广东电网有限责任公司潮州供电局 521000
摘要：近几年，无人机飞行器得到了迅速发展，使得作为无人机系统“神经中枢”的地面站控制系统功能越来越复杂，数据传输量越来越大，对通信的实时性要求更高。本文对多旋翼无人机自主飞行手机地面站系统进行分析，并将该系统应用到实际的工作中去，使系统应用得到了验证。
关键词：多旋翼无人机；自主飞行；手机地面站系统；推广应用；
多旋翼无人机的高效和稳定性，决定了其在电力行业中应用的可行性和重要性。其独特的工作原理，受到输电人巡视作业的青睐。为进一步推广无人机在输电线路巡视工作中的运用，我们将无人机地面站系统更多运用到线路巡视中去，使得无人机地面站控制系统功能越来越复杂，对通信的实时性和准确性要求更高。因此，我们从职创项目入手，通过研究无人机地面站系统，来更好解决这个问题。
2017年部门的职创项目“多旋翼无人机自主飞行手机地面站系统”创新开发了一套基于Android系统智能手机的多旋翼无人机自主飞行控制任务系统（手机地面工作站），可实现使用手机进行多旋翼无人机路径规划和自动巡航，该套系统已通过第三方测试。本年度在去年的基础上进行推广应用，我们将该系统应用到我市凤凰山区和饶平沿海区域的巡线无人机上，以检验该套系统在不同环境下的运行情况，并根据应用效果对该系统进行改进和完善。
地面站系统组成是由遥控器、手机、视频显示器、电源系统、电台等设备组成，简单的来说就是一台手机上装有控制飞机的软件，通过航线规划工具规划飞行的线路，并设定飞行高度、飞行速度、飞行地点、飞行任务等通过数据连接的数传电台将任务数据编译传送至飞控中，从而达到我们所需要的飞行任务。
本次推广应用，我们选取了220kV韩饶甲乙线、金邹线作为我们应用线路，结合近期公司对于“合成绝缘子常温封胶”“五跨四临”等重点巡视工作进行落实，根据输电线路重要区段的区分，分别进行了精细化巡视和普通巡视。在整个实际运用中，我们先给地面站开机，打开地面站软件，在软件中加载地图，将无人机放在平坦区域，连接地面站，在地面站上观察飞机的各种状态是否正常，是否达到起飞条件。在确定作业区域之后，开始规划航线，给飞控开机，通过路径规划算法生成航迹点，上传航线至飞控，再设置自动起飞及降落参数，如起飞时离地速度，抬头角度（起飞攻角，也称迎角），爬升高度，结束高度，盘旋半径或直径，清空空速计等，然后检查飞控中的错误、报警，一切正常，开始起飞飞向任务点，执行任务，最后在降落。无人机在飞行过程中如果偏离航线，飞控就会一直纠正这个错误，一直修正，直到复位为止。假如出现不可修正的路径，也可以由飞行助手用机带遥控器进行修正，以防止无人机失控出现坠机现象。当作业完成或者电量不足时，无人机会自动返航。
就目前而言，多旋翼无人机作业操作简单、机动灵活性强，悬停稳定性高，在输电线路巡视中被广泛应用，对输电线路巡检工作可总结以下特点：杆塔本体精细化巡视（绝缘子，金具、地线、各横担挂点等）、线路导线本体故障点巡视（导线散股、断股、雷击跳闸点等）、线路通道巡视（违章建筑、树障等）。多旋翼无人机大多采用锂电池作为动力电源，电池容量有限，使得在野外工作受时间影响因素较大，常规作业环境下一般只能支持15-20分钟左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为节省时间成本，提高工作效率，本次“多旋翼无人机自主飞行手机地面站系统”主要开发输电线路通道树障排查、输电线路导线跳闸点排查两个模块的应用。
首先开发模块输电线路通道树障排查，当线行下树障与线的安全距离不够的时候，就会出现放电、跳闸等事故，且当该树林为经济种植树时，人类活动迹象明显，极有可能诱发人身伤亡事件。树障与线路的安全距离判断往往通过登塔观察估算，受观察角度和视觉差的影响，相对于误差较大。就日常巡视来说，输电线路所处环境恶劣，档距长，线路弧垂大，常规的通过人巡方案，如果要较为准确的计算导线弧垂与树木的距离，则需要专业的高杆、经纬仪等笨重仪器进行距离的测量。至于手动控制无人机方面来说，同样也对弧垂点较大的线路段进行拍照，在进行距离的判断，同样存在误差的问题，同时人为机械性操作的无人机坠机风险时有发生。如若输电线路树障点多处，增加了劳动强度，降低了工作效率，发现树障与导线安全距离不足时已为时过晚，往往出现砍伐赔偿问题的纠纷，且需要各方配合，难度可想而知。通过此模块的开发，对存在树障且档距较大的线路，通过无人机自主飞行，对相关电压等级线路对树木安全距离数值的输入，对树障的距离进行实时有效的监控，通过对手机地面站系统数据分析，在后期的树障生长周期的跟踪也有相对的借鉴作用，线路通道树障情况，反观常规的人巡方案而言，大大的提高了工作效率，能够有效的对树障进行早发现、早预防、早整治，及时有效的进行处理，对线路运行风险、供电可靠性有着重要影响作用。
其次就是为了输电线路导线跳闸点的排查，当线路处于多雷区时，尤其是高山丘陵地区，雷暴等极端天气出现的频率和强度加大。防范雷电灾害对供电系统的安全、稳定运行具有重要意义。供电系统安全、稳定运行对生产生活的重要性不言而喻，对供电安全提出了更高、更严格的要求。输电线路是供电安全稳定的生命线。近几年来，雷击线路事故频发，造成多起断股、开关跳闸等停电事故时有发生，对供电安全生产可靠性造成很大的威胁，当跳闸故障点落在导线本体上时，后期的排查工作受环境影响因素较大，早期的排查方法要进行停电人为上导线进行走线排查，对停电率的降低，人身意外风险都有着不可避免的影响作用。人为操作无人机巡视有时易受电磁干扰严重，沿导线飞时，无人机会出现前冲，掉高现象，严重时，会发生飞控系统失灵，图传信息的丢失等现象。为保证高效准确的将导线跳闸点找到，保证人身安全的准则，降低停电率的原则，通过无人机自主飞行，在飞行过程中，对相关杆塔坐标的输入，设定无人机与导线距离，一般设为2,5m-3m，进行该段线路的飞行，同时可以设定拍照间隔时间，一般1s-2s的时间，相对于传统的排查故障点方案而言提高数倍的工作效率，能够高效的完成跳闸故障点排查任务。
本次项目的推广应用，主要基于多旋翼无人机的可靠性，巡检方式灵活，成本低等优势而得到的推广应用，除恶劣天气以及在特高压输电线路特殊电磁干扰的环境下，基本能够正常运作。在运用的过程中，也我们不难发现，手机地面站系统的动作跟系统中我们给予的基础数据有极大的关系，特别规划航线中的飞行点的坐标准确性问题，将对整个飞行过程产生很大的影响，只要坐标稍有偏差，航点的误差将很大，飞机就无法按照最精确的航线进行，来到了作业点之前，有时候就需要人工进行遥控调整姿态，以达到最佳的作业线路和拍摄效果。通过在“多旋翼无人机自主飞行手机地面站系统”平台上进行相应的应用，对输电线路通道树障排查、输电线路跳闸故障点排查有帮助，能够有效、高效的作业，识别相应的故障点，形成清晰的报告，将成为今后的线路运检工作的提供宝贵的数据。
参考文献
［1］罗珊，陈睿璟，路引，等．便携式地面测控系统［J］．兵工自动化，2012，31( 8) :14-16．
［2］刘树锋，陈欣，刘标．小型化无人机实时飞行仿真系统结构设计［J］．兵工自动化，2014，33( 6) :27-31．
［3］仲筱艳，黄大庆．基于 ArcGIS 的无人机测控站地图导航模块设计［J］．遥测遥控，2014，35( 5) :25-31．
论文作者:陈凌宇 李有名
论文发表刊物:《科技新时代》2018年7期
论文发表时间:2018/9/20
标签：无人机论文; 地面站论文; 线路论文; 系统论文; 导线论文; 作业论文; 旋翼论文; 《科技新时代》2018年7期论文;