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[摘 要]文章介绍了四旋翼无人机巡检的优缺点及适用范围，并重点对四旋翼无人机的关键指标、实用示例、发展方向等方面进行了分析。
[关键词]四旋翼无人机 输电线路 巡检
中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0060-01
引言
随着电网的不断发展，输电线路将越来越多，交叉跨越和沿线地理环境也将越来越复杂。目前，输电线路的人工巡检方式常常受到自然条件、巡检设备等因素的制约，难以满足日常巡检工作的标准及要求，寻求先进的输电线路巡检技术迫在眉睫。随着无人机技术的发展，运用无人机技术巡检逐步成为一项新的研究课题。其非接触式、快速高效、多角度全方位的巡检手段搭配各类可见光和红外影像设备，能够全面了解输电线路的运行情况，给后期检修提供依据。
1 四旋翼无人机巡检系统
目前输电线路所使用的无人机主要有无人直升机、固定翼无人机和多旋翼无人机等。无人直升机起降灵活，可自由悬停，抗风、沙、冰、低温等能力强，但成本稍高。固定翼无人机飞行速度快，巡航半径大，滞空时间长，但无法实现悬停。多旋翼无人机可悬停、机动灵活、经济性好，但抗风等的能力差，对气象条件要求高。因此，无人直升机适用于复杂环境及极端气候情况下的巡检及在经济允许情况下的日常巡检，固定翼无人机适用于对输电线路走廊的整体普查及灾害救援期间的灾情调查等的巡检，而多旋翼无人机适用于小范围线路的详查工作，用于替代巡检人员日常登塔检查等工作，且经济性也较好。从日常工作实践总结发现，在多旋翼无人机中，四旋翼无人机最贴合宜昌的地形特点，并在实际工作中应用范围最广，产生效益最明显，本文即选定四旋翼无人机作为研究对象。
1.1 性能指标
四旋翼无人机其飞行器本体机械结构简单，旋翼尺寸较小（ 潜在危害性小、
运行风险低） ，具有重量轻、易携带、易操控、可悬停、效率高、无污染、易维护等优点.能够快速机动地执行巡检任务。四旋翼无人机应从飞行控制参数、飞行稳定性、系统兼容性和完整性几个方面考量在电力巡检中的自身功能需求。
综合各种因素，四旋翼无人机适合在40 min内、3km左右的电力巡检，无人机作业半径lkm，最大飞行风力5级，飞行温度一10℃～50℃，能满足短距离巡线、缺陷检查、故障点查找等需要。
1.2 搭载设备
搭载平台应具有防轻微抖晃功能，并可扩展搭载照相机、摄像机及红外热像仪等用于检测线路金具松脱、缺失和磨损，以及绝缘子劣化、破损或导地线断股等情况，有数据接口用于控制搭载设备镜头移动、拍摄。
1.3 可操作性
采用两人为一组操作作业，包括操控手和云台手。操控手负责控制飞行巡视系统，即无人机部分；云台手负责视频监视系统，发现可疑缺陷可悬停或来回飞行检查。且实时监控和录像功能同時进行，以利于后期分析。
1.4 安全性能
具备失速保护功能，如一键返回、低电压保护、自动起降、防碰撞等功能，在操作不当、电池亏电、气候突变等异常状况下，具备一定的白保护功能。
3 四旋翼无人机亟需解决的问题
3.1巡航时间短。由于电池的容量受其体积的限制，导致巡航时间短。并且在低温条件下，电池动力也会受到影响。
3.2 无法针对图像进行缺陷自动分析。
3.3 无法进行障碍识别。如果能开拓无人机障碍识别功能，并使无人机在合理范围内避开可能遇到的危险，将最大程度地保护线路及杆塔安全，也能有效降低无人机不必要的损耗。
4 四旋翼无人机发展前景
借助四旋翼无人机巡检输电线路技术，可实现多角度、全方位的高空巡检，减少日常巡检和故障查找过程中的带电作业和高空作业，降低架空输电线路巡检工作强度和安全隐患，提高巡检工作效率和质量。特别是在恶劣天气中，铁塔打滑时，代替人工登杆、走线，为电网安全稳定运行提供了一种可靠的方法。可以降低人工巡视成本，保障线路运行安全和社会生产生活用电。
4.1 四旋翼无人机短期改进
四旋翼无人机巡检的短期发展可以在软件完善上，与巡检回的静态、动态图像进行差异分析，从而完成缺陷的初步诊断，简化人为的识别过程。
4.1 .1 三维线路建模
借鉴有人直升机三维线路建模系统，将其改良搭载在无人机上，以高清影像数据为基础，配以高精度电网数据信息，通过遥感、遥测等手段，一体化集成三维电网模拟图，实现线路三维建模。
4.1.2 智能化综合巡检
无人机参与的巡检任务返回的无外乎图像、视频信号，再通过人为观测来确定缺陷种类。其中，观测人的经验水平高低直接决定了巡检质量的好坏。无人机智能化综合巡检系统即通过巡检识别系统，对杆塔部件组成进行背景建模，再与巡检回的静态、动态图像进行差异分析，从而完成缺陷的初步诊断，简化人为的识别过程。
4.2 四旋翼无人机长期应用
4.2.1进行高压输电线路故障点的快速查找和架空线路高空巡检作业，高效地排查可疑故障点，发现和确定故障点。
4.2.2减少登塔高空作业及带电作业次数，通过人员在地面操作，多角度拍摄视频和高清晰照片，实现高空检查，便于快速开展状态检修。
4.2.3较适用于具体区段、局部设备的快速反应故障巡查，使用方便、成本低、体积小、安全性强、维护费用较低，具有强大的技术、经济优势和广阔的应用
前景。
4.2.4智能定点悬停在线路金具、绝缘子上方进行局部检测，方便快捷，减少人工线路巡视的劳动强度和时间。尤其是进行山区、跨河及恶劣环境下的线路巡视，其优势凸显。
4.2.5无人机通过携带陀螺稳定的可见光监视器和红外线成像仪等设备，对输电线路进行录像和检测，实现自动巡视，解决复杂地形巡视难、诊断难的问题，替代人工实现危险区域作业，改变人工巡视受自然环境、地形、观测角度局限的局面。
参考文献
[1] 丁道奇.复杂大电刚的安全性分析[M] .北京：中国电力出版社，2010.
[2] 于德明、郭昕阳等，500 kV输电线路在线监洲系统应用 中国电力，2009，（42115：53—56）
[3] 吴爱蚓，李贻斌.110 kV输电线路巡线机器人 中国电力，2008（32—35.）
[4] 肖东明，王静.输电线路智能化发展方向分析卟中国电力教
育，2012（9）：138—139.
[5] 陈晓兵，马玉林，徐祖舰.无人飞机输电线路巡线技术探讨 南方电网技术，2008（6）：59—61.
[关键词]四旋翼无人机 输电线路 巡检
中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0060-01
引言
随着电网的不断发展，输电线路将越来越多，交叉跨越和沿线地理环境也将越来越复杂。目前，输电线路的人工巡检方式常常受到自然条件、巡检设备等因素的制约，难以满足日常巡检工作的标准及要求，寻求先进的输电线路巡检技术迫在眉睫。随着无人机技术的发展，运用无人机技术巡检逐步成为一项新的研究课题。其非接触式、快速高效、多角度全方位的巡检手段搭配各类可见光和红外影像设备，能够全面了解输电线路的运行情况，给后期检修提供依据。
1 四旋翼无人机巡检系统
目前输电线路所使用的无人机主要有无人直升机、固定翼无人机和多旋翼无人机等。无人直升机起降灵活，可自由悬停，抗风、沙、冰、低温等能力强，但成本稍高。固定翼无人机飞行速度快，巡航半径大，滞空时间长，但无法实现悬停。多旋翼无人机可悬停、机动灵活、经济性好，但抗风等的能力差，对气象条件要求高。因此，无人直升机适用于复杂环境及极端气候情况下的巡检及在经济允许情况下的日常巡检，固定翼无人机适用于对输电线路走廊的整体普查及灾害救援期间的灾情调查等的巡检，而多旋翼无人机适用于小范围线路的详查工作，用于替代巡检人员日常登塔检查等工作，且经济性也较好。从日常工作实践总结发现，在多旋翼无人机中，四旋翼无人机最贴合宜昌的地形特点，并在实际工作中应用范围最广，产生效益最明显，本文即选定四旋翼无人机作为研究对象。
1.1 性能指标
四旋翼无人机其飞行器本体机械结构简单，旋翼尺寸较小（ 潜在危害性小、
运行风险低） ，具有重量轻、易携带、易操控、可悬停、效率高、无污染、易维护等优点.能够快速机动地执行巡检任务。四旋翼无人机应从飞行控制参数、飞行稳定性、系统兼容性和完整性几个方面考量在电力巡检中的自身功能需求。
综合各种因素，四旋翼无人机适合在40 min内、3km左右的电力巡检，无人机作业半径lkm，最大飞行风力5级，飞行温度一10℃～50℃，能满足短距离巡线、缺陷检查、故障点查找等需要。
1.2 搭载设备
搭载平台应具有防轻微抖晃功能，并可扩展搭载照相机、摄像机及红外热像仪等用于检测线路金具松脱、缺失和磨损，以及绝缘子劣化、破损或导地线断股等情况，有数据接口用于控制搭载设备镜头移动、拍摄。
1.3 可操作性
采用两人为一组操作作业，包括操控手和云台手。操控手负责控制飞行巡视系统，即无人机部分；云台手负责视频监视系统，发现可疑缺陷可悬停或来回飞行检查。且实时监控和录像功能同時进行，以利于后期分析。
1.4 安全性能
具备失速保护功能，如一键返回、低电压保护、自动起降、防碰撞等功能，在操作不当、电池亏电、气候突变等异常状况下，具备一定的白保护功能。
3 四旋翼无人机亟需解决的问题
3.1巡航时间短。由于电池的容量受其体积的限制，导致巡航时间短。并且在低温条件下，电池动力也会受到影响。
3.2 无法针对图像进行缺陷自动分析。
3.3 无法进行障碍识别。如果能开拓无人机障碍识别功能，并使无人机在合理范围内避开可能遇到的危险，将最大程度地保护线路及杆塔安全，也能有效降低无人机不必要的损耗。
4 四旋翼无人机发展前景
借助四旋翼无人机巡检输电线路技术，可实现多角度、全方位的高空巡检，减少日常巡检和故障查找过程中的带电作业和高空作业，降低架空输电线路巡检工作强度和安全隐患，提高巡检工作效率和质量。特别是在恶劣天气中，铁塔打滑时，代替人工登杆、走线，为电网安全稳定运行提供了一种可靠的方法。可以降低人工巡视成本，保障线路运行安全和社会生产生活用电。
4.1 四旋翼无人机短期改进
四旋翼无人机巡检的短期发展可以在软件完善上，与巡检回的静态、动态图像进行差异分析，从而完成缺陷的初步诊断，简化人为的识别过程。
4.1 .1 三维线路建模
借鉴有人直升机三维线路建模系统，将其改良搭载在无人机上，以高清影像数据为基础，配以高精度电网数据信息，通过遥感、遥测等手段，一体化集成三维电网模拟图，实现线路三维建模。
4.1.2 智能化综合巡检
无人机参与的巡检任务返回的无外乎图像、视频信号，再通过人为观测来确定缺陷种类。其中，观测人的经验水平高低直接决定了巡检质量的好坏。无人机智能化综合巡检系统即通过巡检识别系统，对杆塔部件组成进行背景建模，再与巡检回的静态、动态图像进行差异分析，从而完成缺陷的初步诊断，简化人为的识别过程。
4.2 四旋翼无人机长期应用
4.2.1进行高压输电线路故障点的快速查找和架空线路高空巡检作业，高效地排查可疑故障点，发现和确定故障点。
4.2.2减少登塔高空作业及带电作业次数，通过人员在地面操作，多角度拍摄视频和高清晰照片，实现高空检查，便于快速开展状态检修。
4.2.3较适用于具体区段、局部设备的快速反应故障巡查，使用方便、成本低、体积小、安全性强、维护费用较低，具有强大的技术、经济优势和广阔的应用
前景。
4.2.4智能定点悬停在线路金具、绝缘子上方进行局部检测，方便快捷，减少人工线路巡视的劳动强度和时间。尤其是进行山区、跨河及恶劣环境下的线路巡视，其优势凸显。
4.2.5无人机通过携带陀螺稳定的可见光监视器和红外线成像仪等设备，对输电线路进行录像和检测，实现自动巡视，解决复杂地形巡视难、诊断难的问题，替代人工实现危险区域作业，改变人工巡视受自然环境、地形、观测角度局限的局面。
参考文献
[1] 丁道奇.复杂大电刚的安全性分析[M] .北京：中国电力出版社，2010.
[2] 于德明、郭昕阳等，500 kV输电线路在线监洲系统应用 中国电力，2009，（42115：53—56）
[3] 吴爱蚓，李贻斌.110 kV输电线路巡线机器人 中国电力，2008（32—35.）
[4] 肖东明，王静.输电线路智能化发展方向分析卟中国电力教
育，2012（9）：138—139.
[5] 陈晓兵，马玉林，徐祖舰.无人飞机输电线路巡线技术探讨 南方电网技术，2008（6）：59—61.