基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究_王振华
基于无人机和人工协同巡检的输电智能运检实践 王振星
基于无人机和人工协同巡检的输电智能运检实践王振星发表时间：2019-10-28T14:10:38.007Z 来源：《电力设备》2019年第12期作者：王振星[导读] 摘要：2016年，国家电网公司提出“大力推动‘互联网+’与运维检修等核心业务深度融合，依靠创新不断提高管理现代化水平”。
(国网山西省电力公司沁县供电公司山西长治 046400)摘要：2016年，国家电网公司提出“大力推动‘互联网+’与运维检修等核心业务深度融合，依靠创新不断提高管理现代化水平”。
国网长治供电公司主动适应国家电网公司“互联网+”战略和智能运检技术发展规划要求，大力推进无人机智能巡检和移动作业终端等新技术与输电运检工作融合，相关配套技术也得到改进提升，更加高效智能的运检模式代替传统运检模式已成为行业发展必然趋势。
关键词：无人机；人工协同巡检；输电智能运检；实践随着特高压、超高压远距离输电技术的不断发展，电网规模的日益扩大，输电线路通道越来越远离城市和主要交通道路，线路走廊交叉跨越和周边地形环境也越来越复杂，经常需要穿越诸如河流湖泊、山区丘陵等特殊区段，常规的依靠人工巡检方式强度大、效率低，难以全部满足输电线路巡检要求。
有机、无人机巡检技术具有不受地形环境限制、效率高、作业范围广等优势。
近年来，为保证电网安全和可靠地供电，输电线路巡检模式已从传统的地面人工巡检模式逐步向直升机、无人机巡检模式多元化发展，直升机、无人机巡视已成为一种必然趋势。
1输电线路巡检方式1.1有人机巡检(1)作业范围大、效率高且不受地形限制。
有人机可方便穿越崇山峻岭、沼泽湖泊和地面难以达到的无人区等，可迅速跨越两个工作地点。
一个有人机班次可飞巡3～3.5 h，巡视铁塔10 0基左右，效率是人工巡检的几十倍。
(2)安全制约因素较多。
为保证飞行安全，大风天气、雨雪雾天气及夜间均不能巡线；受到空中管制因素的制约，对飞行员的技术和心理要求很高，飞机一旦遇险，易造成重大人身伤亡事故。
多旋翼无人机在输电线路巡检中的运用分析
多旋翼无人机在输电线路巡检中的运用分析随着科技不断进步，如今的输电线路巡检的手段也在持续升级。
无人机技术当前已经广泛应用于人们生产生活的多个层面，运用该技术代替传统输电线路巡检工作，符合当前电力工作需求。
具体巡检过程汇总，多旋翼无人机是比较常用的，可以明显提高输电线路巡检效率，减轻巡检人员压力。
标签：多旋翼无人机;输电线路巡检;运行维护我国电力事业不断进步，在电网设备运行维护上也在持续引入先进技术。
随着经济迅速发展，电网覆盖面愈加广泛，为人们生产生活带来便利，但是在输电线路巡检方面，却带来新的挑战。
传统输电线路巡检方法效率低下，不适应当前电网要求。
采用多旋翼无人机进行巡检，可迅速发现输电线路运维问题，提高巡检效率和安全性。
一、无人机概述无人机，也就是无人驾驶飞机，由无线电遥控设备和程序控制装置进行曹总，或者由车载计算机进行间歇自主操作。
无人机比较适合危险、肮脏、较为简单的任务。
在当前民用领域，无人机与各个行业相结合，在农业、航拍、环保、运输、救援、巡检等方面得到广泛应用[1]。
在电力巡检方面，因传统巡检方式完全依靠工作人员进行，效率较低，安全性差，而无人机技术就是一种安全可靠的巡检方式，让巡检的安全性和效率大大提高，并且在经济效益方面也做出贡献，能够较大限度地节省资源。
当前较为常用的电力巡检无人机为多旋翼无人机，如图1所示。
二、多旋翼无人机的技术指标（一）性能指标多旋翼无人机是目前常规使用机型，总量一般5～10千克，也有少数质量更大的类型。
多旋翼无人机的飞行速度可达60km/h，在飞行过程中可以做到悬停观察。
多旋翼无人机因自身重量原因，续航时间一般在30分钟到1小时左右。
多旋翼无人机的抗风能力较好，当风力在六级一下时，都可以做到正常飞行。
多旋翼无人机可携带重量不超过2kg，因此其可携带的设备要严格控制质量[2]。
当多旋翼无人机发生故障，只要将故障零部件拆卸即可完成维修，维修简便省时。
（二）可操作性多旋翼无人机的操作一般由两人共同完成。
多旋翼无人机在输电线路巡检中运用分析
多旋翼无人机在输电线路巡检中运用分析摘要：随着科技时代的不断发展，我国经济也得到了优化，在电力企业中无论是高压、超高压、特超高压线路规模均在不断扩大，以此形成了线路走廊，一般情况下此类装置均在山区也是人力不可达到的地点。
此过程为了保证电力输送的有效性，需要选择无人机对其进行优化，以此减少人工巡检工作中的难题。
在无人机巡检过程中还需优化巡检人员水平和经验，确保在无人区域内仍然可以完成工作任务。
一般情况下，无人区的巡检工作危险系数较高，因此很容易对巡检人员造成伤害，基于此选择无人机进行工作，更能确保安全性，在一定基础之上也确保了巡检工作的质量，同时在经济效益方面也满足了最大化需求。
当前无人机被广泛应用在各类输电线路巡检工作中，甚至已经取代了人工巡检，多旋翼无人机的应用更满足了抗干扰能力，并且也能适应地形，因此在质量方面更具有优势。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检引言：高压输电线路巡检工作一般情况下由人工进行，但是由于整体工作具有一定风险，因此后续由无人机进行操作。
无人机在输电线路巡检工作中需要各类系统的支持，以此才可代替人工巡检，当前无人机被广泛应用在各类输电线路巡检工作中。
随着我国经济和人口的不断发展，为了满足人们对于电力的需求，增加了大量的发电机组，此时输变电工程的数量也在逐渐提升。
人工巡检工作需要耗费大量的人力物力，并且检查人员在工作过程中很难很容易受到各类影响因素的影响，因此对巡检人员具有一定伤害性，基于此输电线路的巡检工作选择了无人机进行，此过程更能满足实际需求，也提高了工作的安全性，最终对线路进行优化，并且也保证了巡检工作质量，也为后续巡检工作奠定了良好基础。
1.无人机的优缺点分析1.无人机的优点无人机有两个功能，一个是自主导航飞行技术，另一个是自主悬停技术，因此可以帮助输电线路进行巡检工作，在特殊环境下无人机可以通过后台人员的操作进行跳闸并且远离故障位置，在达到安全位置后，可以再次开启相关操作。
基于四旋翼飞行器的电力巡检机器人系统的研发
基于四旋翼飞行器的电力巡检机器人系统的研发作者：贾相为郑文龙黄于晨王本有来源：《现代信息科技》2022年第02期摘要：在电力系统中，由于受各种因素的影响，高压电线表面、绝缘子串、杆塔、金具、导线挂点等部位会发生老化或损坏，需要不定期地进行线路检修。
在电力巡检机器人身上装配了GPS定位模块，运用机械视觉图像处理技术和无线传输技术，使得巡检机器人可以发现电力线路中存在的各种问题，能够做到实时提醒，保障用电安全。
经综合测试分析，该机器人可以自主地完成巡线、拍照自动储存、障碍物检测识别以及远程遥控等任务，有效解决了高压线路的故障检测问题。
关键词：四旋翼飞行器;电力巡检机器人;机械视觉;无线数据传输;GPS中图分类号：TP242 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）02-0169-05Abstract： In the power system， various factors bring perishing or damage to the surface of high-voltage wires， insulator strings， poles and towers， metal fittings， wire hanging points and so on， causing the necessity of circuit maintenance at irregular intervals. The power inspection robot， equipped with GPS （Global Positioning System） positioning module， using mechanical vision image processing technology and wireless transmission technology， the inspection robot can find various problems in power lines， give real- time warnings， and ensure the electricity safety. Comprehensive tests and analyses testify that the robot can independently complete tasks such as inspecting line， automatic photographing and storing， detecting and recognizing obstacles， and remote controlling as well. The problem of fault detection of high voltage line is effectively solved.Keywords： quadrotor aircraft; power inspection robot; mechanical vision; wireless data transmission; GPS0 引言我國地大物博，地形复杂，人口众多，作为与人们日常生产生活关系最为紧密的主要能源——电力，其在全国的需求十分巨大。
简析多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用
简析多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用随着时代的进步，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。
标签：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。
基于四旋翼飞行器在输电线路上的巡视与检测
图１ 四旋翼飞行器巡检系统
2.2 动力系统
无刷电机、螺旋桨、电子调速器和电源组成了四旋翼飞行器巡线所需的动力系统。
无刷电机选择使用朗宇M5312 KV390大级别盘式无刷电机；电子调速器选用乐天多旋翼用电调XRotor-50A；螺旋桨使用多旋翼专用8×5.5寸平纹纯碳正反桨；电源选用达普6S 16000mAh 15C锂电池组。
2.3 四旋翼飞行器控制系统设计
图２ 红外成像仪
2.5 地面站系统
地面站系统分为手持遥控器、地面站影像实时显示系统
和地面站实时监控系统。
手持遥控器采用WFT09SII 2.4G 9通道遥控器与接收机。
图３ 采用自主巡航和手持遥控器控制相结合的巡检方案
3.3 现场测试应用
输电线路短距离巡检使用四旋翼飞行器，利用四旋翼飞
行器灵活的空中悬停、定点起飞、航点规划性能、体积小和
方便的操作，对线路和杆塔关键设备进行细节拍摄，采集影
像资料，如图4所示。
图４ 现场测试应用。
多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用研讨
多旋翼无人机在输电线路巡检中的应用研讨摘要：近些年来，随着电网的快速发展，采用人工开展输电线路巡视维护的传统作业方式已不能满足现代电力发展的需求。
随着无人机技术的不断突破，给运维工作提供了新的平台与视角，可实现输电线路安全巡检工作的高效和自动化开展。
本文主要分析了多旋翼无人机的组成及优缺点，同时探讨了巡检作业方法、流程，及多旋翼无人机在输电线路故障抢修中的辅助照明功能，以供参考。
关键词：多旋翼无人机；输电线路；巡检；辅助照明一、多旋翼无人机组成多旋翼无人机巡检系统主要包括飞行器飞行平台、巡检任务设备系统以及地面站遥控系统三大部分。
1.1飞行器飞行平台多轴飞行平台包括机身本体的电机及旋翼、飞行控制系统、能源与动力系统。
四旋翼无人机本体的动力组件是一种带有四片正反桨叶的旋翼。
飞行控制系统是无人机的关键核心系统之一，其集成各类型传感器以获取必要的导航要素包括高度、速度、坐标以及航向等，使飞行器具有姿态稳定控制的功能。
1.2巡检任务设备系统无人机在电力巡视应用上，机载任务设备必须满足输电线路巡检作业要求的图像清晰度、平稳性等功能，经过多次试验，结合现场实际情况选择市场上性能较高的微单相机，有效像素通常大于1670万，具有自动对焦、防抖以及遥控拍照等功能，由于飞行中的抖动较大及运动拍摄，多旋翼无人机的低速运动飞行拍摄，宜配备适合低速运动摄像的镜头。
1.3地面站遥控遥测系统手持式遥控系统采用Futaba2.4G遥控器，通过各通道的操作，将控制信号传输至机载接收机，飞控计算机完成信号的解码并实现飞行器的三维运动和云台的俯仰运动。
地面站软件识别各类数据并实时显示、监测飞行姿态，绘制飞行航迹，全面了解飞行器工作的情况。
二、在输电线路巡检中采用无人机的优缺点2.1无人机的优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，避免了人工登塔的作业风险及繁重的工作量，多角度的拍摄，可以很好的分析线路运行状况及查找故障点能力。
多旋翼无人机在输电线路巡视中的应用研究
多旋翼无人机在输电线路巡视中的应用研究作者：魏源来源：《科学与信息化》2020年第06期摘要随着信息化时代的到来，输电线路自动化巡视成了电力维修检查过程中的主要手段。
电力企业采用无人机巡视输电线路，不仅能够减轻人工巡视烦琐复杂的压力，还能够弥补人工巡查的弊端，全面发现问题的同时，提高了巡视的质量与效率，使电路检查人员的生命安全在一定程度上得到了保障。
本文阐述了无人机应用的现状，介绍了旋翼无人机的使用方法和安全注意事项，并对今后旋翼无人机的技术发展进行了深入探究。
关键词无人机;输电线路;巡视;应用引言近些年电力网络的构架越来越丰富，智能电网得到了很大的发展，仅仅依靠传统的人力巡视输电线路已经无法满足如今的输电线路巡线要求了，无人机在生产生活领域中的应用越来越广，利用无人机巡视输电线路不仅能解决人力物力的问题，还能够发现隐患，保障人员安，因此电网公司在巡线工作中对无人机的应用日益增加，已是时代发展所需[1]。
1 无人机的种类常用的无人机包括固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机。
它们各有各的特点，各有各的优势，也应用在不同的领域。
固定翼无人机的特点是飞行的速度快，作业的时间长，但不能在空中停留，可应用在大范围长距离，长时间的广泛输电线路巡视工作中。
无人直升机飞行起来相对灵活，可以迅速进入巡视状态，目前已经应用于输电线路周边的环境监测，复杂线路的核查，发现线路安全隐患等工作中。
多旋翼无人机操作简单，飞行灵活，最大的特点是能够垂直起飞降落，飞行过程中稳定性强，可应用到线路参数搜集记录，排查故障等工作中。
在发现输电线路的安全问题后，和固定翼无人机不同的一点是，它能够在空中进行悬浮，然后对问题故障的线路部分进行定点分析和参数记录。
通过对以上无人机的特点和功能分析，架空输电线的巡线工作多实用固定翼无人机和无人直升机，但考虑到价格成本，轻便的多旋翼无人机越来越受到人们的推崇[2]。
2 多旋翼无人机巡视线路的操作流程多旋翼无人机的巡视流程：搜集掌握需要巡视的线路资料以及周边的环境情况，确定巡视的路线，寻找合适的无人机起飞降落地点，确定相关人员，具体的施行方案等。
基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统
基于多旋翼无人机的输电线路智能巡检系统根据电网技术的发展，分析了目前输电线路巡视领域中获取线路运行状态及设备隐患的主要方式及存在的问题，提出了发展以小型多旋翼无人机为平台的新型输电线路巡视方案。
同时对国内无人机发展历程和现状进行了分析，简述了小型多旋翼无人机在输电线路检视过程中应用的特点、意义和关键技术，最后展望了小型无人机在输电线路巡视应用中应解决的关键问题。
标签：高压输电;多旋翼无人机;线路巡检1输电线路巡视方法对输电线路进行巡视，是保证输电线路安全运行的基础，目前主要采用的巡视方法主要有三类，即人工巡视、设备在线监测和无人机巡检。
传统人工巡检受地势和视角限制，给巡视工作带来了很大的制约。
在线监测设备固定在杆塔上，灵活性差，监测范围有限且取电困难。
无人机巡检是以上两种方法的有效补充，通过搭载不同设备获取可见光影像或进行红外成像。
2多旋翼无人机巡检2.1多旋翼无人机巡检特点多旋翼无人机飞行机动灵活、操作简单、悬停稳定性高，抵御阵风能力强，可以对线路杆塔、绝缘子串、金具、附属设施等设备进行图像采集和红外成像，取得图像或视频供技术人员进行分析，也可在线路大型检修作业前进行勘测，提前检查设备状况，便于检修方案的制定。
2.2多旋翼无人机巡检主要内容多悬翼无人飞行器所能完成的输电线路巡检工作可以归纳为五大类：杆塔类、导地线类、绝缘子类、金具类和通道类。
杆塔类主要包括塔材塔身严重变形、破损和倾倒，杆塔存在异物，塔材缺失、标志牌丢失等;导地线类包括变形断股、放电烧伤痕迹、压接管过热、有异物等;绝缘子类包括玻璃绝缘子自爆、合成绝缘子闪络痕迹、电流烧伤、污损、破损倾斜;金具类包括各线夹、均压环、间隔棒、防振锤破损、缺损、变形跑位等;通道类包括通道是否存在超高树木、新建建筑以及其他危险因素。
建筑物、树木与导线的安全距离不足等;线下有危及线路安全的施工作业等;线路附近有烟火，有易燃、易爆物堆积等。
3小型无人机应用于输电线路巡视的意义及关键技术通过对无人机在输电线路巡视上的应用，有效的填补了我国现阶段巡视制度存在的不足之处，使线路巡视得到更好的优化，而且其前景非常广阔，相信在未来的时间里，利用无人机来对输电线路进行巡视将成为常态化。
无人机在输电线路巡检中的应用_1
无人机在输电线路巡检中的应用发布时间：2021-06-25T14:33:34.217Z 来源：《当代电力文化》2021年第6期作者：周世帅[导读] 输电线路能否正常的运转在整个的电力系统中起到了至关重要的作用周世帅国网蒙东呼伦贝尔供电公司内蒙古呼伦贝尔市 162650摘要：输电线路能否正常的运转在整个的电力系统中起到了至关重要的作用。
输电线路在提高广大人民群众用电质量的同时也大幅度增加了运维巡检人员的工作难度。
基于此，本文对无人机巡检系统组成、输电线路无人机巡检存在的问题以及无人机在输电线路巡检中的应用进行了分析。
关键词：无人机巡检；输电线路；精细化巡检近年，伴随着经济的快速发展，用电负荷不断提升，电网规模日益扩大，系统的安全稳定运行尤为重要。
但目前输电线路仍然以人工巡检为主，效率低、局限性大、人员安全存在隐患，难以满足输电线路持续快速增长的需求，因此，智能巡检是未来电网检修工作的发展方向和趋势。
无人机是智能巡检的重要方式之一，电力行业各单位正在大力推广和应用。
1 无人机巡检系统组成电力巡检无人机系统主要由飞控系统、动力系统和数据采集系统组成。
1.1 飞控系统无人机飞行控制系统相当于无人机的大脑，主要用于稳定无人机飞行姿态，实现无人机精准定位、悬停与自主飞行。
多旋翼无人机飞控系统主要由机载装置和地面站构成，机载装置中包含飞控处理单位、传感器单元、电源系统和执行模块构成。
机载装置和地面站的交互通过无线通信单元实现。
1.2 动力系统无人机动力系统可分为电动机驱动和内燃机驱动两种。
电动机驱动型多用于多旋翼无人机，主要由无刷电机、电子调速器、电池和螺旋桨构成，特点是方便灵活，便于操控，但续航时间短，适合精细化巡检。
内燃机驱动型主要用于固定翼无人机和直升机，特点是载重大，续航时间长，适合通道巡检。
1.3 数据采集系统无人机数据采集系统主要包括：分幅式多光谱相机、激光抄数机、红外线热像仪、紫外成像仪检测、惯性稳定平台和数据存储器。
基于四轴飞行器的高压电力线路巡检系统设计
统 的 控 制 流程 。基 于四 轴 飞 行 器 的 高 压 电 力 线路 巡检 系统 ， 实现 了四 轴 飞行 器 应 用 于 高压 线路 巡 线 工作 的 无 返 回能 量 补 给
１ 四 轴飞 行 器 现 有 技 术 开 展 电力 巡 线 的 局 限
充 电及 停 泊 系统 具 体 包 括 抓 手 和 充 放 电 电 路 。结 构 图如 图 １所 示 ， 包括 电能采集 部分 （ 抓手 ） 、 继 电器 切 换 电 路 、 整 流 滤 波 电 路 和 调理 电路 ［ ３ － ５ １ 。 电能采集部分
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旋翼无人机应用于高压输电线路的巡检
旋翼无人机应用于高压输电线路的巡检作者：王赵庆王灿来源：《科技风》2018年第21期摘要：在我国电网事业不断发展的过程中，原有人工巡检方式已经无法对现今的电力发展需求进行满足。
在该种情况下，即需要积极通过新技术的应用做好巡检工作。
在无人机技术不断发展的过程当中，也使得我们在电力巡检工作当中具有了新的选择。
在本文中，将就旋翼无人机应用于高压输电线路的巡检进行一定的研究。
关键词：旋翼无人机；高压输电线路；巡检1绪论在电力工作当中，对于高压输电线路的巡检可以说是非常重要的一项工作内容。
在以往工作当中，该项工作主要以人工的方式进行，并辅助以载人直升机进行巡检。
对于该方式来说，在实际应用当中不仅具有较差的工作条件以及较大的工作强度，且工作效率较低，也无法有效的保障人员在工作当中的安全。
尤其是在部分测距不准以及原因不明故障情况下，将较大程度提升工作量，部分线路受到地形因素影响，也将对巡线工作造成不利的影响。
对此，即需要做好无人机技术的应用，以此实现巡检水平的提升。
2应用优势在以往人工巡检工作开展当中，主要通过望远镜、红外热像仪以及肉眼的方式对输电线路的发热以及外观情况进行观察，并通过测距仪的使用对安全距离进行测算，以此判定其是否能够对规程要求进行满足。
受到地形以及设备方面因素的限制，人工巡视方式更多的倾向于对于接地以及基础装置的检查，目前，主要以载人直升机的方式进行空中巡视，以此对地面巡视当中难以发现的金属锈蚀、销钉脱落以及导线断股等问题进行发现。
可以说，通过空中巡视方式的应用，则能够同传统的人工巡视方式起到较好的互补效果，但载人直升机在实际巡视当中，却将受到较大来自空域以及成本方面的限制与影响，并因此使其在实际应用当中受到了较大的限制。
对于无人机电力巡线系统来说，其通常由地面测控站、地面数据处理系统、无人机平台以及数据获取通信系统等部分组成，通过无人机方式的应用进行输电线路的巡检，具有着以下优势：第一，同人工巡线方式相比，其不会受到地形方面的限制，能够以近距离、多角度的方式对金具、绝缘子以及导地线等设备进行观察，以此实现巡线效率的有效提升。
基于四旋翼无人机的电力线智能巡线系统设计
基于四旋翼无人机的电力线智能巡线系统设计耿安坤，朱厚燚（国网湖北随州供电公司，湖北随州441300）电力线路具有分布地域广、所处地形复杂的特点，目前，除了城市地区主要使用地埋电缆外，在乡镇地区和郊区，不管是输电，还是配电，主要还在使用架空导线。
电力线路的故障及安全隐患大致可以分为3类[1]：一是设备的物理损坏。
野外环境下，受雷击、风吹日晒等环境影响造成的设备损坏或老化；二是线路通道存在安全隐患。
主要是树障、易燃物线下堆放、线路附近不规范施工等；三是负荷大、线径细引起的线路过流。
当连接件不牢固或导线断股引起导线电阻增大时，很可能会造成线路发热断线。
目前，电力线巡线主要有3种方式：一是地面目测法。
通过肉眼观察或者采用望远镜、红外成像仪等设备，对电力线路进行人工现场检查。
这种方式的缺点是：工作量大、所花时间长、工作环境复杂、安全风险高。
二是直升机检测法[2]。
工作人员乘坐直升飞机，利用红外成像仪、摄像机等设备，检测电力线运行情况。
这种方式的缺点是：直升机飞行速度较快，不方便工作人员仔细观察，不可避免地会漏掉一些隐患，成本也较高。
三是无人机检测法。
工作人员利用无人机搭载的图像采集设备，到现场操控无人机对线路进行检测，工作人员通过传回到地面的图像信息判定异常情况。
这种方式的缺点是：对操作人员操控无人机的水平要求较高，而且至少需要两个人到现场开展工作，一人操作一人记录数据，而且受无人机续航能力的限制，每次巡视的范围很有限。
利用无人机开展电力线路巡检，融合导航控制、无线通信、图像识别、自主充电等技术，将现场信息传回主站供工作人员分析应用，真正实现远程自主巡线。
这样以来，不仅可以提升巡线工作质效，还能扩展到电力施工现场稽查等领域，是一个很有前途的发展方向，并且极具研究价值。
1系统构成1.1系统物理架构从物理架构上来看，系统设计大致可分为3层，分别为采集层、通信信道层和主站层。
采集层是指无人机平台及杆上充电站上面搭载的传感器，采集现场工作环境、线路状况和图像信息等，代替人工在现场巡线时进行的信息收集工作。
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收稿日期：2012-07-10基金项目：国家自然科学基金资助项目（60674100）；博士点基金资助项目（20113218110013）；江苏省产学研联合创新资助项目（BY2012018）作者简介：王振华（1987—），男，江苏江阴人，硕士研究生，从事飞行控制理论、嵌入式系统开发研究。
E-mail:wzh_nuaa@护主要依靠日常巡检及故障发生后的继电保护、稳定控制和失步解列等“三道防线”，而对电网运行的主动监测、主动防护相对落后。
提前获知灾害的形成过程，主动清除各类缺陷和隐患，为“坚强”、“自愈”的智能电网安全提供了强有力的保障。
目前输电线路的巡检手段主要为人工巡检。
然而受到自然条件、巡检设备落后的制约，人工巡检存在着诸多问题。
而传统的自动化巡检载体，如线路本体在线监测系统[2]、线路攀爬巡检机器人[3-4]等，因其巡检覆盖范围小，操作难度大，不利于维护等原因，正逐步退出历史舞台。
随着航空工业技术的发展，飞行器巡检正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，给影像信息的获取，上述的飞行平台还不能完全满足要求。
1四旋翼无人机巡检系统南京航空航天大学和南京工程学院组成的研究团队，在调研输电线路短途目视巡检需求的基础上，研制了四旋翼无人机巡检系统。
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。
巡检系统采用编码正交频分复用（codedorthogonal frequency division multiplexing,COFDM ）图像传输机制[9]实时传输输电线路部件的影像信息，通过手持式或地面站式遥控设备，进行全方第45卷中国电力位多角度影像资料采集，经过后期图片分析处理，为线路检修提供前期资料。
该系统极大地提升了线路及通道状态管理、巡视监测、应急指挥的便利性，为输电线路的安全评估、灾前排查、事故预警、稳定预控、灾后抢修，乃至状态检修和全寿命周期管理提供全方位的信息支持。
2四旋翼无人机巡检系统设计四旋翼无人机巡检系统分为四旋翼无人机本体、能源与动力系统、巡检任务设备系统、遥控遥测系统以及巡检综合控制系统等部分。
2.1四旋翼无人机本体及动力组件四旋翼无人机是一种带有4片正反桨叶的旋翼类新型飞行器。
不同于传统旋翼类直升机，其通过自身正反旋翼的气动力学特点，即可抵消飞行过程中的偏航扭矩，简化了机械结构，提高了气动效率。
在给飞行器提供升力的同时，通过正反旋翼转速的调整就能够实现飞行器6自由度的运动。
出色的垂直起降、定点悬停性能，快速机动、简洁便利的操作性能，使得四旋翼无人机在电网线路、森林灾情、反恐安防、城市交通等各类环境下均有着广阔的应用前景。
飞行器本体以碳纤维为主材料，动力组件包括直流无刷电机、电机调速器、9寸桨叶（见图1）。
四旋翼无人机主要指标见表1。
为使飞行器能够长航时、多航次进行巡检任务，配备了高能锂聚合物电池，高达20C 的放电性能能够充分满足电机的转速需求，满足了四旋翼无人机在大风环境下悬停稳定性和操作性要求。
2.2任务设备控制系统任务设备控制系统主要由云台控制系统和相机拍摄控制系统2部分组成。
影像采集设备安装四旋翼舱底。
当飞行器机动飞行，俯仰、滚转姿态变化时，云台舵机能够随飞行器姿态角输出相应转矩，维持云台角度相对地面坐标系保持固定，从而保证拍摄画面时刻聚焦于前方部件。
地面人员通过云台控制装置能随时调整拍摄角度，远程进行相机调焦、对焦，并根据画面成像优劣，有选择地进行线路设备的影像拍摄。
2.3地面遥控遥测系统2.3.1遥控系统输电线路的短途巡检，其主要目的是采集杆塔本体、导线、绝缘子、附属金具等设备的影像信息，为检修线路缺陷和外部隐患，维护电网良好运行提供前期资料。
鉴于对影像获取的特殊要求和控制系统可靠性、安全性要求，遥控系统分为手持式遥控系统和地面站遥控系统，两者互为补充、互为备份。
手持式遥控系统采用Futaba 2.4G 遥控器与接收机，系统具有较高的可靠性和抗干扰性，当周围存在相同频率的设备时，系统能够自动跳频保证遥控数据的可靠传输。
遥控器通过各通道的操作将控制信号传输至机载接收机，飞控计算机完成信号的解码并实现飞行器的三维运动和云台的俯仰运动。
地面站遥控系统采用无线数传系统，地面站软件解码控制指令、绘制和生成航路点，并将信号通过RS232端口传输至数传模块地面端，进行加密、编码、调制、调频，以1W/30dBm 的功率发射，通过高增益天线保证机载端模块的数据接收。
机载端接收到的调频信号经放大、鉴频、解调、译码、解密后以串行通信将信号送至飞控计算机，以实现对飞行器远距离控制。
2.3.2遥测系统遥测系统由机载影像传输系统和地面站遥测系统组成。
遥控遥测系统图2所示。
影像传输系统由图像传输、接收模块组成，为机载至地面站单向数据链。
由于可见光相机视频码率高，数据量大，容易造成传输链路拥堵，无法实时监测机载图像。
因此该模块采用了COFDM 调制技术，具有“非视距”、“绕射”传图1四旋翼飞行器Fig.1Quadrotor UAV表1四旋翼无人机主要技术指标Tab.1Specifications of quadrotor UAV第10期图2遥控遥测系统Fig.2Remote control and telemeter system王振华等：基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究输的特点，能充分适应输电线路各类环境，同时对噪声和干扰有着很好的免疫力，保证传输的可靠性。
而接收端模块通过视频解码，图像分辨率可达到720×576dpi ，完全可以满足后期图像的分析、存储、编辑等具体要求。
地面站遥测系统与地面站遥控系统采用相同的物理模块，飞控计算机采集飞行器各类飞行数据，包括飞行姿态、飞行高度、GPS 经纬度等，将数据打包添加帧头，以串行模式通过机载端模块进行数据回传。
地面站软件识别各类数据并实时显示、监测飞行姿态，绘制飞行航迹，全面了解飞行器工作情况。
2.4输电线路巡检综合控制系统2.4.1巡检方案设计针对输电线路短途巡检的应用需求，着眼于线路、杆塔、绝缘子、金具等部件的影像采集，本系统采用自主飞行与手动控制相结合的巡检策略，如图3所示。
主要实现机载影像实时显示、飞行器参数显示、航迹规划、定点悬停、远程拍摄控制等功能。
2.4.2巡检系统实施步骤1：根据杆塔的GPS 坐标信息及周围环境情况，预设自主飞行航迹点。
航路的选择根据飞行器与杆塔线路的安全距离，以及影像设备的聚焦远近综合考虑。
在每个航迹点上可预设悬停时间，达到对相关部件的定点悬停拍摄。
当飞行器到达预设航迹点时，可通过控制模式切换系统进行手动控制，全面详细地进行部件的影像拍摄。
步骤2：根据地面图像监测系统实时显示机载图像，判断飞行器的拍摄角度及图像优劣。
配合地面飞行器参数显示，实时更新飞行器轨迹。
地面操控人员以拍摄图像为参考，确定当前飞行器航迹点选取是否合适。
记录并设置更优化的航迹点以及飞行器的GPS 三维坐标、姿态角度、云台俯仰角度等信息，以备飞行器下一个航次巡检之用。
经过上述巡检步骤，飞行器能够更加准确地飞抵目标区域，为高质量影像获取提供保障。
此外本巡检系统还具有以下功能：（1）低电压保护。
飞控计算机实时采集动力电池电压信息，当电压低至预设安全电压时，地面控制系统提示并发送指令使飞行器进行自动返航，避免因动力不足而导致事故。
（2）失控保护。
因意外原因导致飞行器无法接收地面操控信号时，飞行器将自主返航降落。
（3）图像接收及存储。
地面图像监测系统能实时显示并存储机载视频，为后期分析处理提供资料。
（4）航迹保存与导出。
根据上一次巡检效果的优劣，有选择性地保存航迹点和航路信息，作为下一次巡检的主要参考。
（5）防碰撞预警。
飞行器上安装防碰撞预警装置，利用电磁感应和超声波测距装置，实时监测飞行器外部环境障碍。
当飞行器离线路、杆塔过近时进行高亮度LED 报警提示，飞控计算机发送控制参数，悬停并等待后续操纵。
3成果应用四旋翼无人机巡检系统主要应用于输电线路短途目视巡检，充分利用四旋翼无人机出色的悬停性能和方便的操作性能，对线路关键设备进行空中航拍，采集影像资料，如图4所示。
图3巡检系统方案Fig.3Outline of inspection system图4机载影像拍摄效果Fig.4Airborne image第45卷中国电力经后期影像分析、故障识别等处理，及时发现和定位故障点，对所存在的设备缺陷进行备案、检修；对疑似故障进行多次飞行巡视或报线路运行班组进行人工巡视。
为适应线路周边多样的自然环境和气候特点，采用自主航迹规划巡视和人工操作巡视相结合的巡检方式，安全高效执行巡检任务。
本巡检系统目前已成功应用于华东地区若干供电公司的线路巡检。
4结语利用四旋翼无人机搭载影像设备进行输电线路巡检，替代人工（裸眼目视或携带设备）地面观察或登杆（塔）排查等传统巡检手段，不仅减轻了人员工作强度、保证人身安全，而且能够快速高效地执行巡检任务，节约线路运行维护成本。
在线路故障发生后能快速巡航拍摄，准确定位故障源头，为灾后方案准备、人员协调、故障抢修提供技术支持。
参考文献：[1]丁道奇.复杂大电网的安全性分析[M].北京:中国电力出版社,2010.DING Dao-qi.Security analysis of complex large-scale power grids [M].Beijing:China Electric Power Press,2010.[2]于德明,郭昕阳,陈方东,等.500kV输电线路在线监测系统应用[J].中国电力,2009,42(5):53-56.YU De-ming,GUO Xin-yang,CHEN Fang-dong,et al.Application of on-line monitoring system for500kV transmission line in North China[J].Electric Power,2009,42(5):53-56.[3]周风余,吴爱国,李贻斌.110kV输电线路巡线机器人[J].中国电力,2008,41(3):32-35.ZHOU Feng-yu,WU Ai-guo,LI Yi-bin.An inspection robot running on110kV power transmission line[J].Electric Power,2008, 41(3):32-35.[4]FU Si-yao,LIANG Zi-ze,HOU Zeng-guang,et al.Vision basednavigation for power transmission line inspection robot[C]// Stanford,California,USA:Proc.7th IEEE Int.Conf.on Cognitive Informatics,2008:411-417.[5]邵允临,曹晋恩,尚大伟.直升机巡检华北电网超高压输电线路[J].中国电力,2003,36(7):35-38.SHAO Yun-lin,CAO Jin-en,SHANG Da-wei.Patrol inspection of EHV electric power transmission line with helicopter in North China Power Network[J].Electric Power,2003,36(7):35-38. [6]陈西光,董罡,王滨海,等.固定翼无人机巡检输电线路探讨[J].山东电力技术,2011(5):1-5,8.CHEN Xi-guang,DONG Gang,WANG Bin-hai,et al.Discussion on transmission line inspection with unmanned fixed-wings aircraft [J].Shandong Electric Power,2011(5):1-5,8.[7]林韩,林朝辉,汤明文,等.电力输电线路无人直升机巡视的应用[J].华东电力,2011,39(10):1657-1660.LIN Han,LIN Zhao-hui,TANG Ming-wen,et al.Application of unmanned helicopter patrol to power transmission line[J].East China Electric Power,2011,39(10):1657-1660.[8]MONTAMBAULT S,BEAUDRY J,TOUSSAINT K,et al.On theapplication of VTOL UAVs to the inspection of power utility assets[C]//Montréal,Canada:20101st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry,October5-7,2010:1-7.[9]李永志.COFDM技术用于无线图像传输系统的优势[J].无线通信技术,2007(2):60-62.LI Yong-zhi.The advantage of COFDM application in the wireless image transmission system[J].Wireless Communication Technology, 2007(2):60-62.（责任编辑张子龙）Study on the Transmission Line Inspection System Based on Quadrotor UAVs WANG Zhen-hua1,HUANG Xiao-ning2,LIANG Kun1,LI Shao-bin1,YANG Zhong1（1.College of Automation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,China;2.School of Electric Power Engineering,Nanjing Institute of Technology,Nanjing211167,China）Abstract:According to the requirements of the short-distance inspection of the transmission line,a quadrotor UAV is used to solve the problems of inefficiency,unsafe and technical threshold of routine inspection means.The images of the line defects and potential problems are located and collected with the aerial views of the bined with the GPS of the transmission tower,an autonomous flight inspection is presented according to the default track points.A manual flight inspection is used to acquire the comprehensive images of the line's key components by observing the real-time images of towers transmitted by airborne equipments.The inspection system enhances the ability of the line state management and emergency solution.Also it can provide a full range of the line information support for the safety assessment,pre-disaster investigation,pre-warning of the accident,disaster repair,and even the state of maintenance and life cycle management.line;inspection system。