摘要：无人驾驶飞行器（UAV），通常称为无人机，是一种没有人类飞行员的飞机。无人机是无人机系统（UAS）的一个组成部分，其中包括无人机、地面控制器和两者之间的通信系统。无人机巡线在配电线路中的应用可以大大简化配电网的管理流程，提高检修和维护的效率。
关键词：配电线路；无人机巡线；地面控制
1前言
输电线路需要对接入端口进行定期巡视，主要依靠人工方式的高压输电线路巡检，有着工作强度大、工作效率底下的缺点并对人身安全有着一定的威胁。随着旋翼无人机技术的发展，已逐渐开始利用多旋翼无人机来进行输电线路巡检系统的设置。无人机大多数属于通用产品，其性能与输电线路巡检的特殊要求还存在着一定的距离，本文主要从高压输电线路特殊需求，旋翼无人机在输电线路中应用的弊端及其未来的发展方向进行展开，为后期旋翼无人机在高压输电线路中巡检的应用提供一定的技术指导。
2在输电线路巡检中多旋翼无人机的应用局限
1）续航能力不足。一般多旋翼无人机在目前的市场上一般采用电池供电的方式，续航能力较低，一般只可以维持在30min以内，对输电线路大规模巡检的要求不能满足。
2）无人机在使用过程中其自身的重量与拍摄所要求质量之间的矛盾比较明显。由于电磁环境的影响，用于输电线路巡检的无人机与带电导体需要保持至少10m的距离，这就对无人机搭载的相机或镜头是否具有变焦功能提出了要求，只有这样才可以在巡检中检测到输电线路上缺少的销子、螺栓等。轻质量、小型的无人机镜头不可能实现变焦功能，而携带变焦相机的大型无人机，又存在着体型大、质量重的缺点，使正常巡视无法顺利完成，所以输电线路在巡检中的应用直接被无人机重量与要求拍摄的质量所限制。
3）功能比较简单。由于目前多旋翼无人机的功能主要是拍照摄影，用在输电线路上只可以进行日常的输电线路巡视，对于像带电除异物等检修作用远远无法完成。目前，关于旋翼无人机的各种文献还都停留在实验的层面，距离大规模应用还有很长的路要走。
3无人机巡线在配电线路中的应用
配电线路和无人机系统之间的相互作用是复杂和多方面的。通过分析无人机（UAV）的数据链功能和特性，以确定配电线路巡线的主要性能、复杂性和驱动因素，以实现数据链接。数据链路设计的关键要求是抗干扰（AJ）能力，它可能导致数据速率限制。
3.1数据链接系统
位于UAV的数据链路包括空中数据终端（ADT）和天线。ADT包括射频（RF）接收器和发射器。调制解调器需要将接收器和发射器连接到系统的其余部分。处理器需要在传输之前以适合下行链路的带宽限制的方式压缩数据。卫星数据终端（SDT）和地面数据终端（GDT）通常由若干天线，RF接收器和发射器，调制解调器和处理器组成，如果传感器数据在传输之前已被压缩，则重建传感器数据。GDT可以分成几个部分，通常包括可以与无人机地面控制站（GCS）保持一定距离的天线车辆，来自固定或远程天线的本地数据链路。到GCS，以及GCS中的一些处理器和接口。遥测接收器和发射器已用于无人机数据链，在特定测试范围内的高度控制条件下运行。数据链路使用载波的数字调制发送数字数据。板上传感器数据的预处理也是数字化的，用于错误检测，通过冗余传输接收间歇性干扰、加密和验证码。
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3.2无人机导航和目标位置
无人机定位是根据一些真实或虚拟坐标系找到UAV的物理位置的过程。当无法直接测量无人机位置时，本地化是一项重要任务。通常，基于在给定时间估计的位置信息的准确性来评估具有定位的系统性能。如果使用数据链路方位角和距离测量来确定无人机位置，则必须将天线在地面和小型卫星上的位置和方向精确地称为计算的起点。如果飞行器具有确定其自身位置的独立装置，则消除了这些问题以及对视线数据链路路径和用于高角度分辨率的大型地面天线的需要。全球定位系统（GPS）接收器被视为无人机的标准导航系统。GPS同时测量三个卫星的距离，以确定接收器在地球表面的位置。如果已知四个卫星的范围，则还可以确定接收器的高度。该系统的受限军用版本可提供5至15米的精度，而民用版本则可提供100米的精度。地面站距离GPS接收器100公里，利用其信号。使用所谓的“差分GPS”方法，地面站和小型卫星的增加使得即使对于民用版GPS也能够达到1至5米的精度。从技术角度来看，数据链路方面的最高杠杆改进了机载处理，以降低数据速率要求，更好地理解配电线路运营商任务性能，从而设计出能够充分利用现有数据的程序率。了解无人机系统的适用限制和选项以及选择系统设计，任务剖面和操作员程序至关重要，这些程序允许在无人机的可负担的数据链路约束内执行任务。关于无人机数据链路可能出现接口问题的主要领域包括机械、电气、数据速率限制、控制环路延迟、互操作性、可互换性和通用性。无人机系统有时被设计成在低成本数据链路中利用AJ余量的高数据速率。如果试图在以后升级数据链接以提供高AJ能力，则选择可能仅限于：a.对无人机系统进行重大重新设计，包括对训练和任务剖面的重大改变；b.使用具有跟踪、高增益天线的大型机载继电器的数据链路。
3.3操作系统
操作范围、AJ裕度和成本是无人机巡线操作系统设计中相互作用的因素。范围对权衡的影响可以被认为是阶梯函数———一组适用于在地面站和配电线路的视距范围内操作的链路，并且适用于必须操作的链路超出这个范围。数据速率和AJ边际是连续变量，与任何给定的范围和成本成反比。通常，增加其他三个参数中的任何一个都会增加数据链路的成本。操作范围直接由任务要求驱动，可能是最容易修复的参数。对于视距范围、地面和配电线路的增益可以合理的成本（高达30或40dB）代替处理增益，以允许相同AJ余量的更高操作效率。对于超出视距范围，除非提供大型机载中继车辆，否则不能获得天线的增益。使用低频直接传播或小型中继设备，操作系统的限制为3个因素：数据速率、处理增益和AJ裕度。即使对于中等的AJ边际，可能会充分利用可用的传输带宽，因此权衡成为AJ边际操作速率的直接影响因素。作为一般规则，较高的AJ边距将需要更高的频率。频率越高，硬件成本就越高。工作频率通过其对以下因素的影响涉及上述权衡：a.天线增益的可用性；b.视线与超视距传播特性的对比；c.传输带宽的限制以及因此对处理增益的限制。操作效率是系统设计者和用户最可控制的配电线路权衡中的重要因素。由于最近电子技术的进步，板载处理可以显著减少必须为给定信息内容传输的数据量。控制回路和系统软件的适当设计可以适应由于操作效率降低而导致的时间延迟，并允许在较低数据速率下成功执行任务。在从无人机的视线到超视距范围的过渡期间发生的特性离散变化表明，试图覆盖这两个范围要求的公共数据链路可能会导致配电线路设计成本的增加。对于功能最强大的数据链路，这种区别仍然不明确，因为它们已经被驱动到最高配置，以满足数据速率和AJ要求。
4结束语
近年来，不同类型和尺寸的无人机在配电线路巡线中的应用急剧增加。因此，了解无人机的作用原理和特点具有重要的现实意义。本文对无人机功能、特点等进行了回顾，并分析无人机巡线在配电线路中的具体应用技术，希望能进一步提高配电网维护和管理的效率和质量。
参考文献：
［1］李勇．无人飞行器在特高压交流输电线路巡视中的应用模式研究［D］．北京：华北电力大学，2014．
［2］李少龙．无人机摄影测量技术在输电线路上程中的应用研究［D］．西安：长安大学，2012．
［3］李力．无人机输电线路巡线技术及其应用研究［D］．长沙：长沙理工大学，2012．
论文作者:宋治,王治军,宋强,段李飞,蒋钰,何强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：无人机论文; 数据论文; 线路论文; 链路论文; 接收器论文; 速率论文; 天线论文; 《电力设备》2018年第22期论文;