论文部分内容阅读
【摘 要】本文属于电子机械控制技术领域，特别涉及高空修剪树枝方面，应用在林业、电力等部门。
【关键词】远程控制;输电线路;机型
1.背景和现有技术状况
电力输电线路保护区内的树木不断生长靠近带电运行的导线，当小于安全距离的情况下，会引起带电导线对树木放电，造成电力网络故障跳闸，影响居民和工业正常用电需要，严重时还会引发森林火灾。
运维人员对输电走廊内存在隐患的超高树木，需要与树主协商，一同办理林业砍伐证后进行砍伐，在未得到树主以及相关林业部门的许可，不能自行砍伐，且现场部分青苗赔偿协调工作阻力大，给运维工作造成很大的困难。考虑到不触犯林业法的同时又不伤害树主的经济利益，输电运维人员采取对超高树木进行截枝的办法，将树木与带电导线的距离保持在安全范围。
目前截枝的方法有：
（1）人工利用手锯或者电锯配合梯子、锯齿脚扣等登高工具进行高空截枝;
（2）使用带伸缩长杆的电动锯、高枝剪;
（3）国外电力线路走廊的超高树木砍伐则借助载人直升机技术。
2.现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题
输电通道超高树木截枝作业中存在问题如下：
（1）人工利用手锯、电锯配合梯子或锯齿脚扣等登高工具进行高空截枝，安全隐患大，且截枝高度通常在3～4米左右。对于临时发现的树障隐患点，当无法满足人工砍伐的安全距离时，需进行停电砍伐，影响电网经济指标;
（2）使用带伸缩杆的电动锯、高枝剪，虽然避免人工登高作业的安全隐患，但是截枝高度一般在5～6米左右，无法达到砍伐立方量小于法律规定盗伐树木标准3立方米的目标，存在法律风险，仍需要事先进行协调工作;
（3）载人直升机技术应用，成本太高。
3.本文提案的技术方案的详细阐述
整套设备由双圆锯电动修剪装置、微型摄像头、无人机三个主体构成。下面详细介绍：
双圆锯电动修剪装置，为对输电走廊超高树木进行一次性长距离的隐患树枝修剪，选择作业范围较大的圆盘锯。且避免单个圆锯的反扭矩对无人机飞行干扰。采用不同旋转方向的两个圆锯，相互抵消反扭矩，并通过对装置的扭力矩的平衡计算，采取力矩最小位置为连接点，两侧重量合理分配的方式保证扭力矩对无人机的影响降到最小。
又因为要砍剪的树木种类不同，所以综合考量采用2个直径为15cm的轻质硬度圆盘锯同时，在后面加一直径为6cm的砂轮片保证不存在树皮的粘连防止装置被卡住，也对未切断的细枝条经行清理。该装置的示意如图1：
其中1标注的为两个直径为15cm，厚度为2mm的轻质硬度钢齿圆锯（见图2），外加倒齿，可加大对树枝的切割能力。2为一直径为6cm的金属砂轮，保证机械不被细嫩纸条树皮黏附而影响正常工作。在其轮心各有一台额定电压为36V，额定转速為24000转/分钟的无刷电机。3为计算出的扭力矩最小点，放置锁扣与0.75m长的碳纤维杆连接。
此装置水平放置并通过0.75m长轻质碳纤维杆与无人机相连。轻质碳纤维绝缘管具备弹性，用于缓冲切割装置与树枝碰撞的冲击力。且杆件长0.75m，是为了防止异物对螺旋桨的干扰保证无人机水平面无树障。纤维杆通过可控电动锁扣连接在无人机上，在装置遇到危险时可控制电动锁扣开锁以保证无人机的安全，整体装置结构如图3所示。
配套独立电源和控制系统，进行远程控制。独立电源和控制部由36V 4Ah的18650型号锂聚合电池和配套30A的电子调速器组成，如图3。电子调速器将锂电池的直流电源转换成供给无刷电机的三相交流电源，而控制线直接连接无人机的飞行控制输出端口，这样就可以利用无人机配置的控制信道来操控电动锁扣对连接杆的固定，以便在装置被卡住时及时使无人机与装置分离而保证无人机的安全性。
（1）微型摄像头，搭载在无人机的远程第一视角（FPV）摄像装置，将图像下传至地面操控手，助于操控手判断砍伐点和相对安全距离。本装置配置FOXEER生产的HS1222型号，79g，尺寸40*40*40mm，SONY机芯，3M以上像素。
（2）无人机，进行截枝作业时必定产生一个反作用力。所以配置一套抗缓冲性能好、且载重能力强的大桨叶无人机。且为该截枝装置设计了一个易于从无人机装卸的平台。
该机型为6旋翼，具备稳定的数字控制信号系统，包括控制电控锁扣的的及时开锁、还有无人机本身的飞行控制稳定、抗干扰的控制信号发射和接受源。载重3kg以上，飞行稳定。
4.与以上最接近的现有技术相比，本文提案有何技术优点
1、基于无人机的空中精准定位技术，搭载团队自我开发的智能输电线路旁清障装置，再利用第一视角远程视频可做到对超高树木待修剪树冠的精准定位。对超高树木树冠的修建高度可以在10米以上，利于运维人员和树主及林业部门协调，降低协调成本。又可以代替人工砍伐安全距离不够的情况，既安全消除隐患，又免去线路停电。把无人机低空飞行技术与输电线路旁超高树木树冠裁剪结合一起，给输电线路走廊清障处理提供一个新的方法。
2、就1处超高树木隐患点来说，根据福建省电力有限公司相关规定，在福建地区对线路走廊内非征用土地上的林木进行清理补偿，平均1亩超高木补偿费用在3500左右，而利用空中截枝装置对超高树木进行截枝，使导线与树木距离达到安全距离，不侵犯树主的利益，又不用进行青苗补偿费用支出或者更少的补偿款支出，很大程度提高经济效益。
（作者单位：国网福建电力有限公司检修分公司）
【关键词】远程控制;输电线路;机型
1.背景和现有技术状况
电力输电线路保护区内的树木不断生长靠近带电运行的导线，当小于安全距离的情况下，会引起带电导线对树木放电，造成电力网络故障跳闸，影响居民和工业正常用电需要，严重时还会引发森林火灾。
运维人员对输电走廊内存在隐患的超高树木，需要与树主协商，一同办理林业砍伐证后进行砍伐，在未得到树主以及相关林业部门的许可，不能自行砍伐，且现场部分青苗赔偿协调工作阻力大，给运维工作造成很大的困难。考虑到不触犯林业法的同时又不伤害树主的经济利益，输电运维人员采取对超高树木进行截枝的办法，将树木与带电导线的距离保持在安全范围。
目前截枝的方法有：
（1）人工利用手锯或者电锯配合梯子、锯齿脚扣等登高工具进行高空截枝;
（2）使用带伸缩长杆的电动锯、高枝剪;
（3）国外电力线路走廊的超高树木砍伐则借助载人直升机技术。
2.现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题
输电通道超高树木截枝作业中存在问题如下：
（1）人工利用手锯、电锯配合梯子或锯齿脚扣等登高工具进行高空截枝，安全隐患大，且截枝高度通常在3～4米左右。对于临时发现的树障隐患点，当无法满足人工砍伐的安全距离时，需进行停电砍伐，影响电网经济指标;
（2）使用带伸缩杆的电动锯、高枝剪，虽然避免人工登高作业的安全隐患，但是截枝高度一般在5～6米左右，无法达到砍伐立方量小于法律规定盗伐树木标准3立方米的目标，存在法律风险，仍需要事先进行协调工作;
（3）载人直升机技术应用，成本太高。
3.本文提案的技术方案的详细阐述
整套设备由双圆锯电动修剪装置、微型摄像头、无人机三个主体构成。下面详细介绍：
双圆锯电动修剪装置，为对输电走廊超高树木进行一次性长距离的隐患树枝修剪，选择作业范围较大的圆盘锯。且避免单个圆锯的反扭矩对无人机飞行干扰。采用不同旋转方向的两个圆锯，相互抵消反扭矩，并通过对装置的扭力矩的平衡计算，采取力矩最小位置为连接点，两侧重量合理分配的方式保证扭力矩对无人机的影响降到最小。
又因为要砍剪的树木种类不同，所以综合考量采用2个直径为15cm的轻质硬度圆盘锯同时，在后面加一直径为6cm的砂轮片保证不存在树皮的粘连防止装置被卡住，也对未切断的细枝条经行清理。该装置的示意如图1：
其中1标注的为两个直径为15cm，厚度为2mm的轻质硬度钢齿圆锯（见图2），外加倒齿，可加大对树枝的切割能力。2为一直径为6cm的金属砂轮，保证机械不被细嫩纸条树皮黏附而影响正常工作。在其轮心各有一台额定电压为36V，额定转速為24000转/分钟的无刷电机。3为计算出的扭力矩最小点，放置锁扣与0.75m长的碳纤维杆连接。
此装置水平放置并通过0.75m长轻质碳纤维杆与无人机相连。轻质碳纤维绝缘管具备弹性，用于缓冲切割装置与树枝碰撞的冲击力。且杆件长0.75m，是为了防止异物对螺旋桨的干扰保证无人机水平面无树障。纤维杆通过可控电动锁扣连接在无人机上，在装置遇到危险时可控制电动锁扣开锁以保证无人机的安全，整体装置结构如图3所示。
配套独立电源和控制系统，进行远程控制。独立电源和控制部由36V 4Ah的18650型号锂聚合电池和配套30A的电子调速器组成，如图3。电子调速器将锂电池的直流电源转换成供给无刷电机的三相交流电源，而控制线直接连接无人机的飞行控制输出端口，这样就可以利用无人机配置的控制信道来操控电动锁扣对连接杆的固定，以便在装置被卡住时及时使无人机与装置分离而保证无人机的安全性。
（1）微型摄像头，搭载在无人机的远程第一视角（FPV）摄像装置，将图像下传至地面操控手，助于操控手判断砍伐点和相对安全距离。本装置配置FOXEER生产的HS1222型号，79g，尺寸40*40*40mm，SONY机芯，3M以上像素。
（2）无人机，进行截枝作业时必定产生一个反作用力。所以配置一套抗缓冲性能好、且载重能力强的大桨叶无人机。且为该截枝装置设计了一个易于从无人机装卸的平台。
该机型为6旋翼，具备稳定的数字控制信号系统，包括控制电控锁扣的的及时开锁、还有无人机本身的飞行控制稳定、抗干扰的控制信号发射和接受源。载重3kg以上，飞行稳定。
4.与以上最接近的现有技术相比，本文提案有何技术优点
1、基于无人机的空中精准定位技术，搭载团队自我开发的智能输电线路旁清障装置，再利用第一视角远程视频可做到对超高树木待修剪树冠的精准定位。对超高树木树冠的修建高度可以在10米以上，利于运维人员和树主及林业部门协调，降低协调成本。又可以代替人工砍伐安全距离不够的情况，既安全消除隐患，又免去线路停电。把无人机低空飞行技术与输电线路旁超高树木树冠裁剪结合一起，给输电线路走廊清障处理提供一个新的方法。
2、就1处超高树木隐患点来说，根据福建省电力有限公司相关规定，在福建地区对线路走廊内非征用土地上的林木进行清理补偿，平均1亩超高木补偿费用在3500左右，而利用空中截枝装置对超高树木进行截枝，使导线与树木距离达到安全距离，不侵犯树主的利益，又不用进行青苗补偿费用支出或者更少的补偿款支出，很大程度提高经济效益。
（作者单位：国网福建电力有限公司检修分公司）