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摘要：随着时代的进步，输电线路巡检水平不断提升，无人机的应用也更加广泛，当前，多旋翼无人机在输电线路的巡检中的应用大大提升了其巡检效果和质量。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；应用
电力企业的发展也在一方面扩大了电网的规模，增大了巡检的工作量和难度。整个电力系统的稳定运行主要受一些自然因素和人为因素的影响，而造成输电线路受到破坏，致使输电线路不能正常运行，而一旦发生故障，必须尽快找到输电线路故障点，因此，在巡检输电线路故障中，采用四旋翼无人机技术可以有效地提高抢修的效率。
一、无人机技术的概述
1.1技术要素
在巡检输电线路时，经常使用专门的遥控直升机（UH）和多旋翼无人机（M4R），UH的组成部分包括：遥控直升机本体、减振悬挂装置、影像采集传输设备、地面摄像监视和操控系统等，后台的工作人员主要是利用无线图像传输设备，将UH在飞行过程中采集到输电线路的目标视频图像传送回来，以此对输电线路存在的故障做出及时判断；M4R其组成部分包括地面站和M4R无人机，M4R中设置了无线图像传输设备和无线微型高分辨率图像采集设备等。
1.2功能概述
在巡检过程中，通过人工遥控使UH无人机飞行到输电线路安全距离范围之内，并悬停在输电线路附近，进行采集图像，并通过无线图像传输设备传输到后台；而地面站会发出指令引导M4R无人机沿着输电线路飞行，并在离输电线路安全距离的位置悬停，即完成M4R无人机自主悬停在安全的空间位置的功能，以便拍摄图像时，可以保证各角度的清晰度，另外，工作人员要想调整图像采集设备和被检测设备，只需对航向和M4R的减振云台进行调节即可。其中，M4R地面站除了具备引导M4R无人机飞行到预定的位置、保持与M4R无人机的遥控遥测通信的功能之外，还具有很多功能，如：控制飞行状态、接收无人机传输检测图像、控制无人机云台状态等。
1.3在输电线路巡检中采用无人机的優点
自主导航飞行技术和自主悬停技术是无人机技术的基本功能，因此可以与输电线路保持一定的安全距离，其优势具体体现是在灾害性天气中可以分析输电线路灾害，巡视、检测输电线路，查找线路跳闸故障点等方面。无人机技术的两种工作模式是飞行控制和自主悬停，但它也自驾飞行和手动飞行，在手动模式下，无人机在自主导航下，按照预定的路线飞行，并巡检线路，当无人机处于自主悬停状态后，可以高清晰地拍摄输电线路的图像，并进行传输，地面站工作人员通过监控录像检查故障点。
1.4无人机存在的缺点
在巡检输电线路中，尽管无人机发挥着很大作用，但在某些方面也存在着缺点，由于无人机体积较大，而电池容量相对较小，因此，应用无人机进行巡航的时间非常有限，另外，无人机可接收的有效控制范围是1000m，遥控范围也是有限的，而且无人机不能自动分析图像的故障点。
二、多旋翼无人机在输电线路巡视工作中的应用
2.1短距离巡视工作
多旋翼无人机的短距巡视方案分为人工控制和自主导航两种，人工控制模式指的是由操作人员直接操控无人机的飞行线路，通过操作系统来控制无人机进行飞行巡查。通常人工控制模式都是使用地面控制站来预先布置无人机的飞行位置或手动遥控器控制飞行，可直接目视无人机飞行位置，而如果是用到车载地面控制站或视频眼镜之类的设备来操控无人机则飞行巡视的范围更大。自主导航模式则是指预先设置好无人机的飞行路线，由无人机全自主或半自主控制飞行来进行预先设定好的飞行巡视任务。通常情况下会使用人工的方式来对杆塔和线路通道进行事先的巡查，详细记录杆塔的位置、弧垂位置和飞行危险避让点等需要避开的GPS信息，而后输入到无人机的储存器当中，这样便能够避免无人机在半自主飞行或全自主飞行的时候撞到杆塔或其他部位。
2.2定点检查工作
多旋翼无人机具有强大的机动性、悬停稳定性以及灵活性，十分适合用来检查输电线路的高空设备，比如金具、绝缘子、杆塔上部构建和导地线之类的设备情况，能够轻松拍摄到图像和视频来让技术人员了解设备的状况。在实际的工作当中，四旋翼无人机能够轻松地定点检查设备是否存在故障或缺陷，清楚拍摄设备损坏的情况，还能够便捷地查找到线路故障点，不需要工作人员重复登塔和带电作业来进行查找，还可以在大型线路检修工作之前进行提前勘察，为技术人员来提供各设备的情况，好让检修方案的制定更加方便。
这里需要注意的是，在检查不同部位和设备的时候，无人机的飞行高度和速度都需要严格控制，确保安全飞行，不同的检查部位需要严格按照相应的角度要求来进行。在检查绝缘子、金具和杆塔的时候应该以5m/s的速度到达铁塔30m左右的位置然后缓慢靠近目标，当达到了目标高度之后悬停，控制好云台的角度来进行检查拍摄。而在检查导地线和其金具的时候同样也是以5m/s的速度到达导地线30m的位置，然后控制云台从平视的角度靠近导地线，在到达目标高度和大约10m位置的时候悬停或缓慢平行飞行，控制云台的角度来进行检查拍摄。
三、结语
现如今全世界的科技都在飞速发展，多种多样的高科技产品层出不穷，最近几年出现的多旋翼无人机便是一种较为新颖的高科技设备，而将多旋翼无人机应用于输电线路巡视工作当中能够有效提高输电线路巡视工作的效率。但是目前多旋翼无人机要想应用在输电线路当中还需要克服几个问题，比如无人机的飞行控制稳定性以及操作人员的操作水平，无人机续航能力等，所以多旋翼无人机在输电线路当中的应用依然处于实践阶段，需要做好安全控制措施和工作流程标准化的工作，从而让短距离巡查线路和设备定点检查等工作变得可能，相信随着科技的飞速发展，用不了多久就能够将多旋翼无人机全面应用在输电线路巡视工作当中。
参考文献：
[1]张永，李德波，吴翔等.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013.
[2]王昊昊，罗建裕，薛禹胜，等.中国电网自然灾害防御技术现状调查与分析[J].电力系统自动化，2010.
[3]周海峰.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].建筑工程技术与设计，2015.
（作者单位：中国电力科学研究院1 中国科学院沈阳自动化研究所2）
作者简介：
胡滨 （1982），男，高工，中国电力科学研究院有限公司，输变电工程研究所，从事输电线路杆塔及防坠落装置试验研究工作.
刘博典（1982），男，工程师，中国科学院沈阳自动化研究所，从事旋翼无人机相关研究工作。
耿景都（1974），男，高工，中国电力科学研究院有限公司，输变电工程研究所，杆塔试验研究室主任。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；应用
电力企业的发展也在一方面扩大了电网的规模，增大了巡检的工作量和难度。整个电力系统的稳定运行主要受一些自然因素和人为因素的影响，而造成输电线路受到破坏，致使输电线路不能正常运行，而一旦发生故障，必须尽快找到输电线路故障点，因此，在巡检输电线路故障中，采用四旋翼无人机技术可以有效地提高抢修的效率。
一、无人机技术的概述
1.1技术要素
在巡检输电线路时，经常使用专门的遥控直升机（UH）和多旋翼无人机（M4R），UH的组成部分包括：遥控直升机本体、减振悬挂装置、影像采集传输设备、地面摄像监视和操控系统等，后台的工作人员主要是利用无线图像传输设备，将UH在飞行过程中采集到输电线路的目标视频图像传送回来，以此对输电线路存在的故障做出及时判断；M4R其组成部分包括地面站和M4R无人机，M4R中设置了无线图像传输设备和无线微型高分辨率图像采集设备等。
1.2功能概述
在巡检过程中，通过人工遥控使UH无人机飞行到输电线路安全距离范围之内，并悬停在输电线路附近，进行采集图像，并通过无线图像传输设备传输到后台；而地面站会发出指令引导M4R无人机沿着输电线路飞行，并在离输电线路安全距离的位置悬停，即完成M4R无人机自主悬停在安全的空间位置的功能，以便拍摄图像时，可以保证各角度的清晰度，另外，工作人员要想调整图像采集设备和被检测设备，只需对航向和M4R的减振云台进行调节即可。其中，M4R地面站除了具备引导M4R无人机飞行到预定的位置、保持与M4R无人机的遥控遥测通信的功能之外，还具有很多功能，如：控制飞行状态、接收无人机传输检测图像、控制无人机云台状态等。
1.3在输电线路巡检中采用无人机的優点
自主导航飞行技术和自主悬停技术是无人机技术的基本功能，因此可以与输电线路保持一定的安全距离，其优势具体体现是在灾害性天气中可以分析输电线路灾害，巡视、检测输电线路，查找线路跳闸故障点等方面。无人机技术的两种工作模式是飞行控制和自主悬停，但它也自驾飞行和手动飞行，在手动模式下，无人机在自主导航下，按照预定的路线飞行，并巡检线路，当无人机处于自主悬停状态后，可以高清晰地拍摄输电线路的图像，并进行传输，地面站工作人员通过监控录像检查故障点。
1.4无人机存在的缺点
在巡检输电线路中，尽管无人机发挥着很大作用，但在某些方面也存在着缺点，由于无人机体积较大，而电池容量相对较小，因此，应用无人机进行巡航的时间非常有限，另外，无人机可接收的有效控制范围是1000m，遥控范围也是有限的，而且无人机不能自动分析图像的故障点。
二、多旋翼无人机在输电线路巡视工作中的应用
2.1短距离巡视工作
多旋翼无人机的短距巡视方案分为人工控制和自主导航两种，人工控制模式指的是由操作人员直接操控无人机的飞行线路，通过操作系统来控制无人机进行飞行巡查。通常人工控制模式都是使用地面控制站来预先布置无人机的飞行位置或手动遥控器控制飞行，可直接目视无人机飞行位置，而如果是用到车载地面控制站或视频眼镜之类的设备来操控无人机则飞行巡视的范围更大。自主导航模式则是指预先设置好无人机的飞行路线，由无人机全自主或半自主控制飞行来进行预先设定好的飞行巡视任务。通常情况下会使用人工的方式来对杆塔和线路通道进行事先的巡查，详细记录杆塔的位置、弧垂位置和飞行危险避让点等需要避开的GPS信息，而后输入到无人机的储存器当中，这样便能够避免无人机在半自主飞行或全自主飞行的时候撞到杆塔或其他部位。
2.2定点检查工作
多旋翼无人机具有强大的机动性、悬停稳定性以及灵活性，十分适合用来检查输电线路的高空设备，比如金具、绝缘子、杆塔上部构建和导地线之类的设备情况，能够轻松拍摄到图像和视频来让技术人员了解设备的状况。在实际的工作当中，四旋翼无人机能够轻松地定点检查设备是否存在故障或缺陷，清楚拍摄设备损坏的情况，还能够便捷地查找到线路故障点，不需要工作人员重复登塔和带电作业来进行查找，还可以在大型线路检修工作之前进行提前勘察，为技术人员来提供各设备的情况，好让检修方案的制定更加方便。
这里需要注意的是，在检查不同部位和设备的时候，无人机的飞行高度和速度都需要严格控制，确保安全飞行，不同的检查部位需要严格按照相应的角度要求来进行。在检查绝缘子、金具和杆塔的时候应该以5m/s的速度到达铁塔30m左右的位置然后缓慢靠近目标，当达到了目标高度之后悬停，控制好云台的角度来进行检查拍摄。而在检查导地线和其金具的时候同样也是以5m/s的速度到达导地线30m的位置，然后控制云台从平视的角度靠近导地线，在到达目标高度和大约10m位置的时候悬停或缓慢平行飞行，控制云台的角度来进行检查拍摄。
三、结语
现如今全世界的科技都在飞速发展，多种多样的高科技产品层出不穷，最近几年出现的多旋翼无人机便是一种较为新颖的高科技设备，而将多旋翼无人机应用于输电线路巡视工作当中能够有效提高输电线路巡视工作的效率。但是目前多旋翼无人机要想应用在输电线路当中还需要克服几个问题，比如无人机的飞行控制稳定性以及操作人员的操作水平，无人机续航能力等，所以多旋翼无人机在输电线路当中的应用依然处于实践阶段，需要做好安全控制措施和工作流程标准化的工作，从而让短距离巡查线路和设备定点检查等工作变得可能，相信随着科技的飞速发展，用不了多久就能够将多旋翼无人机全面应用在输电线路巡视工作当中。
参考文献：
[1]张永，李德波，吴翔等.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].宿州学院学报，2013.
[2]王昊昊，罗建裕，薛禹胜，等.中国电网自然灾害防御技术现状调查与分析[J].电力系统自动化，2010.
[3]周海峰.无人机巡检输电线路技术的应用与分析[J].建筑工程技术与设计，2015.
（作者单位：中国电力科学研究院1 中国科学院沈阳自动化研究所2）
作者简介：
胡滨 （1982），男，高工，中国电力科学研究院有限公司，输变电工程研究所，从事输电线路杆塔及防坠落装置试验研究工作.
刘博典（1982），男，工程师，中国科学院沈阳自动化研究所，从事旋翼无人机相关研究工作。
耿景都（1974），男，高工，中国电力科学研究院有限公司，输变电工程研究所，杆塔试验研究室主任。