输电线路无人机巡检系统的设计分析汤培良

输电线路无人机巡检系统的设计分析汤培良

汤培良

杭州格创新能源有限公司浙江杭州310019

摘要：输电线路无人机巡检系统对于输电线路的安全保障有着至关重要的作用，可以说无人机巡检系统的准确性和稳定性是保证整个电力系统正常运作的重要前提。无人机巡检系统主要行使输电线路的监测工作，该系统的反应十分灵敏可以在短时间内准确传输信息，而且还具有稳点性高，操简单的特点。无人机巡检系统可以自主导航或者以定向操控的方式并结合相机、红外设备等装置对输电线路进行全面监测。工作人员可以通过无人机巡检系统所监测的结果来把握输电线路的安全状况。

关键词：输电线路；无人机巡检；设计；分析

随着经济的发展时代的进步，电力行业也在发生着突飞猛进的变化。为了满足人民日益增长的生活需求，电力企业做出相应举措，不断地扩大电网规模。电网规模的扩大一定程度上加大了输电线路安全性能的监控难度。而且加上这些年对贫困山区扶贫力度的加强，在险要地势上的输电线路也比以前多了许多。只依靠人为监测输电线路的安全性是不能够在规定时间内完成任务的，而且危险性极高。如果发生电路故障或者电路险情，是不能够在第一时间准确判断发生故障的具体原因和位置，更不可能提前做好预防工作。所以引入无人机巡检系统对输电线路的监测工作有着极其重要的作用。引入输电线路无人机巡检系统，既解决了输电线路安全监测困难的问题，又极大的提高了输电线路的监测效率。所以电力企业应该加大对输电线路无人机巡检系统的设计投资力度，以确保电力运输准确无误的高效传输。[1]

1、无人机巡检系统的组成

1.1机载体部分

机载体部分其实是整个多旋翼无人飞行器，多旋翼无人飞行器是由飞行器本体、机载电源、机载飞行控制系统和机载任务系统组成。飞行器本体是由机体、旋翼组件和起落架组成。机载飞行控制系统是由飞行导航、防碰撞预警和遥控遥测数据链的机载端构成，可以使飞行器有目的性的远程飞行，避免在飞行过程中与物体相撞，稳定准确的采集输电线路信息。机载任务系统装有机载视觉计算机和无线图像传输链的机载端，还具有减震掉舱影像采集的功能，可以保证多旋翼无人飞行器在悬停过程中的稳定性和采集图像的清晰度。这些机载体组成部分是多旋翼无人飞行器灵活性、稳定性、准确性、易操作性的重要保障。

1.2地面部分

地面站系统是由遥控遥测数据链的地面端、飞行控制系统、无线图像传输链的地面系统、影像控制系统和输电线路巡检综合诊断计算机组成。地面站系统主要是快速接收多旋翼无人飞行器传输回来监测数据和影像图片，并通过这些数据综合评判输电线路的安全性能。地面站系统的飞行控制系统可以随时调整多旋翼无人飞行器的飞行方向和速度，可以进行有目的性的监测，提高多旋翼无人飞行器的灵敏性和可控性。

2、无人机巡检系统设计分析

无人机是巡检系统的载体，所以无人机的设计对整个巡检工作起着至关重要的作用。无人机的核心是多旋桨飞行器控制装置。该装置主要由五大部分组成，分别是电机调速装置、飞行控制装置、实时拍摄装置、GPRS通信装置、传感器装置。

GPRS通信模块是用来实现无线电通信的装置，无人机巡检系统所监测到的信息就是通过这种方式传达到地面站系统进行检测分析的。利用无线电通信可以高速远程接收信息或传达指令，既提高了信息的传播速度，又提高了输电线路安全监测的工作效率。

实时拍摄模块的核心是一台高清摄像机，这台高清摄像机可以提高监测画面的清晰度，在输电线路检查过程中，使工作人员可以清晰准确锁定输电线路的问题点。还容易发现输电线路上的细节问题，既巡查整体又监测细节，极大的提高了巡检系统的安全性和技术性。而且该摄像机还具有无线传输功能，可以把拍摄的高清画面直接传输到地面站系统，实现电力工作人员对输电线路安全的时时掌控。

无人机的飞行模式有两种，一种是自主导航飞行，另一种是自主悬停飞行。在自主悬停的过程中既可以和输电线路保持安全距离，又可以以相对静止的状态观察输电线路的状况。飞行控制模块主要功能是对飞行控制的相关运算和硬件资源的管理，这些功能主要是由主控芯片完成的。在整个飞行控制过程中，还需要很多的传感器协调配合。协处理器就是管理传感器的设备，为了使飞行控制模块运行地有条不紊，不同设备之间的协调配合显得尤为重要。飞行速度的控制就需要加速传感器的参与，加速传感器可以为飞行控制提供相应的速度参数，使飞行速度更可控。飞行定位航线问题就需要GPS装置协助处理。

不同模块之间协同合作可以使输电线路的巡检工作有条不紊的进行。整个工作过程就可以通过地面站系统的无线通信设备传达指令到巡检无人机的无线通信装置，对传达的指令进行分析后把信号传达给飞行控制装置，由飞行控制装置对飞行进行相关运算，再把指令传到电机调速装置来实现飞行速度和方向的控制。在飞行过程中，实时拍摄模块不断地记录输电线路的状况，并把高清画面以无线电通信的方式传输到地面站系统的无线图像传输链的地面端。最终由输电线路巡检综合诊断计算机对输电线路的安全系数进行评估。[2]

3、地面巡检系统的运行设计分析

地面巡检系统是由后台上位机、移动检测站、机载设备组成的。后台上位机具有计算机控制与显示软件、遥测图像发射单元、遥测图像接受单元、链路控制模块。移动监测站具有遥控发射单元、遥测图像接受单元、链路控制模块。机载设备具有遥测图像发射单元、遥控接受单元、链路控制模块。这三大部分的共同特点是全天天线、低损馈线。

移动监测站分为地面移动监测站和空中移动监测站两大类。采用移动的方式建立监测站的目的是节约电力工作投资成本，检测站的移动性就可以根据不用的监测点的位置进行空间上的调整。移动监测站指引相对应的巡检无人机在规定的线路上对输电线路进行巡检。巡检无人机把记录的图像以GPRS通信系统传输到移动监测站，电力工作人员会把移动监测站收集到的输电线路安全问题进行分析，并对相应的问题做出应急处理。电力工作人员还会把接收到的信息传输到电力企业总部的后台上位机中，如果遇到了难以解决的大问题，还可以快速询求后台的专业人员。通过专业人员对相关数据快速准确的分析，可以给出科学合理的解决方案。既提高了输电线路无人机巡检系统稳定性和准确性，又提高了电力行业输电线路巡检工作的效率。

最终使得工作人员在输电线路巡检过程，可以实现对线路问题的多角度观察和分析，轻松采集高空输电线路问题，对问题做出高效的处理。降低了巡查工作和输电线路的安全隐患，提高了输电线路巡检的效率和质量。险要地势和恶劣气候是对输电线路巡检工作人员的极大挑战，一个不小心可能就会造成无法挽回的后果。比如雨雪天气的漏电问题，高塔架子打滑问题等，都对工作人员的人身安全有着巨大的威胁。用无人机巡检系统代替人工巡检，既保证了工作人员的人身安全，又保证了输电线路的运行安全。无人机巡检系统大大地降低了人工投入成本。所以输电线路无人机巡检系统对整个电业行业的发展有着重要的意义。[3]

结语：输电线路无人机巡检系统提高了电力工作人员输电线路巡检工作的安全性。工作人员通过地面控制系统，使无人机按指定的路线飞行巡检，并在指定的位置悬停，拍摄高清的输电线路状况。向地面移动监测站或向空中移动监测站传输采集的信息，使得工作人员轻松掌握输电线路的运行状况。收集到的相关数据还可以供电力行业的开发研究。电力是国家快速稳健发展的重要保障，是科技迅猛发展的重要前提，所以电力对于人类的生活至关重要。无人机巡检系统的应用保证了电力运输工作的安全性和稳定性。所以电力行业要加大对无人机巡检系统的研究投资力度。

参考文献：

[1]郭昊坤，吴军基.高压输电线路环境气象监测装置的研究与设计[J].电力学报，2017，32（4）：318-322.

[2]郭昊坤，吴军基.基于物联网的输电线路动态增容监测系统设计[J]电力信息与通信技术，2017，15（8）：37-42.

[3]郑武略，张富春，焦炯，等多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用[M]，中国电业（技术版），2016（4）：70-73.