倉(cāng)庫(kù)，姬曉飛.有人/無(wú)人機(jī)編隊(duì)三位可視化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2016，11（2）：272-278.

清遠(yuǎn)供電局職工技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目“輕微型無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程軌跡可視化裝置開(kāi)發(fā)”（編號(hào)：031800KK52180019）

2095－6835（2019）01－0158－02

V279

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.158

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕