孙清
天津市万贸科技有限公司 300012
摘要：飞机作为上个世纪人类历史最伟大的发明之一，承载着人们对天空的无限遐想，并逐步开启了人类研究各类飞行器的热潮。无人驾驶航空器作为载人飞机的衍生品，逐渐成为人类技术创造的焦点。本文对电力巡检无人机电磁场测距及校准技术进行分析，以供参考。
关键词：电力巡检；无人机；电磁场测距；校准技术
引言
随着电力能源规模的逐步扩大，人为的外部破坏引发了严重的自然灾害和其他隐性因素，电力线的安全运行中出现了前所未有的问题。长期以来，功率控制是手动进行的。
1无人机技术的原理与功能
目前，输电线路巡检中最常应用的无人机一般是UH无人机(又称“遥控直升无人机”)与M4Ｒ无人机(又称“四旋翼无人机”)。其UH无人机主要由地表摄影与操控系统、影像收集与传送设备、遥控直升本体等多部分组成。它的主要功能是利用人工遥控，精确地飞行到相应的输电线路周边，在确保机身安全的前提下，悬停在电力线路附近，收集相应输电线路的视频图像，然后利用现代无线图像传送设施，精确传输到电网后台，方便工作人员查看输电线路状况。而M4Ｒ无人机则通常由M4Ｒ无人机身和M4Ｒ地面站两部分构成。它不但悬停性能、起降能力突出，而且能够携带先进的高分辨率微型摄影仪、无线图像传送器等，可以进行输电线路高清图像采集，远程目标传送。在具体的巡检工作中，M4Ｒ无人机在地面站的对应引导作用下，先是沿着目标电网飞行，当飞行至安全距离，到达输电设备周边后，就会主动悬停合适的空间位置，选择科学合理的角度采集相关图像，而后精准传送到地面站。当需要调整被检测的电力设备与图像摄影仪时，工作人员则只需适时控制M4Ｒ无人机的减振云台。
2无人机产业发展现状
2.1发展机遇与阻碍
伴随着我国科学技术的不断发展,我国对于无人机系统的研究也逐渐增多，其作为农业植保、应急救援、水域巡查、能源巡检、交通物流、地质勘探和娱乐消费等不同行业及细化应用场景中传统作业方案的有力替代者频频出现，进而催生出了“无人机+行业应用”的新兴产业商务模式，并将直接或间接对第一、二、三产业的诸多领域产生深远影响，预计可形成超十万亿产值的经济规模，在社会经济增长中发挥出越来越重要的作用，为国民社会经济发展注入新动能。现下，无人机实际应用在具备良好发展势头的同时，也面临着测控与监管两大核心痛点问题的困扰。一方面，目前的无人机测控，无论是手持遥控器、便携控制站、车载站、固定站，基本都是一站一机的点对点测控方式。点对点测控方式存在着建设成本高、频率资源紧张、控制范围受限、多机协同困难等诸多缺点，已不适用于现阶段的应用发展需求。另一方面，“黑飞”、“乱飞”等现象时有发生，民航安全、重大活动安全、重要目标防护等方面存在风险隐患。若想推动无人机产业有序快速发展，重点需以有效技术手段革新固有顽疾。5G蜂窝移动网络技术的出现，则有望成为解决无人机行业应用痛点的一剂良药。
2.2运营商进军无人机产业的契机
在我国，无人机政策开始实施落地，低空环境得到逐步放开，无人机行业由野蛮转为健康的生长模式，产业即将迎来黄金发展窗口期，并直接引领低空经济爆发式增长。在此背景下，以市场、技术和5G为首的三大核心驱动力，将促使基础电信运营商加快步伐进军产业互联网市场，而无人机作为产业互联网市场的重要组成部分，将成为新一轮业务竞争焦点。此外，无人机行业固有的应用痛点，也将进一步牵引基础电信运营商的介入。基础电信运营商拥有丰富的蜂窝移动网络资源，而随着我国正式步入5G时代，5G网络开始正式商用和大规模部署，运营商具备了向无人机产业输出服务能力的基础。基础电信运营商的加入，可使无人机产业焕发新机。
3电网行业巡检无人机智能地面监控系统的设计与实现
飞机的控制命令和控制参数主要取自未配备无线电传输模块的飞机。当系统正常运行时，首先检查无人机与地面控制模块之间的无线数据传输是否正常。如果通信正常，它将等待地面控制模块和无人机飞行器控制系统发送的控制命令和控制参数。根据控制和监视参数，将消息发送到地面控制模块。确认消息后再进行数据传输。当无人机系统执行电气检查时，无人机首先需要确定评估的目的，并且在任务结束时，进入检查飞机和返回路线的操作，飞机进入无人机和地面控制系统。在数据传输之后，使用该系统的飞机将上述信息已传输到无人机的飞机调用了无人机算法，该算法实时设置当前航线并将路线规划回实际位置。当要检查的飞机到达被检查的车辆时，会从检查员图像中收集信息，并在其中插入实时监视和验证对象以及每个类别的实时位置信息。电气检查。由于有了无线模块，它又回到了地面，控制系统正在执行失败的诊断任务。完成电气检查后，无人机将以预定的返回路径返回指定位置。
4检测元件的感生电流与场强的关系
输电线路近场区电场属于准静态场，其电场值按照工频频率缓慢变化，故本文借助静电场来完成近场区工频电场的分析。处于工频电场中的导体内部电荷受到工频电场的影响达到静电平衡，在导体表面沿电场线方向进行正负电荷的重新分布而达到内部电场为零。由于工频电场强度随时间变化，电场强度值按三角函数规律变化，导致导体表面分布的正负电荷也按此三角函数随时间的变换而缓慢变化。导体中电荷左右移动，产生感生的交变电流。此电流的变化频率反映了电场强度的变化频率，电流的大小反映了电场强度的大小，通过检测工频电场中导体的感生电流可以计算出该导体所在位置的电场值。
5电磁场传感器干扰与校准
5.1电场检测的硬件设备
电场探测系统是无人机检测外部电场信息的途径，是决定电场避障系统能否实现无人机避障的基础。电场探测系统主要由电磁场传感器组成，传感器的选择为后期数据处理提供了稳定可靠的硬件基础，而且直接关系到无人机能否正确并且快速的感知到电场信息。
5.2梯度下降算法
梯度下降算法是迭代法的一种,可以用于求解最小二乘问题。在求解机器学习算法的模型参数，即无约束优化问题时，梯度下降是最常采用的方法之一。顾名思义，梯度下降法的计算过程就是沿梯度下降的方向求解极小值。在求解损失函数的最小值时，可以通过梯度下降法来逐步迭代求解，得到最小化的损失函数和模型参数值。利用搭载电场传感器的无人机测量电场，存在两方面问题：一方面是测量的电场易受周边导电物质的干扰，从而发生畸变；另一方面是电场传感器计算电场值和信号通信存在一定时间的延时，造成显示的电场值为之前某一位置的电场值。故无人机测量的电场值存在畸变系数和位置变化量两个变量需要修正。
结束语
对1000kV线路进行电磁场仿真分析，提出了两种不同的安全距离判别方法，一种是设定输电线路10kV/m的电场安全阈值，对无人机进行粗略控制；另一种是将高度与电场值相结合，反演出无人机与输电线路的精确距离。考虑到无人机材料对电场的屏蔽效能，开展了电场传感器的位置优化，提出了电场探头安装高度与无人机翼展之比42%为最佳。
参考文献
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