無人機(jī)巡線可行性分析

無人機(jī)巡線可行性分析輸電線路分布點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附件長期暴露在野外，受到持續(xù)的機(jī)械張力、雷擊閃絡(luò)、材料老化、人為的影響而產(chǎn)生倒塔、斷股、磨損、腐蝕、受力等損傷，必須及時(shí)修復(fù)或更換。絕緣子還存在被雷擊損傷，樹木生長引起輸電線放電，桿塔存在被偷竊等意外事件，必須及時(shí)處理。傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，以及在冰災(zāi)、水災(zāi)、地震、滑坡、夜晚期間巡線檢查，所花時(shí)間長、人力成本高、困難大、風(fēng)險(xiǎn)高。以中國各地供電局送電工區(qū)目前人員構(gòu)成及所轄電線路情況進(jìn)行分析。每個(gè)地級送電工區(qū)運(yùn)行人員100多人，一般會負(fù)責(zé)該地區(qū)運(yùn)行線路100多條幾千公里，其中平原區(qū)線路、丘陵區(qū)線路和山區(qū)線路基本各占三分之一，人工巡線人員少，任務(wù)重，目前的情況是人員嚴(yán)重不足，加之所轄山區(qū)等走徑差的線路較多，日常檢修、消缺、防外破等其它工作影響，線路巡視完成率始終無法得到保證。柔性翼無人機(jī)，是一種由無線電遙控設(shè)備或自身程序控制裝置操縱的無人駕駛飛行器。利用柔性翼無人機(jī)進(jìn)行輸電線路巡線研究需要跨多個(gè)高技術(shù)專業(yè)，研究深度和水平要求較高，是一項(xiàng)剛剛起步的新技術(shù)，目前已在華中電網(wǎng)、南方電網(wǎng)試點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用。與常規(guī)人工巡檢方法相比較，此項(xiàng)技術(shù)更為先進(jìn)有效，可以成為保障線路安全運(yùn)行的一種新的經(jīng)濟(jì)可行的手段。一、現(xiàn)代無人機(jī)性能簡介現(xiàn)代無人機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的集航空、電子、電力、偵察、地理信息、圖像識別等一體化系統(tǒng)，涉及航空、飛行自動控制、通信、數(shù)據(jù)鏈、紅外識別、地理信息、衛(wèi)星導(dǎo)航等多個(gè)高尖技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)代無人機(jī)由于具備高空、遠(yuǎn)距離、快速作業(yè)的能力，在測繪、航拍、運(yùn)動、軍事、偵察、抗災(zāi)等方面得到應(yīng)用，并且由于無人機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，可以進(jìn)行遙測數(shù)據(jù)鏈控制、地理匹配控制、GPS衛(wèi)星電位控制，控制操作過程簡單可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)性能高（一般無人機(jī)工作成本是有人飛機(jī)1/10左右），不受氣候的影響，續(xù)航能力長，速度快（是人力的10倍以上），現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)現(xiàn)代無人機(jī)代替有人飛機(jī)進(jìn)行各種工作的情況?，F(xiàn)代無人機(jī)一般都具有如下的功能和性能指標(biāo)：1、飛行控制：一般目測遙控控制，距離5km；高級遙控距離達(dá)30km，還可采用GPS定位自主導(dǎo)航控制、地理匹配自動巡航控制等。起飛條件和巡航速度：20m平整道路，6級風(fēng)以下，小雨氣候皆能起飛；巡航速度一般為50km/h以上，有的達(dá)110km/h。飛行氣候條件：一般6級風(fēng)以下，高級的無人機(jī)在8級風(fēng)以下，中雨氣候。升限：具備超低空穩(wěn)定飛行功能，一般飛行最高高度達(dá)到海拔2km，高級到3.5km。載重：一般載重1～5kg，高級10kg以上。6、續(xù)航時(shí)間和距離：一般30min，高級達(dá)續(xù)航時(shí)間3～5h；續(xù)航距離一般30km，高級達(dá)300到500km。柔性翼無人機(jī)巡線的關(guān)鍵技術(shù)用柔性翼無人機(jī)進(jìn)行全天候的高電壓巡線，應(yīng)該具備以下關(guān)鍵技術(shù)，才能使柔性翼無人機(jī)巡線進(jìn)入實(shí)用化：飛行控制技術(shù)：由于輸電線路一般在100km長度，距離公路10～15km內(nèi)，要求遙控距離最好達(dá)15km，由地面控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行操控實(shí)時(shí)傳遞圖片或視頻，方便巡線人員使用；并且具備GPS自主線路導(dǎo)航控制、地理匹配自動控制、線路桿塔自動跟蹤等飛行控制功能，使無人機(jī)巡線進(jìn)入全自動化飛行方向發(fā)展，使一條輸電線路巡線全部工作小于半天時(shí)間。機(jī)體穩(wěn)定飛行技術(shù)：柔性翼無人機(jī)飛行穩(wěn)定，不抖動，或者具備攜帶穩(wěn)定能力的攝像平臺，可以安裝可見、紅外熱像攝像設(shè)備，具備攝像設(shè)備自動控制攝像功能，便于進(jìn)行拍攝地面線路桿塔高分辨率航空影像。線路桿塔自動跟蹤識別技術(shù)、攝像快速對焦成像技術(shù)：一系列先進(jìn)測繪控制技術(shù)攝像快速曝光，生成高清晰的地面桿塔、線路、樹林、絕緣子、金具等可見、紅外影像，最好具備自動輸電網(wǎng)故障識別攝像功能。無人機(jī)輸電線路巡線的應(yīng)用情況最簡單的無人機(jī)巡線方式是把小型攝像機(jī)和照相機(jī)固定在飛機(jī)吊艙內(nèi)。對導(dǎo)線及絕緣子串進(jìn)行攝像時(shí)，只需一人操縱飛機(jī)，可在回來后觀察錄像帶。由于存在飛機(jī)抖動，攝像對焦不準(zhǔn)的情況，雖然可以對桿塔倒塌、傾斜、線路斷線、絕緣子脫落、樹林碰線等明顯現(xiàn)象可以進(jìn)行快速分析識別，但對于常規(guī)的污閃、線路發(fā)熱、絕緣子開列老化等問題還不能識別，需要進(jìn)一步研究更好的方法。還有一種方法利用無人機(jī)巡線方式是使用無人機(jī)控制數(shù)據(jù)鏈，把可遠(yuǎn)傳的可見、紅外熱像儀的信號傳送到監(jiān)視地面屏幕進(jìn)行分析。無人機(jī)巡線由2人進(jìn)行，一人專職操縱飛機(jī)，一人監(jiān)視地面屏幕。發(fā)現(xiàn)可疑區(qū)段可懸停或者來回飛行細(xì)查；實(shí)時(shí)監(jiān)視和錄像可同時(shí)進(jìn)行，還可進(jìn)行高清晰度的攝像，飛機(jī)飛回后進(jìn)行圖片分析。若用可見光攝像，應(yīng)在天氣睛朗時(shí)進(jìn)行；若用紅外熱像儀，宜在早上日出前、傍晚日落后和陰天不下雨時(shí)，才能較好識別線路發(fā)熱地點(diǎn)。一般無人機(jī)巡線時(shí)最好在導(dǎo)線側(cè)上方沿導(dǎo)線飛行，無人機(jī)和太陽宜在導(dǎo)線同側(cè)，避免逆光；鏡頭軸線應(yīng)與水平面成一定角度，距導(dǎo)線小于100m。鏡頭的指向（一般可自動調(diào)焦）通常預(yù)先在地面固定好，飛行中不再變動。若需變動時(shí)，靠改變飛機(jī)飛行軌跡來實(shí)現(xiàn)。如果在運(yùn)動的飛行器上配備十分復(fù)雜陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)平臺就可以實(shí)現(xiàn)自動瞄準(zhǔn)，一次成像，然后對輸電線路進(jìn)行精確分析。如果用無人機(jī)巡線，控制無人機(jī)具備GPS自主線路導(dǎo)航控制、地理匹配自動控制、線路桿塔自動跟蹤等飛行控制功能，使無人機(jī)巡線進(jìn)入可根據(jù)輸電線路的走向、海拔高度、轉(zhuǎn)角等全自動化進(jìn)行線路跟蹤飛行控制，使無人機(jī)緊貼著輸電線路進(jìn)行貼身的巡線工作。無人機(jī)飛行穩(wěn)定，具備攜帶穩(wěn)定能力的攝像平臺，同時(shí)安裝可見、紅外熱像攝像設(shè)備，飛行穩(wěn)定，具備攜帶穩(wěn)定能力的攝像平臺，同時(shí)安裝可見、紅外熱像攝像設(shè)備，具備攝像設(shè)備自動控制攝像功能，可以進(jìn)行拍攝地面線路桿塔高分辨率航空影像。無人機(jī)具備線路桿塔自動跟蹤識別技術(shù)、攝像快速對焦成象技術(shù)，使安裝的可見、紅外熱像攝像設(shè)備自動對焦到線路桿塔等目標(biāo)，快速曝光，生成高清晰的地面桿塔、線路、樹林、絕緣子、金具等可見、紅外影像，具備自動輸電網(wǎng)故障識別攝像功能，這樣就可以進(jìn)行無人機(jī)自動飛行巡線，輸電網(wǎng)故障自動識別功能，使輸電線路巡線走向自動化方向發(fā)展。四、柔翼無人機(jī)輸電線路巡線的優(yōu)勢利用柔翼無人機(jī)巡線，柔翼無人機(jī)作為先進(jìn)的生產(chǎn)工具和作業(yè)手段，與傳統(tǒng)巡線方式相比較具有多方面優(yōu)勢：1、與常規(guī)人工巡線相比，不受地形限制、巡線效率大大提高、可將拍攝的數(shù)據(jù)帶回分析，使得巡視不留死角，降低人工勞動強(qiáng)度、減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。飛行器對桿塔整體進(jìn)行拍攝局部放大進(jìn)行拍攝與機(jī)器人巡線相比，可以對750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、35kV等各電壓等級輸電線路進(jìn)行巡視而不必做任何改動；速度、效率是機(jī)器人巡線的數(shù)10倍。與衛(wèi)星遙感相比，不受氣象云層覆蓋的影響和重訪周期的限制，且費(fèi)用低。與載人飛機(jī)和飛艇遙感相比，運(yùn)營成本低，免去了調(diào)機(jī)、停機(jī)的費(fèi)用和時(shí)間，而且不需要進(jìn)行飛行員培訓(xùn)、飛行申請，可快速的、隨時(shí)隨地進(jìn)行巡視。不受氣象、地理?xiàng)l件的影響。一般柔翼無人機(jī)巡線，無人駕駛，適應(yīng)更激烈的機(jī)動和更加惡劣的飛行環(huán)境，更適于執(zhí)行特殊時(shí)期危險(xiǎn)性高的任務(wù)；不會造成人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)；生存能力強(qiáng)，機(jī)動性能好，使用方便、效率高；不受高壓輸電線地處高山峽谷、河流草甸、無路無人區(qū)，輸電線路跨度大影響，也不受當(dāng)?shù)貧夂驐l件復(fù)雜冰災(zāi)、雷擊、暴雨、洪水、臺風(fēng)、霧、夜晚、冰雹、污染等影響，更不受其環(huán)境地質(zhì)變化多樣的地震、塌方、泥石流、水侵、火災(zāi)、樹林生長、風(fēng)刮物等影響?？蓪?shí)現(xiàn)快速巡線，短時(shí)間內(nèi)快速獲取影像資料，實(shí)時(shí)回傳，實(shí)時(shí)決策，效率是傳統(tǒng)人工巡視的數(shù)十倍；且比有人機(jī)、飛艇、衛(wèi)星快，費(fèi)用低。小巧靈活。小型無人機(jī)單人攜帶，大型無人機(jī)只要一輛面包車就可以運(yùn)輸，且不需要特別的起飛場地。使用和維護(hù)費(fèi)用低、效率高，方便投運(yùn)、容易掌握；一次投入后，每次巡線費(fèi)用極少；由于無人機(jī)設(shè)備歸輸電線路工區(qū)所有后，何時(shí)巡線可由自己決定；而租用有人直升機(jī)、氣艇，不但價(jià)格高，還入后，每次巡線費(fèi)用極少；由于無人機(jī)設(shè)備歸輸電線路工區(qū)所有后，何時(shí)巡線可由自己決定；而租用有人直升機(jī)、氣艇，不但價(jià)格高，還處處受制于人和天氣，準(zhǔn)備時(shí)間長，不利于使用。9、可以識別各種輸電線路缺陷問題?？梢宰R別架空輸電線路的基礎(chǔ)、塔體、支架、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘、耐張線夾、懸垂線夾等容易發(fā)生事故等關(guān)鍵部位，也可識別人為設(shè)備、偷竊、樹木放電、雷擊、污染、霧氣等影響輸電線路造成線路性能下降的問題。五、柔性翼無人機(jī)技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)重量：≤kg80；起飛重量：≤120kg（載重40kg）；發(fā)動機(jī)：180四沖程發(fā)動機(jī)，功率20hp；翼傘面積：30㎡；遙控距離：15km；留空時(shí)間：5h；最大速度：50km/h；最大飛行高度：3000m；柔翼無人機(jī)機(jī)地面狀態(tài)圖柔翼無人機(jī)機(jī)飛行狀態(tài)圖六、結(jié)語傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對于山區(qū)和大江大河等的輸電線路巡檢存在很大困難，有一些巡檢項(xiàng)目靠常規(guī)方法根本就難以完成。利用柔翼無人機(jī)巡線，可以減輕工人“千里巡線”的勞動強(qiáng)度，降低高壓輸電線路的運(yùn)行維護(hù)成本。柔翼無人機(jī)機(jī)身輕巧，并裝載有先進(jìn)的航測系統(tǒng)，和有人飛機(jī)