关钦中
国网黑龙江省电力有限公司检修公司150091
摘要：人工智能技术发展日新月异，电力系统中的特高压技术也被提上了日程，智能电网的建设也离不开相关配套技术的发展。让电力系统长期稳定高效运行不仅需要资源和人力的投入，还需要日常使用中经常进行维护。无人机技术在完成这一任务方面，其优势是巨大的。使用无人机进行电力系统巡检，会遇到很多突发情况，故针对无人机避障功能进行研究，是一项重要的任务。本文针对当前电力系统巡检中无人机避障技术进行了研究。
关键词：无人机；电力巡检；视觉避障技术
1无人机电力巡检用途
无人机利用无线电遥控设备和自备的程序进行操控，可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看作是“空中机器人”。近年来，无人机技术由军用向民用外溢，民用无人机产业化进入普及时代。在电力巡线领域，装配有高清数码摄像机和照相机以及GPS定位系统的无人机，可沿电网进行定位自主巡航，实时传送拍摄影像。监控人员可在电脑上同步收看与操控，实现了信息化巡检，提高了巡检效率，避免了人工巡检时可能发生的安全事故。在山洪暴发、地震灾害等紧急情况下，无人机可对线路的潜在危险，诸如塔基陷落等问题进行勘测与紧急排查，丝毫不受路面状况影响，既免去攀爬杆塔之苦，对于迅速恢复供电很有帮助。然而高压电力巡线毕竟属于高危作业，即便是像无人机这种“空中机器人”参与巡检也需要保障其自身安全，更重要的是保证无人机在复杂的线路条件下不会撞上高压电力线塔，且大约保证至少10m的安全距离。这样便对无人机的避障系统提出了较高的要求。GPS导航和惯性导航是无人机导航系统中的两种常规导航方式，在某种程度上可以间接地避开障碍物，但是分别有易受环境干扰和误差累计等缺点。因此在常规导航技术基础上结合其他高性能传感器的复合导航方案以达到避障效果将是未来的发展方向。当前已有无人机搭载毫米波雷达或激光雷达等设备可以获得很高的测距精度，有利于无人机在巡线时精确感知障碍物的距离与方位信息，但是对于小型商用多旋翼无人机巡线来说，高成本、高功耗的导航传感器并不一定是最佳选择。
2无人机所采用的避障技术
2.1主动避障技术
主动避障技术主要是其系统会主动向外界投射波束，借助外界对波束的反射情形做出判断，进行距离感知。简单来说，这和向井里喊话来判断井的深度是同样的道理。以从向井里喊出声到听见回声的时长为依据来判断井的深度，如果等待回声的时间比较久就证明了井比较深，否则就是比较浅。在无人机的主动避障技术中将接受的声波信息进行了更加细致的分析，以此来判断障碍物的位置、大概装超声波的发射器和接收器，再将其接入整个无人机的飞行控制系统，就可以让无人机通过反射回来的超声波对障碍物的位置、形状等有了相关数据从而实现精准避让。以超声波为基础的感知器所拥有的处理流程较为简单，价格低廉，在实时性方面的需求更容易得到满足。所以这种方式被广泛的应用在无人机中。
但是超声波距离感知器也存在一些不足之处，主要表现在：首先超声波容易受到环境温度的影响，会因所处环境的温度而发生改变，导致接收到的超声波所分析显示出的信息不准确。其次，超声波在具体应用时，如果障碍物反射超声波的能力不强就会导致信息不准确。最后，超声波还易受可闻声波的影响，而这些对于无人机的电力巡检工作都是不利的。（2）红外线。
红外线具有不易受电磁波影响的优点，同超声波一样，它也可以实现非接触性测量，但是红外线所能测量的范围比较近，若想实行远距离测量所需要的成本极大。（3）结构光。结构光主动避障技术是一种利用光学手段进行测距的新型测绘技术，而结构光投射器的设计便是这一技术中的核心所在。它的原理是利用结构光投射器向周围场景均匀投射可控光，再由图像传感器收集分析得出刚刚投射的可控光的图像，通过光学测量系统还原出场景的三维信息。现今结构光避障技术经过与各种编码技术的融合，利用它来测距的精确性得到了大幅提升。（4）雷达。作为常规测距的一种方式，在进行距离测量时拥有固定的处理流程，主要是通过以下的几个步骤：①模数转换器②FFT数字信号处理芯片③求模电路④非相参积累器⑤CFAR检测电路⑥飞控系统。在这样的一个流程中雷达实现了对障碍物的检测和测距。雷达测距比红外线测距所得的信息更加精准，但是同样的，雷达系统的成本较高，并且自身的质量较大，对小型的无人机而言不太适合。
2.2被动避障技术
从字面意思上来看，被动避障技术就是不会主动发射波束的技术，它主要依靠的是直接采集场景信息，再经过计算分析得到障碍物的相关信息。视觉避障是被动避障中的一种较为典型的方式，它模拟了人类的视觉系统，主要通过视觉传感器来收集周围的场景信息，再经过计算整合来感知障碍物的位置，并智能化的给出相应的飞行规划以避开障碍物。这种技术所具备的优势是投资少、精度高。
2.3综合避障技术
在自动避障和间接避障的实际应用当中，就需要充分考虑到各自的长短，及时的做出相应的技术上的优化，要尽可能的结合这两者之间的对应特点，设计出可以有综合性能的解决方案。在以往的研究分析中，也充分的考虑到二者彼此之间的关系和对应特点，也在一定程度上完成了有关领域的突破，在这个研究成果的基础上，就需要我们结合现有的技术和经验，不断的进行有关技术上的创新。在实践的过程当中，不但需要深入的了解二者存在的相关联系，制定出最适宜的方式，使其不断的发展。
2.4视觉避障技术
通过对视觉避障技术的分析，能够发现重点是对电力巡检中的特殊情况进行相关的分析讨论，因为现在野外工作的特殊性，就致使其在一定范围内就具有相当的复杂性和一定艰难程度，需要通过这种实际情景的引进，不断总结有关的经验，不断去分析和解决在发展当中遇到的问题。无人机在具体实际巡检的过程中，需要同时考虑到巡检作业对象本身的巡检差异，如砼杆、铁塔、钢管杆、导地线之间巡检方式的差异，以及外界条件的制约因素，如气温差异、地理差异等不同的外部条件，其具体的算法也需要适应这不同的应用场景，这就使得其在设计和有关避障技术的解决方面需要综合性的考量，以求达到最佳的效果。
3结语
本文通过对无人机电力巡检用途的有关阐述，使得读者可以进一步对其进行深入的了解，也从无人机电力巡检的有关避障技术方面的分析，得出在对应的自动避障、间接避障、综合避障的解决方案的具体实施的过程中，需要结合实际的情况，不断的总结相关的经验，在前人总结的有关经验的基础上，不断的进行有关技术难题上的创新，紧跟时代的步伐，努力寻找出无人机电力巡检避障技术在今后发展上的新道路。
参考文献
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