何成、丁峥、周东昌
国网湖南省电力有限公司输电检修分公司 湖南 衡阳 421000
摘要：随着当前我国社会经济的快速发展,整体社会的电力需求量日渐增大,高压输电线路数量也不断增多,传统的人工巡视方法已经逐步被新型固定翼无人机巡视所取代。本文作者探讨了500kV固定翼无人机在山区输电线路巡视中的应用。
关键词：500kV；固定翼无人机；输电线路
0、引言
固定翼无人机具有续航时间长，速度快的性能优势，能够克服路况差、路途远等地理条件的困难，通过搭载的高清可见光设备从高空拍摄杆塔高清正射图像，通过后期专业软件对拍摄结果的分析，得到线路整体GIS数据、通道环境及整体运行状况的第一手资料，实现输电线路智能巡视。
1、固定翼无人机巡检功能简述
固定翼无人飞行器，适用于短距空中影像获取，如用于电力线路走廊、油田管道、森林、农作物监测、突发性事件监查、地理信息获取等。为飞行配备的地面控制站仅为一台电脑和一个数传电台，携带方便，操作便捷，准备时间短，便于回收。整系统的操作最少只需两人即可完成，一位作为导航师，一位作为飞控手。可实现电力巡线作业的无人机平台较多，为贴近巡检作业的需求，选择合适的无人机执行任务，需要从业务需求本身出发，逐层确定所需巡检对象、载荷类型、载荷参数无人机参数，最终完成无人机记性的选择，本文以XH-G1型固定翼无人飞行器为主。
2、固定翼无人机巡检系统功能定位及优缺点
（1）固定翼无人机具有速度快、滞空时间长、飞行半径大等优势，可主要应用以下几个方面：①输电线路、杆塔机械故障、热缺陷和局部放电等故障检测；②基建线路选址，可替代人工实地查看，提高线路选址效率；③输电线路走廊的整体普查，及时发现线路走廊内违章建筑和高大树木；④灾后应急评估，可为救灾抢险提供第一手的现场资料，为决策部署提供事实依据。明确固定翼无人机巡检系统的功能定位可与有人直升机和无人直升机形成功能互补，满足不同现场的功能应用，是输电领域智能化建设的集中体现。
（2）固定翼无人机由于结构上的优势，以及飞行原理上的优势，引擎不需要克服机身重力。理论上电机的推力只要在机身重力的1/10量级上就可以飞起来，多旋翼需要大于机身重力的大推力电机才能飞起来。因此在相同规格参数下，固定翼无人机和多旋翼无人机相比较，固定翼可以装载更大的电池或更多的设备，同样容量的电池也可以飞行更长时间，所以续航时间完全超越了多旋翼。再考虑到速度上的优势，固定翼的航程一般能达到80km/h以上，是多旋翼的三五倍。在搭载同样设备的情况下，可对线路进行更大范围的排查。
（3）就长线路大范围排查而言，更需要长航时、长距离地飞行，故而选择固定翼无人机，但固定翼无人机并不是没有缺点。固定翼最大的两个缺点：①通固定翼无人机常常需要很长的跑道来起飞，发动机向后推动气流，要得到向上的升力必须有足够大的前进速度，这样气流从前向后流与飞机的相对速度才能足够大，根据流体力学理论，才能分解出足够大的向上的升力，使飞机起飞。因此，普通固定翼飞机需要足够长的跑道帮助飞机助跑，使飞机加速到足够的速度，才能产生足够的向上的升力；②固定翼无人机由于飞行速度快，舵面灵活，受风影响大，容易发生侧翻事故，因此对无人机操作员的要求较高。
3、固定翼无人机在输电线路巡视中的具体应用
3.1飞控系统
（1）飞行控制系统的应用可实现在飞行速度、高度、航向等方面的应用，并可控制无人机的自动起飞、盘旋，并可在飞行阶段实现着陆路线的基础上随时对飞行任务进行调整，独立的控制摄像机和照片的位置信息也可作为飞行控制系统进行记录。主要包括卫星导航模块、飞行控制模块、电源模块、速度控制模块、通信模块、地面站软件系统，通过这些系统的组合，实现无人机的自动驾驶。
（2）地面遥控系统主要是基于PC机设备、监测站、制导设备和外部接口设备的支撑。实现无人机目标的跟踪和远程控制命令的执行。大多数远程控制订单和数据需要事先制定，然后才能生产出来。经由地面站到达无人机上的相应监测站。无人驾驶飞机进入地面站覆盖区域时，应向内部人员发出并执行控制指令，使其能够完成操作和完成规定的任务。该系统由指令编码器、载波调制器、监控站、发射天线、副载波调制器和地面探测接收设备组成。
具有电子地图功能的地面站软件，可以实现无人机任务过程中任务目标和路径的临时变化，并能及时进行半自助远程控制。同时实现了飞行数据的准确记录和离线播放，包括自动导频供电电压监测、飞机电源电压监测和电流监测、卫星定位精度监测。自动驾驶仪温度控制等。制作巡逻地图，装入地面站软件，然后拖放一个矩形在屏幕上。如果将卫星导航点输入到该导航点，则可以独立生成无人机飞行路线。地面站可以详细显示无人机的飞行速度、高度、坐标等信息。同时，它还可以由地面站控制，如自动返回、悬停、降落等。
3.2图像收集与处理
无人机可配备单台摄像机，在低空条件下可获得高分辨率图像，可在云雾中获取光学图像，在探测环境中也可以飞得很高，实现长距离飞行。增加一个皮托管，有助于实现对飞行速度的精确控制，使无人机能够在导航阶段实现中长距离图像摄影，提高图像的重叠率达到40%以上。把所搜集到的图片进行加工处理，之后便可发现线路中所存在着的外破隐患等问题。应用计算机软件系统实现图像拼接处理，得到完整的图像线，更易于管理。
4、针对固定翼缺点的两个解决方案
基于上述的两个问题，为确保固定翼无人机安全稳定运行，提出了两个解决方法：
4.1固定翼无人机起飞与回收
4.1.1固定翼无人机弹射架
固定翼无人机弹射架由四个部分组成：①弹射架导轨：轨导轨由两根1.2m的方形镂空铝材组成，互相钩嵌受力上紧后，导轨上方是一条空心的轨道，下方是两根宽3cm长80cm的方形铝材，用于支撑导轨形成一定角度；②弹射架动力：动力来源于一根展开长度为2.2m的皮筋，能够在负载5kg以内迅速回弹，提供持续动力；③无人机支架：由两根垂直固定的铝材，上方固定两个海绵轮子，用于支撑无人机的机翼部分，一根有锁定/回弹机构的铝材，上方制作凹槽，用于钩住无人机下方的倒钩。三根铝材形成三点支撑，固定无人机平稳；④弹射架击发机构：击发机构由锁定和扳机两个部件组成，将无人机支架推向弹射架尾端，卡入锁死机构后，通过一根2m长多股钢丝牵引，扳机可控制锁定机构开锁，无人机即可弹射出去。
4.1.2无人机伞降
降落伞重量150g（带伞绳），投影直径1.6m，伞绳长度2.5m，载重开伞降落速度为1.5～4m/s（视风力大小而定）。利用伞降回收无人机，可精准控制无人机降落点，使无人机降落得到缓冲，避免降落时的冲击力对无人机的机载设备造成损坏。亦可在发生突发情况时，及时打开降落伞，让无人机缓慢下降，减小坠机的风险。
4.2固定翼无人机飞控系统
无人机飞控系统是集成GPS接收机、三轴MEMS陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁传感器、高精度气压计，以提供高精度姿态模式。可限制固定翼无人机最大倾斜角度，防止固定翼在操作不当的情况下侧翻。同时能够实现自动盘旋和自动降落，可以最大程度减轻操作压力。
5、结束语
总之，随着科学技术的不断进步和发展，无人机的应用门槛越来越低，无人机已经融入到现实生活的各个方面。它不仅降低了传统人工检测的操作风险，而且有效地提高了工作效率，降低了运行维护成本。因此，应用固定翼无人机是一种经济、可靠的工作方式。无人机检测的优越性将越来越突出，无人机检测将成为一种安全、高效、通用的输电线路检测方法。希望在今后的工作方向也可致力于无人机性能的开发上，让无人机制性能可以越发的完美，为工作带来更大的便利。
参考文献：
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