吳昊 謝曉君

摘要：本文主要介紹了無人機電力巡檢過程中的無人機應用現(xiàn)狀、無人機在電網(wǎng)中的應用、無人機應用過程中存在的問題以及相對應的解決方法。無人機巡檢屬于一種較為智能的巡檢模式，在電力巡檢當中，無人機巡檢現(xiàn)如今已經(jīng)代替了人工巡檢和直升機巡檢。未來的電力巡檢過程中，無人機將會扮演更加重要的角色。

關鍵詞：無人機;電網(wǎng)巡檢：評估模型

無人機屬于一種使用無線電進行遙控的空中飛行器，同時這種飛行器可以搭載多種檢測設備，可以重復進行應用。在20世紀，無人機首次在戰(zhàn)爭中出現(xiàn)，而現(xiàn)如今無人機的應用范圍已經(jīng)擴展到了軍事、消防、救災、測繪、航拍、農(nóng)業(yè)、電力等等領域。伴隨著我國電網(wǎng)的不斷建設，電網(wǎng)巡檢工作成為了亟待解決的問題，而無人機方便、靈活、實時性好、續(xù)航能力強等等優(yōu)點決定了無人機可以在電網(wǎng)巡檢中發(fā)揮出作用。

1 無人機的應用現(xiàn)狀

1.1 無人機的應用現(xiàn)狀

無人機的出現(xiàn)屬于將多種能力容納于一身，其中包括有：計算機、通信、傳感、快速作業(yè)，而除此之外還涉及到了多種領域，其中包括航空、飛行控制、通信、紅外成像、地理信息、衛(wèi)星導航等等。無人機的出現(xiàn)將一些人力無法完成或者人力完成危險較大的任務得到了輕松的處理，因此各個領域的許多難題都因為無人機的出現(xiàn)得到了解決[1]。

1.2 無人機在電力行業(yè)的應用

傳統(tǒng)的人工電網(wǎng)巡檢方式工作量較大、工作條件艱苦，并且工作效率較低，需要非常多的人力物力。尤其是對于一些地形較為復雜的線路來說，人工巡檢電網(wǎng)的方式有著很大的安全隱患。而無人機巡檢方式的出現(xiàn)能夠更加靈活的部署，降低人力成本，同時也能夠在遠程進行監(jiān)控，因此巡檢效果較好。對于一些較為復雜且地形較為嚴酷的線路來說，無人機巡檢方式的出現(xiàn)在很大程度上實現(xiàn)了更加方便的快速檢測，惡劣天氣也能夠完成巡檢工作。與直升機比較之后可以發(fā)現(xiàn)，無人機無須產(chǎn)生停機費用、調(diào)機費用，同時無須進行飛行員培訓、飛行申請，除此之外，飛行時間和飛行地點也不會受到限制，能夠以最快的速度來開展輸電線路的巡查。例如在一些環(huán)境較為極端的地區(qū)，西藏以及其他高原地區(qū)等等，這些地區(qū)直升機飛行狀態(tài)較差，因此需要使用無人機進行輸電線路巡查。

1.3 無人機巡線經(jīng)濟效益分析

在傳統(tǒng)電網(wǎng)巡檢的過程中，需要明確，人力巡檢和直升機巡檢都是非常耗費成本的巡檢方式，約為三百人民幣每千米。而無人機的出現(xiàn)可以將這一成本價格下降三分之一，這一下降比例極為明顯，尤其是省市電網(wǎng)跨度極大的程度下，節(jié)約金額就將達到極大的數(shù)額。一般來說全省電網(wǎng)都在100萬千米以上，每千米節(jié)約一百元，那么巡檢一次就能夠節(jié)約一千萬以上的資金[2]。

2 無人機在電網(wǎng)中的應用

2.1 固定翼無人機和多旋翼無人機

在當下輸電線路發(fā)展的過程中，使用無人機進行電網(wǎng)巡檢主要是使用兩種無人機，分別是多旋翼無人機和固定翼無人機。

多旋翼無人機在使用的過程中需要使用一塊空曠平整的場地，多旋翼無人機能夠進行垂直升降，較為靈活，同時也能夠懸停和低速飛行。因此多旋翼無人機比較適合進行近距離、低速度、長時間同一位置的任務，一般來說這種任務都屬于觀測任務。多旋翼無人機在實際使用的過程中可以增加飛控增穩(wěn)系統(tǒng)，從而保證無人機保持平衡，具有非常高的穩(wěn)定性。在使用的過程中可以發(fā)現(xiàn)，多旋翼無人機的特點在于起降靈活并且可以自由懸停，但是問題在于多旋翼無人機的荷載能力和續(xù)航能力較差，這將會導致許多長時間任務無法完成。

固定翼無人機與多旋翼無人機比較后的優(yōu)點在于裝載能力更高，固定翼無人機無需克服自身動力，也就是無需過大的飛行動力，因此電機推力只需要達到機身重量的十分之一就能夠起飛。站在另一個角度上來說，固定翼無人機可以搭載更多的設備，同時也能夠使用更大容量的電池，因此續(xù)航能力和裝載能力都比較出色。其次則是與多旋翼無人機比較發(fā)現(xiàn)，固定翼無人機的速度更快，可以達到八十千米每小時，這一數(shù)值屬于多旋翼無人機的三到五倍。因此在正常的情況下，固定翼無人機的巡查速度更快，巡查時間更長。除此之外，固定翼無人機還可以進行長時間滯空飛行，相比較于多旋翼無人機的懸停效果更好，因此可以對線路、桿塔等等位置進行精細巡檢，提升巡檢整體質(zhì)量[3]。

2.2 無人機應用成果

無人機在設計應用的過程中可以發(fā)現(xiàn)，能夠在以下幾個方面收獲到效果。首先是在無人機巡查電網(wǎng)的過程中，使用無人機能夠解決人工勞動問題。一般來說使用無人機進行巡查的過程中，主要的應用方向在于使用無人機進行立體測繪，從而開創(chuàng)性的實現(xiàn)了樹障以及其他隱患點的測量。其次，無人機的使用真正實現(xiàn)了智能作業(yè)，面對臺風、冰凍等等自然災害時，人力往往無法起到效果，而無人機可以更好的對這些位置進行勘探。再次則是使用無人機進行巡查可以發(fā)現(xiàn)很多人力無法發(fā)現(xiàn)的缺陷，經(jīng)過記錄之后可以集中進行處理，從而保證一次停電直接全部解決的效果。最后則是使用無人機進行巡查的過程中，多旋翼無人機和固定翼無人機可以進行分工合作，對于樹障、邊坡、房屋、施工黑點等等項目可以使用固定翼無人機，而鐵塔、絕緣子、金具、附件、導地線等等線路可以使用多旋翼無人機進行檢查。

3 飛行能力評估模型建立

3.1 影響因素選取

在現(xiàn)場調(diào)查的過程中可以發(fā)現(xiàn)，影響了無人機飛行能力的因素主要是天氣和風速。實際上雖然無人機不受雨雪天氣的影響，無論是下雨還是下雪，無人機都可以正常運行。但是由于無人機自身的體積較小，下雨下雪的過程中又會伴有一定的風力，因此就需要考慮到這兩者之間造成的影響。

3.2評估模型建立

在實際建模的過程中，主要使用了以下函數(shù)：

4 飛行能力評估模型分析

4.1 成本模型

無人機由于自身的狀態(tài)不同，因此抗風能力也各不相同，例如多旋翼無人機與固定翼無人機相比較抗風能力較差。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析之后可以發(fā)現(xiàn)，無人機的體型較小，因此在無風狀態(tài)下飛行成本最低，有著明顯的價格優(yōu)勢。但是伴隨著風力逐漸增加，導致無人機飛行成本也不斷的得到了提升。因此成本模型在考慮的過程中將風力設定成為了主要的變量，為了更好的比較，本文選擇了不同風力條件下成本變化不大的直升機。圖1為不同風力等級下的成本曲線。

由圖1可知，直升機的基礎成本要高于無人機，但是伴隨著風力的增加，無人機巡檢成本呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，當風力達到了一定數(shù)值之后，無人機的巡檢成本將會超過直升機。因此在未來計算飛行成本的過程中可以根據(jù)風力來選擇不同的飛行方法，同時也能夠根據(jù)公式來計算飛行成本。

風力的變化來自于天氣，因此在將風力成本進行深化分析之后可以發(fā)現(xiàn)，需要根據(jù)天氣成本來進行具體分析。天氣環(huán)境將會影響到無人機和直升機兩者的具體飛行狀態(tài)，而為了保護機組人員的安全，惡劣天氣環(huán)境下直升機一般不會進行外出作業(yè)，但是無人機不受天氣的影響，僅僅根據(jù)風力決定是否作業(yè)。由此可見，雖然直升機對風力的抵抗能力較強，但是對雨雪天氣的處理能力要遠遠低于無人機，因此在巡檢電網(wǎng)的過程中，需要根據(jù)天氣的不同來選擇不同的方式和方法。

4.2 時間模型

飛行器巡檢無法與人工巡檢進行比較，因此本文建立的無人機時間模型依舊是以直升機作為對比對象。直升機在電力巡檢的過程中與無人機相比有著非常明顯的優(yōu)勢，尤其是在風力增加的過程中，直升機幾乎可以不受到影響。而無人機則是恰恰相反，無風情況下無人機的巡檢時間要遠遠低于直升機。一般來說直升機飛行的基礎時間都要低于無人機，具有非常明顯的效率優(yōu)勢，而無人機的飛行時間伴隨著風力的增加，增長速度也在不斷的進行提升。直升機在風力等級小于一定水平時往往不會呈現(xiàn)出特別高的增幅，符合基本情況，圖2為不同風力等級下的時間曲線。

在圖2中可以得出結(jié)論，環(huán)境處于理想狀態(tài)時，直升機的巡檢時間將會小于無人機，而伴隨風力的逐漸增加，直升機與無人機所需要消耗的巡檢時間都將會隨之增加。天氣帶來的影響對于巡檢更大，直升機對天氣的抵抗能力要明顯小于無人機。

4.3 飛行能力評估

在上文中提出的數(shù)學模型主要的作用在于對無人機不同飛行巡檢狀態(tài)下的飛行能力進行評估，同時選擇直升機進行對比，主要的目的在于將飛行能力進行量化。以下公式為實際飛行能力評估方式：

5結(jié)束語

從上文中建立的模型可以了解到，無人機在不同的作業(yè)條件下有不同的優(yōu)點和缺點。站在成本的角度上來說，無人機是一種非常理想的電網(wǎng)巡檢方式，無論是固定翼無人機還是多旋翼無人機，都有著一定的優(yōu)點。四旋翼無人機裝載能力、續(xù)航時間、飛行速度都比固定翼無人機更差。但是固定翼無人機在實際飛行的過程中存在著起飛場地的限制、事故率的影響、數(shù)據(jù)處理效率的低下等等問題。本文針對于風力等級、天氣情況等等方面的影響進行了分析，得出了無人機在何種天氣情況下能夠得到更好的運行效率，無論是直升機還是無人機，未來電網(wǎng)巡檢的過程中都需要在最佳的情況下進行電網(wǎng)巡檢。

參考文獻

[1]馮積家.基于SG無人機在電力輸電線路自動巡線的實現(xiàn)與研究[J].電力設備管理，2020 （09）：203-204.

[2]任娜，張楠，崔妍，張融雪，龐新富.面向無人機電力巡檢的語義實體構(gòu)建及航跡控制方法[J].計算機應用，2020，40 （10）：3095-3100.

[3]梁文勇，吳大偉，谷山強，王海濤，嚴碧武，劉輝.輸電線路多旋翼無人機精細化自主巡檢航跡優(yōu)化方法[J].高電壓技術(shù)，2020， 46 （09）： 3054-3061.

作者簡介

吳昊（1992-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市庫倫旗人。文學學士學位，助理工程師。研究方向為輸電線路無人機巡檢。謝曉君（198 3一），男，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市人。大學本科學歷，助理工程師，主要從事電力行業(yè)直升機巡檢作業(yè)和無人機巡檢作業(yè)及無人機巡檢作業(yè)管理等相關專業(yè)的工作。