縮短照明無人機無效作業時間的研究

趙軍 陳益平

[摘? ? 要]通過對應急系留照明無人機無效作業時間的測定與分析，確定造成無效作業時間的關鍵因素。通過對關鍵因素的分析對比找出影響無效作業時間的直接原因，采取改造加裝電動散熱裝置、電動卷線器，改用LED多面向光源等措施，縮短了照明無人機無效作業時間。

[關鍵詞]無人機;照明;電動散熱;電動卷線;多面向光源

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–0–02

Research on Shortening the Ineffective Operation Time of Illuminated UAV

Zhao Jun， Chen Yi-ping

[Abstract]Through the measurement and analysis of the invalid operation time of the emergency moored lighting UAV， the key factors causing the invalid operation time are determined. Through the analysis and comparison of key factors to find out the direct causes that affect the invalid operation time， measures such as retrofitting and installing electric heat sinks， electric wire reels， and switching to LED multi-faceted light sources have shortened the invalid operation time of the illuminated UAV.

[Keywords]UAV; lighting; electric cooling; electric winding; multi-faceted light source

廣東位于臺風高發地區，輸配電線路極易面臨飄掛物、斷線、跳閘甚至倒塔事故，若不及時消缺，將帶來巨大的威脅和損失。因此，消缺工作經常需在夜間搶修完成。夜晚作業時，在條件允許的情況下使用系留照明無人機進行照明，能夠大大提高夜間登高作業的安全性和效率。通過統計，白天和夜晚同類作業時長相差最高達到102 min。

通過對比，縮短夜晚登高作業時間可以有效地減少線路停電時間，挽回停電損失，其意義重大。而降低系留照明無人機的無效作業時間對縮短夜晚作業時間起著關鍵作用。

1 無效作業時間因素

現階段常用的應急系留照明無人機是使用柴油機供電，通過電纜向如風4無人機傳輸電能，如風4無人機上配備照明燈的一種特種作業無人機。為了分析數據更精確，按照無人機作業分成8個過程進行耗時統計，如圖1所示。

通過對數據進行分析可知，“現場工具規劃”“飛行中調整”這兩項耗時占比很高，所以最終確定“現場工具規劃耗時過長”“飛行中調整耗時過長”是重點制約因素。

2 原因分析確定

根據調查，目前使用中在線盤過熱時無法進行散熱，需要花費很多時間等待線盤冷卻。經過人工測試和計量發現有優化的散熱方式可以有效減少無人機等待線盤冷卻的時間。

在卷放線測試工作中，起降匹配率遠遠大于110 %，說明飛機的起降速度大大高于卷放線速度。因此通過改進卷線裝置有希望進一步減少卷放線時間，制作合適的卷線裝置，就可以有效地縮短20 %的卷放線時間。

通過對作業的觀察，目前主要照明方式為單向點束源照射，照射范圍小。當作業人員需要調整作業位置時，需要飛手調整無人機懸停位置，而系留照明無人機收放系留電纜調整位置所花費的時間較長。

通過上述分析，得出結論：“缺少優化的散熱方式”“沒有合適的卷線裝置”“照明燈照射范圍小”是主要影響因素。

3 制定對策

3.1 針對“缺少優化的散熱方式”要因

使用電動散熱裝置，經調研統計電動散熱裝置平均僅重12 kg，改進的措施在重量上無明顯增加。同時電動裝置可長時間進行散熱工作，故該對策具備一定的可行性。

對線盤散熱裝置進行了改裝，并最終加裝完成了符合使用要求的電動散熱裝置。通過對加裝電動散熱裝置后線盤的作業時間的統計，使用電動散熱裝置降低線盤導線溫度的對策實施達到了預期的效果和目標要求，縮短飛行位置調整時間的目標實現了。

3.2 針對“沒有合適的卷線裝置”要因

加裝電動卷線裝置，通過調查研究，利用電動裝置進行卷線操作，重量增加僅為20 kg，目前已應用在了很多領域，技術較為成熟，且裝置本身具備穩定的能源輸入與輸出，也相對輕便，故該對策具備一定的可行性。

選擇市面上較為常見的電纜收線盤輪進行優化。電纜收線盤依靠轉盤把手以及內部的伸縮拉桿，沿著卷線軸的方向來回卷放線。

將電動散熱裝置裝在電動卷線裝置上，并且通過直流電機帶動轉動軸進行收放線，同時在內部結構中，設置雙層防亂軸承，減少線纜拉伸的摩擦力，再搭接定位球固定器，以調節拉伸高度。對實施結果進行檢查，其優化的項目都能滿足優化程度系數的要求。

通過表1可以看出，使用加裝移動輪滑底座設計的電動卷線裝置實現了縮短飛行中收放線時間20 min以上，也達到了預定的目標。

3.3 針對“照明燈照射范圍小”要因

經調查實驗知道使用多向束光源光照面積相較原有照明面積，但調整角度較小不利于調整照射范圍，故該對策的可行性較低。使用多向面光源的光照面積最大，有利于調整照射范圍，因此該對策具備一定的可行性。

3.3.1 無人機光源由單向點光源升級為多向面光源

系留無人機使用單向點光源照射時，由于光線過于集中，使工作范圍的覆蓋較為困難，需要頻繁調整無人機位置，往往占用大量時間。照射時如果角度不佳，往往會使塔上工作人員由于強光照射，無法睜眼，從而影響塔上作業，決定將系留無人機原本使用的單向點光源升級成多向面光源。

3.3.2 使用LED燈替換白熾燈

由于夜間搶修工作時間往往不能準確估計，而系留無人機續航需要柴油機發電，柴油機發電則受到柴油數量的制約。因此，降低系留無人機功耗既保證了經濟性，又減少了柴油的攜帶量，減少了準備時間。對比發現使用LED燈與白熾燈的照明效果，但LED燈的耗能只有白熾燈的一半，更為經濟實用，因此選擇使用LED燈代替白熾燈作為系留無人機的照明手段。

3.3.3 對于改良前后的無人機在實際工作的耗費時間進行了測試

選擇試驗場四基不同的桿塔進行，要求作業人員從A相依次轉移到B相和C相，對照明時間進行統計，得到表2。

由表2可知，改良無人機光源可以節約超過24 min的照明時間，也完成縮短原照明時間25 %的目標，因此該對策實施已按要求完成。

4 成果應用

在改進措施完成之后，以2018年9月16日—2019年2月11日的10次檢修測量時間作為基準，對比2020年1—3月的5次檢修，選擇塔型和地勢相似檢修位置進行對照，以系留照明無人機作業環境（氣溫、路程、地形）、塔型及工作內容為參考（改進前），選條件相似作業的系留照明無人機作業（改進后）進行癥結耗時對比（見表3）。

實施了一系列的鞏固措施之后，所有檢修作業的癥結耗時相比實施前癥結耗時能穩定地保持在縮減50 %以上，并隨著鞏固措施實施的時間推移有小幅度的增長。

5 結束語

從對改良版無人機使用效果來看，改良版系留無人機對各地夜間搶修工作都能縮短其癥結耗時38.2 min之內，其效率都提升到50 %以上，取得了理想的效果。

參考文獻

[1] 賈海瀛，陳健德，關山.無人機技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2020.

[2] 榮浩磊.城市夜景照明工程設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2018.