无人机混编机场的架空线路自动巡检研究

韩昊，金哲，李小来，杨世强，翁永春

(国网湖北省电力有限公司超高压公司,湖北武汉，430050)

1 无人机自动巡检有效覆盖范围

从无人机自动巡检的角度来看，通常都是基于高精度三维模型来实现航线规划，由于无人机设备是由飞行技术所组成，就是其在使用中，能够不受限地形及空间的限制，可操作性较强，且其运用起来，操作方式也比较简单，没有过于复杂的操作程序，不需耗费过多的人力及物力，只需无人机设备电量充足，其系统能够正常运行即可。但重点还是要通过借助RTK来获取厘米级导航定位精度，在实现自动化无人机巡检的同时，还能全面提升巡检的精确性，转变了以人工操作为主的传统型无人机巡检工作模式，进一步扩大巡检有效范围就是其效能的最大体现。实现RTK的途径有三种，第一种就是基站RTK转发式，其是将信号传输到无人机遥控器中，并以遥控的方式来将行链路传递至无人机。第二种是基站RTK直联式，直接将RTK信号与无人机相连接。第三种则是网络RTK转发式，以遥控器为媒介来获取RTK信号，并应用功能其上行链路来实现数据信息的传递，以此来操控无人机[1]。

一般情况下，基站RTK连接时，精灵4RTK就代表了RTK基站和遥控器之间的距离。而经纬M300 RTK在RTK技术应用方面较早，已能实现娴熟运用，但在实际应用过程中，在中切换方面，还无法实现完全自动化，仍需通过人工操作来实现，这是其目前存在的一大问题，也是RTK技术在实际应用中还需完善的方面。当出现无人机和遥控器部署在同一地点，并采取基站RTK情形时，在无人机自动巡检有效范围方面，不同的机型覆盖范围有很大的差别。其中，经纬M300 RTK范围最大，达到了6Km，而精灵4RTK和经纬M210 RTK V2的最大范围分别是5Km与4Km。但在利用4G备份链路时，无人机的自动巡检有效范围会因4G网络覆盖及其自身的航程而受到限制[2]。以山体地形较为复杂的地理情况为例，无人机自动巡检的空间关系可见下图1，其虚线处代表无人机受信号距离与山体遮挡影响，能够体现出无人机自动巡检的有效覆盖范围[3]。

图1 信号范围图

2 无人机混编机场部署策略

下表1为某山区无人机混编机场的输电线路自动巡检工作环境介绍。

表1 某山区输电线路作业环境

距离 3.85Km 5.38Km 4Km地形相对平缓，附近有村庄，手机信号良好 山区手机信号较差地形特点以N10为塔基原点，N1-N4、N16-N25不通视以N10塔基上升10m为原点，基本通视基本通视

通常来说，都会降无人机混编机场部署在线路两端的变电站内，忽略自动机场至首个杆塔的距离，则双地面机场的航线设计和耗时见表2。

表2 双地面机场航线设计

无人机巡检距离越远，单次飞行所能完成的任务越少，且在变电站1部署的地面机场无法对N21塔及更远的杆塔进行自动巡检。增加自动机场数量或改变变电站部署方式可减少无人机的机动距离，但变电站外部署将增加征地和管理成本。在N10塔部署驻塔自动机场航线设计见表3。

表3 无人机混编机场航线设计

下表4为RTK信号与通信保障的方式，介绍了常用的几种无人机机型。

表4 RTK信号与通信保障方式

3 无人机混编机场设计与“空地协同”配置方案

3.1 基于无人机混编机场的架空线路自动巡检系统

下图2为无人机混编机场架空线路的自动巡检系统，该系统特点较为明显，是自动化科学技术系统的体现。从其管理中心的角度来看，主要涵盖了以下四个方面的内容：（1）团队管理，这是实现多架无人机管理的核心要素，其作用是能够支持多个用户登录系统来查看各无人机自动巡检的状况。（2）航线规划，这是混编机场效能及作用的体现，能够针对不同类型及不同特点的无人机机型来规划适合其自动巡检的航线，使得其飞行航线更加合理化、规范化以及科学化，作用就是提高无人机自动巡检的效率[4]。（3）数据管理，能够综合性的管理所有无人机获取的数据，将各类不同的数据信息进行归档，从而能够依照实际需求来进行分析，对数据信息进行处理使形成相应的报告。（4）直播监控，这是对无人机自动巡检工作的实时监管，即使是自动化巡检，但仍要了解其巡检的具体情况，清楚各类无人机的实际航迹，以防意外事件发生[5]。

图2 无人机混编机场架空线路的自动巡检系统

3.2 无人机混编机场架空线路自动巡检设计和配置

由于无人机设备较为精密，若进行野外部署，则极易出现人和动物破坏及占用私人土地的现象，还会进一步加大无人机自动巡检开展的难度与成本。所以，通过对比地面机场和驻塔机场的技术参数来选择更加合适的无人机混编机场架空线路自动巡检设计与配置，具体可见下表5。

表5 地面机场与驻塔机场技术参数比较

下表6为无人机混编机场空地协同作业效能对比。

表6 无人机混编机场空地协同作业效能对比

从维护简单、安全性等方面考虑，变电站2部署驻塔机场的必要性不大，因此，方案A要优于其他方案。

4 结语

混编机场是针对山区输电线路设计的双机场解决方案，是对无人机自动巡检技术的一次实践探索，基于电网自有资源解决了地面机场部署困难问题，并获得了相对良好的信号环境，在现有技术条件下以较低成本满足了输电线路自动巡检的技术要求。随着技术发展，多基自动机场进行混合配置，蛙跳式、网格化的低空巡检网络也将成为现实[6]。