无人机智能巡检关键技术分析论文_杨晓宇，张杰，刘洋，张晓萌，周佳

摘要：对无人机智能巡检的特点进行了总结，提出了无人机智能巡检的关键技术，需要做好最小安全距离计算、相机在有效监测范围内、做好地形因素影响下的路径优化、合理应用倒U型路径巡检，从而有效确保无人机在输电线路智能巡检中的效果和安全。

关键词：无人机、输电线路、智能巡检

1前言

无人机智能巡检主要依托无人机智能飞控系统实现无人机的巡检飞行，实现精准拍照，提升巡检效率，在变电站附近建设无人机固定机场，实现无人机长时间续航，实现前端数据高效率采集和自主学习[1]。无人机驾驶、精确定位和控制技术，是无人机精细化巡检的基础和前提，涉及到无人机飞行控制系统软硬件的一整套协同工作系统，规划好飞行的路径和航线后，可遥控无人机自动起飞、自动飞至指定巡检作业点进行自动拍摄巡检，拍摄的位置、拍摄角度和方式、拍摄参数可自动调整和环境自适应，并且拍摄完成后可按照预设航线自动返航[2]。同时，通过多次巡检对飞行坐标点的采集、航线记录和复用、校核，不断优化航线，完善巡检作业方案。但是在无人机智能巡检的过程中，需要对一些关键技术进行优化，降低飞行风险，提高巡检质量。

2无人机智能巡检关键技术

2.1无人机的最小安全距离计算

无人机在输电线路日常巡检的过程中，为了拍摄更加清晰的照片，发现线路中存在的缺陷，会近距离飞行，而且离带电线路越近拍摄的越清晰。而无人机上的电子设备很多都是依靠GPS等卫星定位系统进行命令和信号的传输，若离带电线路越近，受到的电磁场影响也会越大，甚至会出现一些杂波，导致数据不准确，无法确保巡检的正常完成。因此，在无人机巡检的过程中，需要考虑无人机的安全飞行距离，因此，需要对无人机的最小安全距离进行计算，计算公式为[3]：

其中，11，12为满足无人机电子设备磁场强度要求时距离对应边相导线的水平距离；13,14为满足无人机电子设备电场强度要求时距离对应边相导线的水平距离；X1为风力造成的可允许最大飞行偏差，x2为飞行定位系统误差所造成的飞行距离偏差，x3为GPS定位仪所造成的距离偏差；x4为测距仪的测距误差；t为无线通讯系统最长延时；v为无人机巡检的飞行速度；a1为机翼长度；a2为机头与主轴间距离；a3为机尾与主轴间距离。

2.2无人机相机在有效监测范围内

无人机在巡检中可以携带各种不同的任务设备，不同的摄影设备因其相机参数不同，拍摄效果也因此不同[4]。若机载监测设备的视场角为，无人机离目标的垂直距离是L（L>S），则有效监测范围：,，如图1所示：

图1 有效监测范围示意图

无人机机载设备视场范围有限，飞行过程中待拍摄目标必须在有效监测范围内。如果无人机沿规划的拍摄路径飞行，没有拍摄到某一点或者是某几个目标点，则该拍摄路径可能不是最优路径。

本项目无人机所搭载的相机为Zenmuse Z3，其视场角为35-92°。根据上述计算方法，可得：

则在离杆塔2m时该相机对应的有效拍摄范围为2.52m至4.14m。

2.3做好地形因素影响下的路径优化

在无人机智能巡检的过程中，由于地面高程不同会导致理论航高不固定，依据地形起伏可以分为较平坦地区和山区。

在较平坦地区不需要考虑地形变化给无人机飞行带来的影响，可根据飞机的续航时间和航线的条数来合理安排飞机的架次和走向，根据设点的航点进行飞行。

山区的飞行路劲设计较为复杂，需要根据山区的实际地形情况进行合理分析。首先，应该根据任务要求确定所飞行的路段时山谷还是山脊，山谷航线的设计重点考虑航线的位置离山顶的距离，以免出现飞机撞上山壁。山脊航线则只需以山体的高度加上相对高度则可确定飞行高度。

山区地形复杂，为保障飞行安全，避免无人机与障碍物发生碰撞，需将航飞高度升至离杆塔顶部100m左右。考虑到无人机飞行安全与操作方便，无人机一般采用水平飞行和垂直飞行，一般不采用斜线飞行。由此可对上坡和下坡提供如下两种巡检路径：如图2所示。

上坡。当无人机从海拔低向海拔高的杆塔进行巡检时，首先对海拔低的杆塔T1进行倒U型巡检，然后垂直往上飞行至L1m，再对海拔高的杆塔T2进行倒U型巡检。

下坡。无人机从海拔高向海拔低的杆塔进行巡检时，首先对海拔高的杆塔T2进行倒U型巡检，然后垂直往下飞行L2m，再对海拔高的杆塔T1进行倒U型巡检。

其中，H1为T1海拔高；H2为T2海拔高；H3为T3海拔高；h1为T1杆塔高；h2为T2杆塔高；h3为T3杆塔高。

4结论

（1）无人机用于电力作业的方式为运行维护工作提供了先进可靠的新途径，实现线路的按时巡查、及时维护，能有效发现地面巡视难查找的缺陷，能有效保障电网安全稳定运行，另外无人机还可用于电力日常巡检、应急抢修等，为电力生产提供强力支撑。

（2）在输电线路智能巡检中开展无人机作业需投入一定的人力、物力、财力，需要选择适宜的无人机运作模式，建立规范的无人机作业管理体系，建设适当的无人机补给站，完成机载吊舱、飞行标识牌以及维护人员的配置等工作。

参考文献：

[1] 王伟斌，王城钢.东北电网500 kV输电线路带电作业现状[J].东北电力技术，2006，23（11）:78-80.

[2] 胡毅，王力农，刘凯，等.750kV同塔双回输电线路带电作业技术研究[J].高电压技术，2009，35（2）：373-378.

[3] 张海军，张国亮，赵雪松，等.500kV紧凑型输电线路耐张塔带电作业工具的研制[J].电网技术，2005，29（24）：82-84.

[4] 于德明，沈建，汪骏，等.直升机与人工巡检效果对比分析[J].中国电力，2008，41（11）：25-28.

[5] 徐云鹏，毛强，李庭坚.输电线路机巡与人巡效果对比及协同巡检建议[J].南方电网技术，2016，10（2）：44-47.

[6] 申静.基于输电线路智能化高压输电线路无人机巡检装置研究与实现[J].国网技术学院学报，2018，15(05):121-124.

论文作者:杨晓宇，张杰，刘洋，张晓萌，周佳

论文发表刊物:当代电力文化》2019年第19期

论文发表时间:2020/4/23

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