多旋翼无人机在高海拔地区的深度研究

多旋翼无人机在高海拔地区的深度研究

鲁茸江措

云南电网有限责任公司迪庆供电局 云南省迪庆藏族自治州674400

摘 要：随着信息技术的不断发展和进步，近年来，无人机、机器人、智能传感、人工智能、大数据等新兴技术迅速发展。特别是多旋翼无人机已广泛应用于电网设备运维中，并取得了良好的效果。为促进电网设备精益管理水平的提高，文章以电网巡检要求为基础，以提高供电可靠性为中心，以提高电网设备运行质量和效率为目标，针对高空无人机旋翼机较多的高压架空输电线路巡逻的精益方向做出了进一步的研究，并提出了具有针对性的解决方案。

关键词：高海拔地区，高压架空输电线路；多旋翼无人机；研究

目前，与人工检测相比具有许多的优点。但在环境恶劣的高海拔地区，多旋翼无人机巡检也面临着地面跨度大、电池寿命短、提升动力不足、抗风沙能力差等诸多困难。因此，如何因地制宜提高多旋翼无人机应用的科学性和有效性，将对推动高空输电线路检测的精益化研究起到积极的推动作用。多旋翼无人机对输电线路的检测技术在国内已得到全面推广和实施。据统计，利用多旋翼无人机进行缺陷识别时，塔身平口及以上部位难以人工发现的缺陷占78.5%。多旋翼无人机检测是利用可见光和红外热像仪对传输线进行检测的一种新型检测技术。

1、多旋翼无人机介绍

随着多旋翼无人机相关技术的快速发展，多旋翼无人机系统应用范围广泛，特点鲜明，在尺寸、形状、航程、导航时间、功能、飞行高度和飞行速度等方面都有很大差异。

传输线多旋翼无人机检测系统包括：飞行平台子系统、任务子系统、测控与通信链路子系统和地面控制站子系统。飞行平台子系统主要提供飞行能力和装备装载能力。任务子系统提供收集设备信息的能力，通常使用可见光传感器、红外传感器或紫外线传感器;通信链路子系统提供飞行平台与地面站之间的远程控制和遥测数据和视频图像的传输，必要时，可增加中继链路。地面控制站子系统，实现对飞行状态的控制和对飞行情况的监测。

多旋翼无人机巡检系统起飞重量轻，续航时间短，操作维护相对简单，可用于单塔巡检和故障巡检。固定翼多旋翼无人机巡检系统续航速度高、航程远，可用于航路巡检和灾后评估。现如今，该电源单元通过图像处理技术实现了检测图片的自动拼接和过滤，检测点的自动定位和典型故障的自动识别，从而提高了检测的效率和质量。

旋翼无人机是一种具有垂直升力、悬停和柔性飞行性能优势的无人机。因此在某些情况下，旋翼无人机比固定翼无人机具有更好的适用性，它通过联合并放置三组六台电机提供升力，调节姿态，通过改变旋翼速度通过调整姿态进一步实现位置控制，具有悬停性能优异，运动灵活，机械结构紧凑，零件可靠性高。在一般的演习中，多旋翼无人机已经完成了空载试验、弹载试验、弹击试验等科目。比如，垂直起降、定点悬停、手动飞行、预设航线飞行等，各项指标均满足要求。多旋翼无人机将更适合在危险和恶劣的环境中工作。

多旋翼无人机是一种具有多自由度的垂直起降飞机，多个螺旋桨分布在一个多角形的顶点位置。多螺杆转速作为多个输入力，多个自由度的位置作为输出，多螺旋桨旋翼无人机的多个旋转方向是不一样的，通过改变螺杆转速来改变无人机旋翼的姿态和位置，当遇到强外力扰动或部分转子扰动时，它能表现出较好的稳定性和跟踪性能。多旋翼无人机的控制系统是保证其稳定性能的关键。因此，对多旋翼无人机控制系统的研究也就显得尤为重要。多旋翼无人机将更适合在危险和恶劣的环境中工作。未来它将会在军事和民用领域都有广阔的应用前景。

    2、高海拔地区对多旋翼无人机巡检的影响   

2.1地形地貌的影响

高海拔地区地表形态复杂，山地连绵，纵横通道，净空条件差。输电线路的架设位置往往位于山区以上，交通基础设施较差，通信终端采用远程引导控制多旋翼无人机面临诸多困难，再加上大面积森林或山区的掩体，多旋翼无人机通信距离相比平原地区相对较弱，多导线通过远程控制对旋翼无人机进行巡逻，具有一定的难度。

2.2气象条件的影响

高海拔地区的气象变化差异很大。输电线路往往会穿越多种特殊路段，如多雾区、峡谷风道、地形抬升区等，导致环境变化较大。同时，低温、强风、暴雨等对多旋翼无人机的控制能力影响较大，会导致发动机推力降低，多旋翼无人机升力受限，出现启动困难、过温、超压等非常规状态，也会导致起降飞行控制不良，地形复杂，造成很大的安全隐患。

2.3温度变化的影响

高海拔地区的气温比其他地区低。当空气温度低于4℃时，锂电池使用的电解液在低温下会变得粘稠或凝结，这也会降低电池的充放电效率和电池功率，严重限制多旋翼无人机的工作时间。因此，如果管制员根据低空区域的飞行时间进行线路检查，可能会发生飞机失事的风险，这也会导致工作成本的成倍增加。

2.4通信条件的影响

由于高海拔地形的遮挡和发射作用，无线电波受到多路径干扰，通信距离短，信号微弱，导航覆盖范围小，指示信号接收不稳定，部分方向还会出现假信号，导航系统容易因环境误判而产生误差。

3、多旋翼无人机在高海拔地区应用方向

    3.1多旋翼无人机探伤

由于高海拔地区地形环境复杂，不适合照搬沿海平原地区的技术经验。因此，适合该区域的多旋翼无人机作业必须根据当地特点进行。鉴于距离大、高度差大等，人力无法在现场巡查的断面，运维团队一般都使用高倍望远镜进行检查，由于距离不好识别，经常会报告缺陷分类错误，在维修工作中，运维人员会发现所编制的维修计划与实际不符，增加了维修团队的工作量。同时，由于未知缺陷的识别，增加了操作风险。使用多旋翼无人机可以避免上述情况。线路运维人员发现无法确定的缺陷后，可使用多旋翼无人机进行近距离拍摄，并将飞行员接地线路情况发回地面站，帮助运维人员识别和确定缺陷。

    3.2多旋翼无人机红外检测

线路设备按加热原理可分为两类，即电流加热设备和电压加热设备。其一般由电流的大小来确定加热的程度，受到风速、湿度的影响较小。电压加热设备通常是由于瓷绝缘子零量值和泄漏电流质量差引起的，复合绝缘子棒芯电腐蚀引起的发热，线路避雷器阀失效引起的泄漏电流增大引起的发热等。现有的红外探测设备不得变焦，当距离超过一定范围(30米)时往往无法测量数据，近年来，为了更好地保护环境，新建和翻新经常使用高跨传输线，并要移离中间的连接管道，地面有污物等，现有的红外探测设备无法检测，设备控制处于失控状态。通过引入多旋翼无人机系统，常常会利用多旋翼无人机携带的红外探测设备对此类设备进行探测，以此来避免相关事故的发生。

    3.3人工协同多旋翼无人机联合巡视

    根据线路检测的具体内容，我们也可以将多旋翼无人机的工作接口与人工检测按照一定的规则做好划分，以便充分发挥两者的特点和优势，达到优势互补、相互配合的目的。多旋翼无人机主要对塔头高度的接地线、电线、绝缘子串、垫片棒、防震锤等故障进行巡检，人工巡检主要对塔头以下的各种故障进行巡检。也就是说，以电线、金属工具和绝缘体为观察对象，多旋翼无人机从指挥角度进行检查，利用望远镜进行观察。视角互补的检查方法，就可以有效地发现单一视角无法观察到的故障和隐患。另一种解决方案是，等待多旋翼无人机实时传输现场图像数据，对数据进行分析，然后在现场检测故障嫌疑人。两种方法在实际考察中各有优缺点，可综合考虑各地区的地理、气象、人文特点，因地制宜去进行。

4、小 结

综上所述，旋翼无人机在高海拔地区、输电线路检测中的应用尚处于探索阶段，只有掌握旋翼无人机在高原地区的适应性，从功能定位、标准体系、运行方式、设备配置、运行效果等多维度难点进行业务研究，积累了飞行控制在复杂环境下的应用经验，只有不断优化多旋翼无人机的巡检方式，才能提高巡检、减员、增效，进一步提高输电线路运行精益管理的水平。

     参考文献：

    [1] 陈天添.多旋翼无人机在输电线路运行中的应用[J].科技与创新，2016（4）：154-155.

     [2] 周海峰.输电线路巡检中多旋翼无人机应用与分析[J].建筑工程技术与设计，2015（18）.

     [3] 李佳幸.多旋翼无人机巡检输电线路技术初探[J].工程技术：全文版，2016（11）：00273-00273.