六旋翼飛行器在輸電線路巡檢中的實(shí)際應(yīng)用

1、六軸飛行器在輸電線路巡檢中的實(shí)際應(yīng)用目 錄第一部分 前言- 3 -第二部分 成果的背景- 4 -一、概況第三部分 成果的內(nèi)容- 6 -二、飛行器在線路巡檢是的工作狀態(tài)1飛行器的外觀- 6 -2飛行器的技術(shù)參數(shù)- 7 -3相關(guān)技術(shù)資料- 8 -三、六軸飛行器巡檢系統(tǒng)介紹及在實(shí)際工作中的應(yīng)用- 14 -1.1六軸飛行器系統(tǒng)- 14 -1.2地面站系統(tǒng)- 15 -1.3工作實(shí)例- 16 -第四部分 成果的效益- 17 -四、飛行器輸電線路巡檢的優(yōu)勢五、結(jié)束語第一部分 前言隨著電網(wǎng)的日益擴(kuò)大,巡線的工作量也日益加大,飛行器作為一種運(yùn)載工具,可以被應(yīng)用在輸電線路巡檢中,通過搭載各種檢測設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)對輸電

2、線路的日常巡視,提高線路運(yùn)維效率。研究用六軸飛行器巡視輸電線路的可行性.通過線路雷擊跳閘故障點(diǎn)的查找、及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路的金具缺陷、判斷導(dǎo)線的損傷程度、線路設(shè)計(jì)路徑的初勘等工作實(shí)例,分析六軸飛行器在線路巡視中的特點(diǎn)。適合線路走廊內(nèi)的樹木生長、地理環(huán)境、交叉跨越等實(shí)例，地面檢察人員根據(jù)飛行器高清攝像頭拍攝，通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻或者圖片傳輸?shù)孛骘@示器，判斷線路的狀態(tài)。應(yīng)用結(jié)果證實(shí)六軸飛行器能小范圍代替人力登桿塔完成巡查任務(wù),降低了人工勞動強(qiáng)度,減少了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),適合在山多水田地勢復(fù)雜的范圍推廣使用。第二部分 成果背景一、概況傳統(tǒng)方式的線路巡檢都是需要編排各個(gè)小組攜帶望遠(yuǎn)鏡、工具等設(shè)備徒步翻山越嶺進(jìn)行線

3、路巡檢，對于疑是故障線路需要進(jìn)行攀爬高空作業(yè)，特別是在夏季和冬季存在著極大地安全隱患。夏季：高溫天氣桿塔溫度過高，如果稍不注意就會存在安全問題。冬季：溫度過低，桿塔結(jié)冰，容易發(fā)生側(cè)滑，安全隱患極為嚴(yán)重。然而，在實(shí)際的線路巡檢中，工作人員都需要攀爬桿塔進(jìn)行確認(rèn)，往往有很多次都是爬上去后發(fā)現(xiàn)沒有問題，因此工作效率極低有時(shí)徒勞同時(shí)需要承擔(dān)極大地安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。為能夠規(guī)避上述問題因此我們今年提出大膽的實(shí)驗(yàn)，并且查閱很多相關(guān)案例，借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，對線路巡檢工作進(jìn)行改革-飛行器線路巡檢。因延邊地區(qū)地處山區(qū)，樹木、山嶺多，因此借助飛行器對輸電線路進(jìn)行巡檢尤為適用。目前能夠投入巡檢工作的飛行器中可概括為三種：固定

4、滑翔式飛機(jī)、真升機(jī)、多軸飛行器。按照速度依高到低次為：滑翔式飛機(jī)、直升機(jī)、多軸飛行器。按照穩(wěn)定性高到低依次為：多軸飛行器、滑翔式飛機(jī)、直升機(jī)。按照成投入本高到低依次為：直升機(jī)、多軸飛行器、滑翔式飛機(jī)。按照操控性能簡易程度高到低依次為：多軸飛行器、直升機(jī)、滑翔式飛機(jī)。由于滑翔式飛機(jī)飛行數(shù)度太快，最高可達(dá)200Km/H，且不能保持懸停姿態(tài)運(yùn)作，適合于比賽或噴灑等行業(yè)，在我們輸電行業(yè)用處不大，因此我們一般選用直升機(jī)或多軸飛行器。因?yàn)閷旊娋€路進(jìn)行巡檢需要具備穩(wěn)定性高、平衡性能強(qiáng)、操作程度簡單等條件，因此多軸飛行器應(yīng)為首選。然而多軸飛行器分為：四軸飛行器、六軸飛行器、八軸飛行器。軸數(shù)越多平穩(wěn)性越高同時(shí)

5、成本也就越大，考慮到平穩(wěn)程度及成本，因此我們選用六軸飛行器。飛行器搭載高清攝像頭、紅外成像儀或者導(dǎo)線損傷探測儀等設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的作業(yè)項(xiàng)目有：遠(yuǎn)距離拍攝、近距離攝影/攝像、紅外熱成像、絕緣子監(jiān)測等?？杀O(jiān)測的線路主要缺陷包括：線路通道障礙、線路金具的松脫、確實(shí)和磨損，絕緣子劣化、破裂和污垢導(dǎo)致放電，間隔棒松脫和損壞，導(dǎo)線和底線磨損，導(dǎo)線和金具內(nèi)部的損壞、導(dǎo)線連接點(diǎn)過熱、導(dǎo)地線防震錘滑動，引流線散股，桿塔基礎(chǔ)損壞等。也可通過自主導(dǎo)航定位功能的地面控制站控制飛行器自動飛行，并將數(shù)字圖像傳輸?shù)降孛娼邮掌魍ㄟ^液晶屏顯示高空影像。采用六軸飛行器在輸電線路巡檢的應(yīng)用，不僅可以大大提高線路巡視質(zhì)量和效率，還可以降低

6、維護(hù)人員作業(yè)分享和工作強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高輸電線路運(yùn)行維護(hù)管理水平，提高工作效率。第三部分 成果內(nèi)容二、飛行器在線路巡檢是的工作狀態(tài)1、飛行器外觀飛行器負(fù)載設(shè)備的圖像（1）飛行器負(fù)載設(shè)備的圖像（2）2、飛行器的技術(shù)參數(shù)六軸飛行器自身屬性：1）最大起飛重量：14公斤 。2）任務(wù)載荷能力：6公斤 。3）旋翼直徑：1850mm 。4）尾槳長度：305mm 。5）機(jī)長：1570mm 。6）機(jī)寬：450mm 。7）機(jī)高：740mm 。8）續(xù)航時(shí)間15-20。9）時(shí)速90公里/每小時(shí)3、相關(guān)技術(shù)資料1）機(jī)架采用日本東麗3K碳纖維布編織碳纖板與3K中空純碳纖碳纖維管(非3K玻碳管)全CNC加工，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

7、高于同類產(chǎn)品，整套機(jī)架僅重600克。全折疊式設(shè)計(jì)，針對便攜性要求高的用戶設(shè)計(jì)，特別適合用來做監(jiān)控、遙感、測繪、空中偵查、火場觀察、生命探索、電纜巡線、農(nóng)場監(jiān)測、等對移動性能要求高，設(shè)備載重不大并需要較多留空航時(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域。配置要求：軸距直徑680MM,300W左右輕型盤式電機(jī),12-13寸碳纖維螺旋槳,3-4S電池,帶中等負(fù)載,(例如小型數(shù)碼相機(jī),小型單電相機(jī)等),相關(guān)配件編號：2）動力電機(jī)說明型號：X4108SKV：600KV尺寸：46*25.5mm（不含軸高度）重量：113g硅膠線長度：60cm槳夾輸出軸直徑：6mmAPC12·38槳 電壓14.8V 滿負(fù)載電流16.6A 拉力1

8、550克 轉(zhuǎn)速6115分 功率245W3）30A電子調(diào)速器說明A1產(chǎn)品規(guī)格1.1輸出能力：持續(xù)電流30A，短時(shí)電流40A（不少于10秒）；1.2電源輸入：24節(jié)鋰電池組或512節(jié)鎳氫/鎳鎘電池組；1.3BEC輸出：2A （線性穩(wěn)壓模式linear mode）；1.4最高轉(zhuǎn)速：2極馬達(dá)210000轉(zhuǎn)/分鐘，6極馬達(dá)70000轉(zhuǎn)/分鐘，12極馬達(dá)35000轉(zhuǎn)/分鐘；1.5尺寸： 45mm（長）*24mm（寬）*11mm（高）；1.6重量： 25g（含散熱片）；1.7附件：鍍金馬達(dá)連接頭及熱縮套管三對（可選配）；A2產(chǎn)品功能2.1安全上電功能：接通電源時(shí)，無論油門搖桿處于任何位置均不會立即啟動電機(jī)，

9、避免造成人身傷害；2.2油門行程校調(diào)功能：適應(yīng)不同遙控器油門行程的差別，提高油門響應(yīng)的線性度；2.3程序設(shè)定項(xiàng)目：剎車設(shè)定：無剎車/有剎車；電池類型：Li-xx（鋰電池）/ Ni-xx（鎳鎘或鎳氫）； 低壓保護(hù)模式：降低功率/關(guān)閉輸出；低壓保護(hù)閾值：低/中/高；啟動模式：普通/柔和/超柔和啟動；進(jìn)角：低/中/高；恢復(fù)出廠默認(rèn)值；2.4全面的保護(hù)功能：欠壓保護(hù)：由用戶通過程序設(shè)定，當(dāng)電池電壓低于保護(hù)閾值時(shí)，電調(diào)自動降低輸出功率；過壓保護(hù)：輸入電壓超過輸入允許范圍 不予啟動，自動保護(hù)，同時(shí)發(fā)出急促的“嗶嗶”告警音；過熱保護(hù)：內(nèi)置溫度檢測電路，MOS管溫度過高時(shí)電調(diào)自動關(guān)斷；遙控信號丟失保護(hù)：遙控信

10、號丟失1秒后降低功率，再有2秒無遙控信號則關(guān)閉輸出；A3工藝特點(diǎn)3.1 電源輸入端采用超低阻抗大容量電解電容，極大提高抗干擾能力；3.2 輸出MOSFET功率管配備獨(dú)立散熱片，有效降低器件溫升，提高系統(tǒng)大電流工作能力；3.3 采用單片機(jī)控制；3.4 單片機(jī)采用獨(dú)立穩(wěn)壓芯片，避免BEC負(fù)載變化造成電源干擾，提高單片機(jī)工作穩(wěn)定性；3.5 提供鍍金馬達(dá)連接頭和熱縮套管輔材，便于安裝（注：此為可選 配器材）；3.6 兼容好盈科技出品的無刷電調(diào)編程設(shè)定卡4）飛行主控系統(tǒng)說明基本特性飛行特性硬件規(guī)格支持多旋翼飛行器類型支持的電子調(diào)速器輸出推薦遙控器工作電壓范圍I，X 型四旋翼I，X，IY，Y 型六旋翼I，

11、V，X型共軸雙槳八旋翼400Hz 刷新頻率PCM 或 2.4GHz，至少4通道主控器: 4.8V5.5V多功能模塊: 輸入7.4V26.0V(推薦2S6S LiPo)輸出（V-SEN端口紅線）:3A5V (瞬時(shí)最大電流：7.5A)功耗工作環(huán)境溫度調(diào)參軟件系統(tǒng)要求 最大3.15W(0.25A12.6V)普通1.638W(0.13A12.6V)-10°C 到50°CWindows XP sp3 / Windows 7 / Windows 8 懸停精度(GPS模式)最大尾舵角速度最大傾斜角度最大升降速度垂直方向：±0.8m水平方向：±2.5m200°

12、/秒35°上升6m/s，下降4.5m/s重量尺寸內(nèi)置功能 主控器:27gGPS/指南針模塊：27gPMU模塊：28gLED模塊：13g主控器:45.5mm x 32.5mm x 18.5mmPMU模塊:39.5mm x 27.5mm x 10.0mmGPS 與指南針：46mm(直徑)x10mmLED模塊：25mm × 25mm × 7.0mm多種控制模式飛控系統(tǒng)增強(qiáng)型失控保護(hù)低壓保護(hù)支持S-BUS接收機(jī)支持PPM接收機(jī)獨(dú)立PMU模塊支持2軸云臺5）電池參數(shù)14.8V 10000MAH 25C長165MM 寬65MM 高41MM重896G 6）圖像傳輸工作電壓12V

13、 發(fā)射模塊重34G 發(fā)射功率400mW黑GND黃VIDEO.白AUDIO 6.0MHZ綠AUDIO 6.5MHZ2PIN線： 紅+12V黑GND超輕鎖相環(huán)穩(wěn)頻圖傳.市區(qū)地面實(shí)測距離1公里，整體工作參數(shù)A1 工作環(huán)境溫度：-10 - 50度 A2 工作環(huán)境風(fēng)速： 0 - 5級風(fēng)A3 工作環(huán)境：禁止雨天飛行A4 飛行時(shí)間： 8 - 15分鐘（適溫度而定）A5 遙控距離： 1800M(適電磁環(huán)境而定）A6 工作電壓：動力電14.8V 圖像傳輸12V 主控5V A7 工作電流：飛行主控 3A 動力電機(jī) 16.6A 6）遙控器：A1擁有10架模型存儲容量A2支持三種模型制式轉(zhuǎn)換A3遙控距離（空曠無干擾）

14、1500米以內(nèi)A4信號制式PCM1024系統(tǒng)A5發(fā)射頻率：72MHzA6電源電壓：9.6V7）接收機(jī)：A1接收頻率：72MHz頻段A2電源電壓：4.8-6.0V電池的穩(wěn)壓輸出A3電流強(qiáng)度：70mA三、六軸飛行器巡檢系統(tǒng)介紹及在實(shí)際工作中的應(yīng)用輸電線路巡檢系統(tǒng)主要包括兩大部分：六軸飛行器系統(tǒng)(UMR)和地面站系統(tǒng)(GSS)。UMR為空中作業(yè)部分，用于在輸電線路周圍對其進(jìn)行全方位的影像數(shù)據(jù)獲取，并通過無線影像傳輸系統(tǒng)將獲取影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)紾SS，在GSS上能實(shí)現(xiàn)觀察、存儲當(dāng)前所拍攝到的輸電線路圖像，并且GSS中的地面智能診斷系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對獲取的圖像進(jìn)行診斷。查找輸電線路所存在的缺陷，為工作人員開展

15、相應(yīng)設(shè)備的檢修提供真實(shí)全面的現(xiàn)場資料和缺陷信息。下面將對這兩大組成部分的結(jié)構(gòu)劃分和功能加以詳細(xì)說明。1.1六軸飛行器系統(tǒng)飛行器系統(tǒng)，是以UM為主體，搭載機(jī)載電源、飛行控制系統(tǒng)和機(jī)載任務(wù)設(shè)備所構(gòu)成的整體。其中，UM是由機(jī)體、起落架和六個(gè)旋翼構(gòu)成。1）機(jī)載電源采用鋰/鋰聚合物動力電池，電池的容量和重量根據(jù)UM的性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化選擇，使UM滿足對輸電線路巡檢時(shí)的飛行要求。2）飛行控制系統(tǒng)是保證UM完成穩(wěn)定飛行、快速轉(zhuǎn)彎、高精度懸停等動作的核心部分，由導(dǎo)航組件慣性導(dǎo)航單元、飛行控制計(jì)算機(jī)、旋翼驅(qū)動組件、遙控遙測系統(tǒng)機(jī)載端和導(dǎo)線防碰撞預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成。其中，導(dǎo)航組件用以對UM進(jìn)行差分定位，并感知UM的角速率

16、以及解算姿態(tài)角信息飛控計(jì)算機(jī)綜合所獲得的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)指令解算UM的直接驅(qū)動信號，控制電機(jī)動作，實(shí)現(xiàn)UM的自主導(dǎo)航運(yùn)動。3）導(dǎo)線防碰撞預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)判斷UM與最近導(dǎo)線之間的位置關(guān)系，當(dāng)UM與輸電線路之間的距離小于電網(wǎng)規(guī)定的安全距離時(shí)預(yù)警系統(tǒng)便會自動報(bào)警并產(chǎn)生排斥驅(qū)動指令，使UM遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，這樣就可避免由于撞線造成的對輸電線路的再次破壞，保證了UM和輸電線路的安全。4）機(jī)載任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)是由減震云臺、影像采集系統(tǒng)和無線影像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的機(jī)載端構(gòu)成。影像采集系統(tǒng)安裝在減震云臺上，通過控制云臺的俯仰和滾轉(zhuǎn)，能夠?qū)旊娋€路進(jìn)行多角度、全方位的拍攝，拍攝的影像信息經(jīng)無線影像傳輸系統(tǒng)的機(jī)載端實(shí)

17、時(shí)發(fā)送到GSS中的無線影像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)地面接收端。5）為了進(jìn)一步增強(qiáng)UM的自主性，機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)還可增加輸電設(shè)備識別與跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)UM智能跟蹤輸電線路的巡檢工作。1.2地面站系統(tǒng)地面工作站系統(tǒng)GSS，包括遙控遙測系統(tǒng)地面端、無線影像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)地面端、飛行監(jiān)控系統(tǒng)、影像監(jiān)控系統(tǒng)和輸電線路影像巡檢綜合診斷系統(tǒng)。1）遙控遙測系統(tǒng)地面端用以對UM發(fā)送遙控遙測指令，實(shí)現(xiàn)對UM更高權(quán)限的指令控制。2）無線影像數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)地面端用以實(shí)時(shí)接收機(jī)載端發(fā)送的影像數(shù)據(jù)。3）影像監(jiān)控系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)中的影像采集設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控，確保影像系統(tǒng)正常工作。出發(fā)之前的準(zhǔn)備工作1.3實(shí)際線路巡檢工作實(shí)例2014

18、年7月24日，天氣晴。今天要完成常規(guī)線路巡檢工作，以往都是需要人工方式徒步并目測線路，對于桿塔需要進(jìn)行攀爬巡檢。因采用六軸飛行器系統(tǒng)，因此今天分為兩組，一組成員為采用傳統(tǒng)方式巡檢，另一小組攜帶飛行器系統(tǒng)進(jìn)行線路巡檢。早上7點(diǎn)同時(shí)出發(fā)到達(dá)指定地點(diǎn)開始分開作業(yè)。利用六軸飛行器系統(tǒng)進(jìn)行線路巡檢時(shí)，將飛行器飛行至桿塔的安全距離范圍內(nèi)對桿塔的各個(gè)部位進(jìn)行攝像，通過地面接收器實(shí)時(shí)查看設(shè)想的內(nèi)容，對于不確定的部位通過二次高清拍照，將高清照片放大，從而確定該部位的實(shí)際情況是否需要進(jìn)行檢修。而另一組巡檢員需要對桿塔進(jìn)行攀爬，頂著烈日，極為辛苦而且效率極低。鄰近下班時(shí)間兩組所完成的工作量差距甚遠(yuǎn)，并且兩組巡檢員的精神狀態(tài)及體力程度也有所差距。因此利用飛行器對輸電線路進(jìn)行巡檢具有一定的推廣價(jià)值。第四部分 成果效益四、飛行器輸電線路巡檢的優(yōu)勢飛行器作為先進(jìn)的生產(chǎn)工具與作業(yè)手段，與傳統(tǒng)巡線方式相比較有很多方面優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、與常規(guī)人工巡線相比不受地形限制、玄仙效率大大提高，可將拍攝的數(shù)據(jù)待會分析，使得巡視不留死角，降低人工瑯東強(qiáng)度、減少作業(yè)