六旋翼飞行器在输电线路巡检中的实际应用

六轴飞行器在输电线路巡检中的实际应用
目录
第一部分前言 .......................... 错误!未定义书签。

第二部分成果的背景 .................... 错误!未定义书签。

一、概况
第三部分成果的内容 .................... 错误!未定义书签。

二、飞行器在线路巡检是的工作状态
1．飞行器的外观................. 错误!未定义书签。

2．飞行器的技术参数............. 错误!未定义书签。

3．相关技术资料................. 错误!未定义书签。

三、六轴飞行器巡检系统介绍及在实际工作中的应用错误!未定
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1.1六轴飞行器系统................. 错误!未定义书签。

1.2地面站系统..................... 错误!未定义书签。

1.3工作实例....................... 错误!未定义书签。

第四部分成果的效益 .................... 错误!未定义书签。

四、飞行器输电线路巡检的优势
五、结束语
第一部分前言
随着电网的日益扩大,巡线的工作量也日益加大,飞行器作为一种运载工具,可以被应用在输电线路巡检中,通过搭载各种检测设备,以实现对输电线路的日常巡视,提高线路运维效率。

研究用六轴飞行器巡视输电线路的可行性.通过线路雷击跳闸故障点的查找、及时发现线路的金具缺陷、判断导线的损伤程度、线路设计路径的初勘等工作实例,分析六轴飞行器在线路巡视中的特点。

适合线路走廊内的树木生长、地理环境、交叉跨越等实例，地面检察人员根据飞行器高清摄像头拍摄，通过数字网络进行实时视频或者图片传输地面显示器，判断线路的状态。

应用结果证实六轴飞行器能小范围代替人力登杆塔完成巡查任务,降低了人工劳动强度,减少了作业风险,适合在山多水田地势复杂的范围推广使用。

第二部分成果背景
一、概况
传统方式的线路巡检都是需要编排各个小组携带望远镜、工具等设备徒步翻山越岭进行线路巡检，对于疑是故障线路需要进行攀爬高空作业，特别是在夏季和冬季存在着极大地安全隐患。

夏季：高温天气杆塔温度过高，如果稍不注意就会存在安全问题。

冬季：温度过低，杆塔结冰，容易发生侧滑，安全隐患极为严重。

然而，在实际的线路巡检中，工作人员都需要攀爬杆塔进行确认，往往有很多次都是爬上去后发现没有问题，因此工作效率极低有时徒劳同时需要承担极大地安全风险隐患。

为能够规避上述问题因此我们今年提出大胆的实验，并且查阅很多相关案例，借鉴成功经验，对线路巡检工作进行改革----飞行器线路巡检。

因延边地区地处山区，树木、山岭多，因此借助飞行器对输电线路进行巡检尤为适用。

目前能够投入巡检工作的飞行器中可概括为三种：固定滑翔式飞机、真升机、多轴飞行器。

按照速度依高到低次为：滑翔式飞机、直升机、多轴飞行器。

按照稳定性高到低依次为：多轴飞行器、滑翔式飞机、直升机。

按照成投入本高到低依次为：直升机、多轴飞行器、滑翔式飞机。

按照操控性能简易程度高到低依次为：多轴飞行器、直升机、滑翔式飞机。

由于滑翔式飞机飞行数度太快，最高可达200Km/H，且不能保持悬停姿态运作，适合于比赛或喷洒等行业，在我们输电行业用处不大，因此我们一般选用直升机或多轴飞行器。

因为对输电线路进行巡检需要具备稳定性
高、平衡性能强、操作程度简单等条件，因此多轴飞行器应为首选。

然而多轴飞行器分为：四轴飞行器、六轴飞行器、八轴飞行器。

轴数越多平稳性越高同时成本也就越大，考虑到平稳程度及成本，因此我们选用六轴飞行器。

飞行器搭载高清摄像头、红外成像仪或者导线损伤探测仪等设备可实现的作业项目有：远距离拍摄、近距离摄影/摄像、红外热成像、绝缘子监测等。

可监测的线路主要缺陷包括：线路通道障碍、线路金具的松脱、确实和磨损，绝缘子劣化、破裂和污垢导致放电，间隔棒松脱和损坏，导线和底线磨损，导线和金具内部的损坏、导线连接点过热、导地线防震锤滑动，引流线散股，杆塔基础损坏等。

也可通过自主导航定位功能的地面控制站控制飞行器自动飞行，并将数字图像传输到地面接收器通过液晶屏显示高空影像。

采用六轴飞行器在输电线路巡检的应用，不仅可以大大提高线路巡视质量和效率，还可以降低维护人员作业分享和工作强度，改善工作环境，提高输电线路运行维护管理水平，提高工作效率。

第三部分成果内容
二、飞行器在线路巡检是的工作状态
1、飞行器外观
飞行器负载设备的图像（1）
飞行器负载设备的图像（2）
2、飞行器的技术参数
六轴飞行器自身属性：
1）最大起飞重量：14公斤。

2）任务载荷能力：6公斤。

3）旋翼直径：1850mm 。

4）尾桨长度：305mm 。

5）机长：1570mm 。

6）机宽：450mm 。

7）机高：740mm 。

8）续航时间15-20。

9）时速90公里/每小时
3、相关技术资料
1）机架
采用日本东丽3K碳纤维布编织碳纤板与3K中空纯碳纤碳纤维管(非3K玻碳管)
全CNC加工，设计标准高于同类产品，整套机架仅重600克。

全折叠式设计，针
对便携性要求高的用户设计，特别适合用来做监控、遥感、测绘、空中侦查、
火场观察、生命探索、电缆巡线、农场监测、等对移动性能要求高，设备载重
不大并需要较多留空航时的应用领域。

配置要求：
轴距直径680MM,300W左右轻型盘式电机,12-13寸碳纤维螺旋桨,3-4S电池,
带中等负载,(例如小型数码相机,小型单电相机等),
相关配件编号：
2）动力电机说明
型号：X4108S
KV：600KV
尺寸：46*25.5mm（不含轴高度）
重量：113g
硅胶线长度：60cm
桨夹输出轴直径：6mm
APC12·38桨电压14.8V 满负载电流16.6A 拉力1550克转速6115\分
功率245W
3）30A电子调速器说明
A1产品规格
1.1输出能力：持续电流30A，短时电流40A（不少于10秒）；
1.2电源输入：2－4节锂电池组或5—12节镍氢/镍镉电池组；
1.3BEC输出：2A （线性稳压模式－linear mode）；
1.4最高转速：2极马达210000转/分钟，6极马达70000转/分钟，12极马达35000转/分钟；
1.5尺寸： 45mm（长）*24mm（宽）*11mm（高）；
1.6重量： 25g（含散热片）；
1.7附件：镀金马达连接头及热缩套管三对（可选配）；
A2产品功能
2.1安全上电功能：接通电源时，无论油门摇杆处于任何位置均不会立即启动电机，避免造成人身伤害；
2.2油门行程校调功能：适应不同遥控器油门行程的差别，提高油门响应的线性度；
2.3程序设定项目：
●刹车设定：无刹车/有刹车；
●电池类型：Li-xx（锂电池）/ Ni-xx（镍镉或镍氢）；
●低压保护模式：降低功率/关闭输出；
●低压保护阈值：低/中/高；
●启动模式：普通/柔和/超柔和启动；
●进角：低/中/高；
●恢复出厂默认值；
2.4全面的保护功能：
●欠压保护：由用户通过程序设定，当电池电压低于保护阈值时，电调自动降低输出功率；
●过压保护：输入电压超过输入允许范围不予启动，自动保护，同时发出急促的“哔哔”告警音；
●过热保护：内置温度检测电路，MOS管温度过高时电调自动关断；
●遥控信号丢失保护：遥控信号丢失1秒后降低功率，再有2秒无遥控信号则关闭输出；
A3工艺特点
3.1 电源输入端采用超低阻抗大容量电解电容，极大提高抗干扰能力；
3.2 输出MOSFET功率管配备独立散热片，有效降低器件温升，提高系统大电流工作能力；
3.3 采用单片机控制；
3.4 单片机采用独立稳压芯片，避免BEC负载变化造成电源干扰，提高单片机工作稳定性；
3.5 提供镀金马达连接头和热缩套管辅材，便于安装（注：此为可选
配器材）；
3.6 兼容好盈科技出品的无刷电调编程设定卡
4）飞行主控系统说明
基本特性飞行特性硬件规格
支持多旋翼飞行器类型支持的电子调速器输出推荐遥控器工作电压范围
I，X 型四旋翼
I，X，IY，Y 型六旋翼
I，V，X型共轴双桨八旋翼400Hz 刷新频率 PCM 或 2.4GHz，至少4通道主控器: 4.8V~5.5V
多功能模块:
输入7.4V~26.0V
(推荐2S~6S LiPo)
输出（V-SEN端口红线）:3A@5V
(瞬时最大电流：7.5A)
功耗工作环境温度调参软件系统要求
最大3.15W(0.25A@12.6V)
普通1.638W(0.13A@12.6V) -10°C 到50°C Windows XP sp3 / Windows 7 / Windows 8
悬停精度(GPS模式) 最大尾舵角速度最大倾斜角度最大升降速度
垂直方向：±0.8m
水平方向：±2.5m 200°/秒 35°上升6m/s，下降4.5m/s 重量尺寸内置功能
主控器:27g
GPS/指南针模块：27g
PMU模块：28g
LED模块：13g 主控器:
45.5mm x 32.5mm x 18.5mm
PMU模块:
39.5mm x 27.5mm x 10.0mm
GPS 与指南针：
46mm(直径)x10mm
LED模块：25mm × 25mm × 7.0mm 多种控制模式飞控系统增强型失控保护
低压保护
支持S-BUS接收机
支持PPM接收机
独立PMU模块
支持2轴云台
5）电池参数
14.8V 10000MAH 25C
长165MM 宽65MM 高41MM
重896G
6）图像传输
工作电压12V 发射模块重34G 发射功率400mW 黑——GND
黄——VIDEO
.白——AUDIO 6.0MHZ
绿——AUDIO 6.5MHZ
2PIN线：红——+12V
黑——GND
超轻锁相环稳频图传.市区地面实测距离1公里，
整体工作参数
A1 工作环境温度：-10 ---- 50度
A2 工作环境风速： 0 ---- 5级风
A3 工作环境：禁止雨天飞行
A4 飞行时间： 8 ---- 15分钟（适温度而定）
A5 遥控距离： 1800M(适电磁环境而定）
A6 工作电压：动力电14.8V 图像传输12V 主控5V A7 工作电流：飞行主控 3A 动力电机 16.6A
6）遥控器：
A1拥有10架模型存储容量
A2支持三种模型制式转换
A3遥控距离（空旷无干扰）1500米以内
A4信号制式PCM1024系统
A5发射频率：72MHz
A6电源电压：9.6V
7）接收机：
A1接收频率：72MHz频段
A2电源电压：4.8-6.0V电池的稳压输出
A3电流强度：70mA
三、六轴飞行器巡检系统介绍及在实际工作中的应用
输电线路巡检系统主要包括两大部分：六轴飞行器系统(UMR)和地面站系统(GSS)。

UMR为空中作业部分，用于在输电线路周围对其进行全方位的影像数据获取，并通过无线影像传输系统将获取影像数据实时传输到GSS，在GSS上能实现观察、存储当前所拍摄到的输电线路图像，并且GSS中的地面智能诊断系统能实时对获取的图像进行诊断。

查找输电线路所存在的缺陷，为工作人员开展相应设备的检修提供真实全面的现场资料和缺陷信息。

下面将对这两大组成部分的结构划分和功能加以详细说明。

1.1六轴飞行器系统
飞行器系统，是以UMＲ为主体，搭载机载电源、飞行控制系统和机载任务设备所构成的整体。

其中，UMＲ是由机体、起落架和六个旋翼构成。

1）机载电源采用锂/锂聚合物动力电池，电池的容量和重量根据UMＲ的性能指标进行优化选择，使UMＲ满足对输电线路巡检时的飞行要求。

2）飞行控制系统是保证UMＲ完成稳定飞行、快速转弯、高精度悬停等动作的核心部分，由导航组件惯性导航单元、飞行控制计算机、旋翼驱动组件、遥控遥测系统机载端和导线防碰撞预警系统构成。

其中，导航组件用以对UMＲ进行差分定位，并感知UMＲ的角速率以及解算姿态角信息飞控计算机综合所获得的数据信息，根据预定的目标指令解算UMＲ的直接驱动信号，控制电机动作，实现UMＲ的自主导航运动。

3）导线防碰撞预警系统能够实时判断UMＲ与最近导线之间的位置关系，当UMＲ与输电线路之间的距离小于电网规定的安全距离时预警系统便会自动报警并产生排斥驱动指令，使UMＲ远离危险区域，这样就可避免由于撞线造成的对输电线路的再次破坏，保证了UMＲ和输电线路的安全。

4）机载任务设备系统是由减震云台、影像采集系统和无线影像数据传输系统的机载端构成。

影像采集系统安装在减震云台上，通过控制云台的俯仰和滚转，能够对输电线路进行多角度、全方位的拍摄，拍摄的影像信息经无线影像传输系统的机载端实时发送到GSS中的无线影像数据传输系统地面接收端。

5）为了进一步增强UMＲ的自主性，机载任务系统还可增加输电设备识别与跟踪系统，实现UMＲ智能跟踪输电线路的巡检工作。

1.2地面站系统
地面工作站系统GSS，包括遥控遥测系统地面端、无线影像数据传输系统地面端、飞行监控系统、影像监控系统和输电线路影像巡检
综合诊断系统。

1）遥控遥测系统地面端用以对UMＲ发送遥控遥测指令，实现对UMＲ更高权限的指令控制。

2）无线影像数据传输系统地面端用以实时接收机载端发送的影像数据。

3）影像监控系统则可以实现对机载任务系统中的影像采集设备工作状态的监控，确保影像系统正常工作。

出发之前的准备工作
1.3实际线路巡检工作实例
2014年7月24日，天气晴。

今天要完成常规线路巡检工作，以往都是需要人工方式徒步并目测线路，对于杆塔需要进行攀爬巡检。

因采用六轴飞行器系统，因此今天分为两组，一组成员为采用传统方式巡检，另一小组携带飞行器系统进行线路巡检。

早上7点同时出发到达指定地点开始分开作业。

利用六轴飞行器系统进行线路巡检时，将飞行器飞行至杆塔的安全距离范围内对杆塔的各个部位进行摄像，通过地面接收器实时查看设想的内容，对于不确定的部位通过二次高清拍照，将高清照片放大，从而确定该部位的实际情况是否需要进行检修。

而另一组巡检员需要对杆塔进行攀爬，顶着烈日，极为辛苦而且效率极低。

邻近下班时间两组所完成的工作量差距甚远，并且两组巡检员的精神状态及体力程度也有所差距。

因此利用飞行器对输电线路进行巡检具有一定的推广价值。

第四部分成果效益
四、飞行器输电线路巡检的优势
飞行器作为先进的生产工具与作业手段，与传统巡线方式相比较有很多方面优势，具体表现在以下几个方面：
1、与常规人工巡线相比不受地形限制、玄仙效率大大提高，可将拍摄的数据待会分析，使得巡视不留死角，降低人工琅东强度、减少作业风险。

2、与有人直升机相比，巡线费用，在调机、停机方面不发生费用和花费时间，不存在对飞行员培训、飞行申请等实际问题，不受时间、地点限制，可快速组织开展输电线路巡检。

不受气候条件的影响。

利用飞行器进行线路巡检，由于无人驾驶，可以恶劣的气候条件下作业，安全性能高、机动性能好以及快捷方便高效。

3、不受地理环境的影响。

高压输电线往往穿越高山峻岭、江河峡谷、无人区、原始深林区等特殊的地理环境，部分时段区段由于受灾害影响发生地震、泥石流、洪水等，常规巡检手段无法实现。

采用飞行器可以在上述环境下开展工作。

可实现快速巡线，迅速通过线路杆塔、导地线、金具等元器件存在的缺陷进行监测、摄像、拍照，实施回传实时决策，效率是传统人工的数十倍。

4、携带运输方便灵活。

两人一组即可完成操作，一人负责飞行器，另一人负责地面接收器，二合一方式完成线路巡检工作。

能够查找出架空输电线路重要部件、重要位置的绝大部分缺陷。

能够查找架空输电线路的基础、塔身、横亘、导地线、绝缘子、金具等存在的缺陷，能够完成超高线路工作，解决人员的自身安全问题。

五、结束语
基于当前智能电网与“三集五大”背景，对超/特高压输电线路无人飞行器智能巡检系统的组成、功能及关键技术进行了详细的阐述，并将该系统初步应用于输电线路巡检，结果表明该系统能够自主、准确识别并诊断输电线路的典型缺陷与故障。

进一步提高该系统的可靠性、精确性和智能化水平，以提升大电网的稳定性和自愈能力，保障输电线路的安全运行。