周 建，陳 裕

（1.安康供電分公司，陜西安康 725000；2.紫陽供電分公司，陜西紫陽 725300）

1 無人機(jī)巡線技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

隨著消費(fèi)級(jí)無人機(jī)技術(shù)的逐步發(fā)展和完善，使用無人機(jī)電力巡線和人力巡線的結(jié)合已經(jīng)成為電力行業(yè)的主要趨勢(shì)。無人機(jī)電力巡線技術(shù)應(yīng)用得以如此快速的發(fā)展，有以下原因。

（1）安全性高。無人機(jī)加入電力巡線工作，降低了巡線工人工作難度，提高了安全性能。

不難看出, 有限差分近似式(3)引入了兩類數(shù)值誤差. 數(shù)值色散修正的是波的相速度, 即c*(ξ)=; 數(shù)值耗散修正的是波的振幅, 記作e-λt, 衰減率對(duì)應(yīng)于一種特征衰減時(shí)間尺度的倒數(shù), 該時(shí)間尺度僅當(dāng)時(shí)才有意義.

（2）效率高。在電力巡線工作中，只要規(guī)劃好飛行路線，電力巡線的效率將大大提高。

（3）分析準(zhǔn)確度高。目前最先進(jìn)的無人機(jī)定位可以精確到厘米，這樣的精度對(duì)故障檢測(cè)、工程測(cè)繪來說至關(guān)重要。

很快，救護(hù)車到了，哎喲一聲那人捂著腦袋被抬上了救護(hù)車。警車又到了，一堆燈光又閃爍開來，左小龍恍惚間好像又回到了和泥巴在旅店的二樓看樓下的情景。警察查了半天，現(xiàn)場(chǎng)沒查明白那人是怎么頭破血流的，左小龍也沒犯什么法，只不過當(dāng)眾爆缸而已，屬于產(chǎn)品使用不當(dāng)。警察再次驅(qū)散了人群，人們歡呼著，睡覺去嘍。

（4）降低巡線難度。無人機(jī)在江河湖泊、深山高原等巡線施工作業(yè)難度大、危險(xiǎn)性高的地方，都能夠輕松抵達(dá)并完成，不會(huì)遺漏任何一處。

此供電分公司位于山區(qū)，地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，有些地方必須通過無人機(jī)才能巡視。本應(yīng)用案例主要以巡檢無人機(jī)通過環(huán)境感知為主要目的，使得無人機(jī)探索出一套適應(yīng)山區(qū)的電力巡檢的技術(shù)方案，具體如下。

（2）無人機(jī)的通訊鏈路采用普通民用的2.4G和5.8G傳輸，這種頻段的優(yōu)點(diǎn)是傳輸效率高，缺點(diǎn)是容易受遮擋，一旦受遮擋后會(huì)造成通訊鏈路中斷，導(dǎo)致無人機(jī)失控。在實(shí)際應(yīng)用中該地區(qū)山體眾多，電力線路大多沿山跨山分部，電磁干擾和信號(hào)受山體遮擋導(dǎo)致的失控是巡檢過程中構(gòu)成無人機(jī)事故的主要原因（圖5）。

2 無人機(jī)巡線避障技術(shù)的研究與應(yīng)用

圖2為不同機(jī)型提供不同方向的避障示意圖，以適用不同環(huán)境下應(yīng)用。

本文針對(duì)無人機(jī)巡線技術(shù)，應(yīng)用案例以某供電公司為例，創(chuàng)新性地提出山區(qū)無人機(jī)電力線路巡檢的應(yīng)用中，必須融入環(huán)境感知系統(tǒng)和自主巡航避障系統(tǒng)，由二者協(xié)作無人機(jī)才可實(shí)現(xiàn)自主避障。

鐘自然強(qiáng)調(diào)，新時(shí)代的海岸帶地質(zhì)調(diào)查工作，要深入貫徹黨中央國(guó)務(wù)院的有關(guān)重要精神，落實(shí)自然資源部黨組的決策部署，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，緊扣海岸帶經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)重大需求，聚焦海岸帶重大資源、生態(tài)、環(huán)境問題，以及制約這些問題解決的重大科技問題，構(gòu)建起跨地區(qū)、跨單位、跨專業(yè)協(xié)同攻關(guān)，多方協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，資料數(shù)據(jù)共享共用的新機(jī)制，分層次有序推進(jìn)海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查，著力加大海岸帶地質(zhì)科技創(chuàng)新和信息化建設(shè)力度，加快完善海岸帶地質(zhì)調(diào)查保障體系，為海岸帶綜合管理提供地球系統(tǒng)科學(xué)解決方案，開創(chuàng)海岸帶地質(zhì)調(diào)查工作的新局面。

（5）成本低。1臺(tái)電力巡檢無人機(jī)每天能完成上百公里的電力線路巡檢任務(wù)，相當(dāng)于上百個(gè)電力巡檢工人的工作量，大大降低了人工成本。

2.1 電力巡線對(duì)無人機(jī)避障能力的要求

如圖1所示，無人機(jī)探測(cè)到前方15m，后方8m有障礙物。隨著障礙物與無人機(jī)的距離縮短，雷達(dá)波顏色逐漸由綠色變?yōu)辄S色，再變?yōu)榧t色，遙控器報(bào)警聲也會(huì)逐漸變急促，最終在距離障礙物前方2m處懸停，從而起到保護(hù)無人機(jī)的作用。當(dāng)開啟繞障功能后，無人機(jī)會(huì)主動(dòng)從障礙物上方或者左右越過。

（1）環(huán)境感知系統(tǒng)又稱為避障系統(tǒng)，避障分為繞障和停障，在巡檢過程中環(huán)境感知系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行建模。當(dāng)繞障功能開啟時(shí)，無人機(jī)遇到前方障礙物就會(huì)重新規(guī)劃飛行路徑，在飛手不用操作的情況下可以從障礙物的上方或者左右倆方繞過，起到保護(hù)無人機(jī)的作用。當(dāng)沒有開啟繞障功能時(shí)，無人機(jī)無法繞過障礙物，避障飛行系統(tǒng)會(huì)在障礙物前方發(fā)出報(bào)警聲給飛手，隨著距離的接近報(bào)警聲變急促最終懸停，即使飛手推動(dòng)操作桿前進(jìn)，無人機(jī)也會(huì)保持懸停并發(fā)出報(bào)警聲，從而提醒飛手注意安全。

圖1 方案實(shí)測(cè)示意圖

無人機(jī)在電力系統(tǒng)中承擔(dān)的工作通常是電力線路巡檢。在無人機(jī)巡檢中如果不能自主避障，很容易發(fā)生撞上電力設(shè)施、撞擊山體或建筑物、返航失控等事件；同時(shí)無人機(jī)受電磁環(huán)境干擾時(shí)也容易出現(xiàn)失控飛丟、返航自主尋路失敗等狀況。因此在山區(qū)無人機(jī)巡線應(yīng)用中，無人機(jī)自主避障技術(shù)的研究與應(yīng)用至關(guān)重要。綜合目前無人機(jī)避障技術(shù)的應(yīng)用，在山區(qū)無人機(jī)巡線避障技術(shù)的研究和應(yīng)用中，最核心的環(huán)節(jié)是感知障礙，無人機(jī)只有準(zhǔn)確感知障礙才有可能實(shí)現(xiàn)完美避障。

患者既往先后行兩次剖宮產(chǎn)史，于第二次剖宮產(chǎn)術(shù)術(shù)中發(fā)現(xiàn)右側(cè)卵巢包塊，病檢提示為惡性腫瘤，于剖腹產(chǎn)術(shù)后4天行右側(cè)卵巢腫瘤根治術(shù)；1個(gè)月前因左側(cè)股骨頸骨折，于我院行股骨頸骨折固定術(shù)；無輸血及獻(xiàn)血史，無高血壓、糖尿病、慢性支氣管炎等慢性疾病；預(yù)防接種史具體不詳。曾有青霉素、頭孢類藥物過敏史。

圖2 不同機(jī)型提供不同方向的避障示意圖

（1）由于地球磁場(chǎng)較弱，無人機(jī)通過磁羅盤提供指向時(shí)往往會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)的電磁干擾造成磁羅盤錯(cuò)誤，給無人機(jī)提供錯(cuò)誤的方向信息，使運(yùn)算邏輯混亂，給無人機(jī)發(fā)出錯(cuò)誤的指令造成失控。巡檢的主體鐵塔具有磁性，帶電線路有強(qiáng)磁輻射，都會(huì)干擾無人機(jī)的指南針，所以巡檢中一但靠近巡檢主體，指南針就會(huì)受到干擾，嚴(yán)重者甚至?xí)斐墒鹿?，如圖4所示。

圖3 FPV相機(jī)始終提供機(jī)頭方向視角示意圖

2.2 無人機(jī)在惡劣環(huán)境下巡線存在的問題

（2）FPV相機(jī)協(xié)同避障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繞障飛行，如圖3所示。實(shí)際飛行過程中，無人機(jī)的飛行的方向和云臺(tái)朝向有時(shí)不一致，因此飛手無法判斷前方障礙物的情況，簡(jiǎn)單地依靠避障系統(tǒng)提供安全保障已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)中的需求。為了適應(yīng)山區(qū)無人機(jī)飛行安全，巡線無人機(jī)升級(jí)配置FPV相機(jī)實(shí)時(shí)提供機(jī)頭前方畫面，配合避障系統(tǒng)，讓飛手再巡檢的過程中，不必修正云臺(tái)朝向觀察機(jī)頭前方，既保障了無人機(jī)的安全又提高了巡檢效率。當(dāng)云臺(tái)在沒有朝向機(jī)頭方向的時(shí)候，即便遇到障礙物無人機(jī)也會(huì)在飛行方向上最大可能的繼續(xù)飛行繞過障礙物，而非只通過剎車懸停方式保障了安全卻終止任務(wù)。

圖4 磁場(chǎng)收到干擾后，無人機(jī)不能正常起飛

綜上所述，將無人機(jī)應(yīng)用到電力巡線工作中不僅能提高電力維護(hù)和檢修的效率，使很多巡檢工作能在完全帶電的環(huán)境下迅速完成，還確保了用電安全。另外，采用無人機(jī)進(jìn)行常規(guī)輸電線路巡查，可降低工人工作強(qiáng)度，提高巡線作業(yè)人員的安全性，降低了成本。無人機(jī)巡線速度快、響應(yīng)迅速，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)提供信息，提高了供電可靠性，避免了因事故停電造成的其他損失。

2.3 解決措施。

（1）無人機(jī)使用30倍光學(xué)變焦+6倍數(shù)碼變焦且?guī)S增穩(wěn)技術(shù)使抖動(dòng)控制在0.01°以內(nèi)的云臺(tái)相機(jī)，如圖6所示。在不用靠近拍攝體的情況下完成拍攝任務(wù)，不僅靈活快速的獲取信息還能有效地保障人員和設(shè)備的安全。

圖5 無人機(jī)通訊鏈路受建筑物或山體遮擋后失控

圖6 30倍光學(xué)變焦后，可遠(yuǎn)離電磁干擾源進(jìn)行拍攝

（2）傳統(tǒng)的失控行為有懸停、降落、返航。在以往的失控返航行為中，無人機(jī)會(huì)自動(dòng)直線返回到起飛點(diǎn)。在山區(qū)巡檢中，地理環(huán)境高低起伏，直接返航會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)因返航高度不足直接撞上山體或障礙物。因此，新型巡線無人機(jī)在返航中，當(dāng)通訊鏈路中斷后，無人機(jī)并不會(huì)直接返回起飛點(diǎn)，而是在之前記錄的飛行路徑和全局地圖中擬合一條安全的返航路線。由于這條路徑是無人機(jī)飛行過的，這種場(chǎng)景下的返航就會(huì)沿著過去的路徑返回，直至恢復(fù)鏈路通訊。在操作人員選擇一鍵返航后，無人機(jī)會(huì)直接直線返航，在返回路徑上如有障礙物，無人機(jī)會(huì)在接近障礙物后選擇上升避開障礙物，再前進(jìn)繼續(xù)飛往返航點(diǎn)。由圖7、圖8可知，對(duì)于山區(qū)、峽谷線路巡視的場(chǎng)景，當(dāng)無人機(jī)繞到障礙物背后的時(shí)候圖傳信號(hào)有可能會(huì)因?yàn)檎趽醯脑蛑袛?，此時(shí)無人機(jī)會(huì)自動(dòng)從飛入的路線中規(guī)劃路出，保證與操作者之前的信號(hào)連接能夠在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。

按照上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，貓咪們是“男左女右”的堅(jiān)定執(zhí)行者，寵物狗們則沒有這么統(tǒng)一。澳大利亞悉尼大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的保羅·麥克里維博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在對(duì)270只種類不同的狗進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，15%的狗是右撇子，15%的狗則是“左撇子”，剩下70%的狗沒有明顯的使用偏好。麥克里維認(rèn)為，左撇子或右撇子的狗更容易被訓(xùn)練成為適合特定工作的狗，比如導(dǎo)盲犬或警犬。那些對(duì)左爪或右爪缺乏使用偏好的狗更容易對(duì)聲音產(chǎn)生恐懼。

隨著我國(guó)土地流轉(zhuǎn)的加劇和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、規(guī)?；陌l(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)資行業(yè)銷售渠道正面臨著翻天覆地的改變，廠家渠道貼地下沉，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體和新型服務(wù)平臺(tái)的層出不窮，農(nóng)資企業(yè)在業(yè)務(wù)拓展上受到越來越多的阻力和挑戰(zhàn)。如何在新的農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢(shì)下?lián)肀ё兓⒈P活市場(chǎng)成為肥料生產(chǎn)企業(yè)亟待破解的難題。

圖7 平原地區(qū)的失控返航示意圖

圖8 山區(qū)地區(qū)的全新智能返航示意圖

（3）精準(zhǔn)降落是針對(duì)無人機(jī)返航降落過程中消除外部因素干擾精準(zhǔn)降落到起飛點(diǎn)。傳統(tǒng)的降落采用GPS定位降落，其缺點(diǎn)是誤差大，造成自動(dòng)降落的地方距離起飛點(diǎn)比較大，容易因土地不平整造成側(cè)翻或掛樹掛電線。最新的精準(zhǔn)降落是在無人機(jī)起飛時(shí)，通過下視傳感模塊記錄起飛地的圖像信息，返航降落時(shí)通過與起飛時(shí)的采集的圖像信息進(jìn)行對(duì)比，引導(dǎo)無人機(jī)降落到起飛點(diǎn)，進(jìn)而保證無人機(jī)精準(zhǔn)降落，具體如圖9所示。

圖9 上升5m采集地理信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)降落

3 結(jié)束語

無人機(jī)巡線技術(shù)的應(yīng)用具有十分廣闊的前景，單一避障技術(shù)已無法滿足目前復(fù)雜的需求，多種避障技術(shù)相結(jié)合的新型避障手段是未來的發(fā)展方向。