電力巡線無人機產品設計方法淺談

王子琦，孫昕，呂卉，劉丹

（1.尚良仲毅（沈陽）高新科技有限公司，遼寧 沈陽 110000；2.遼寧壯龍無人機科技有限公司，遼寧 沈陽 110136）

0 引言

隨著對無人機的研究逐漸深入，無人機的功能被極大的開發，被應用于各行各業。傳統的電力巡線領域巡查通常以人工巡查為主，直升機巡查為輔，但這兩種巡查方式存在著工作效率低，人力成本高，工作量大，技術門檻高，運行費用高等缺點。因此，在電力巡線技術革新的過程中，引入了無人機進行電力巡線。無人機小巧靈活，運行成本不高，可以輕易快速地到達需要巡查的線路區段。通過搭載攝像機和紅外探測系統，將所拍攝的圖像實時傳輸給電力巡線的技術人員，便于技術人員及時了解線路運行狀況。可見，相比于傳統電力巡線方式，無人機電力巡線具有更高的工作效率，更高的安全性，并且受環境因素影響較小。因此，國內外當前都致力于由傳統電力巡線方式向無人機電力巡線邁進[1]。

1 國內外電力巡線無人機產品研究現狀

1.1 國外電力巡線無人機產品研究現狀

由于發達國家最先開始將無人機運用在電力巡線領域，所以這些國家的技術較為先進，除了電力巡線無人機設計技術較為先進外，還優化了處理圖像、數據的軟件系統。

西班牙馬德里理工大學將計算機視覺技術應用于無人機巡線導航系統上，利用GPS、跟蹤技術和圖像數據處理算法，對無人機的巡線進行導航，并對無人機巡線過程中可能出現的問題，以及巡線中可能遇到障礙物的問題提出解決的辦法。

英國Bangor大學在無人機的起降方式上做出重大創新，研發了垂直起降式無人機，并為無人機裝置了能源提取裝置，可以從線路上自動獲取電能。

澳大利亞聯邦科學與工程研究組織將無人機的研究重心放在飛行線路中障礙物的自動探測和自動躲避系統上，主要研究對象是小型的T21型無人直升機，但當前仍未實際應用。

1.2 國內電力巡線無人機產品研究現狀

由于我國無人機研究起步較晚，與國外發達國家相比，我國電力巡線無人機的研究相對遜色。我國無人機研發要解決的主要問題仍然停留在硬件的開發上，相比于國外的技術還有一定的差距，需要研究人員不懈努力，推動電力巡線無人機產品的設計和研發。國家電網公司的相關研究人員進行過巡線實驗，通過無人機搭載的高清相機和紅外熱成像儀，發現了部分線路問題，使電力巡線無人機的研究更進了一步；湖南省電力科學研究院改進了冬季巡線過程中無人機出現的一些缺陷；遼寧省本溪市供電公司以及江西、安徽電網也都進行過無人機巡線的嘗試。當前國內的電力巡線無人機相關研究不夠完善，多數停留在試驗階段，對技術的研究不夠深入，還需要不斷的完善和提高[2]。

2 當前電力巡線無人機產品的缺陷

2.1 當前采用的系統和技術無法滿足多樣化需求

可見光和紅外熱成像是當前電力巡線無人機經常使用的兩種圖像采集系統。紅外熱成像技術檢測放電的方法是測量設備溫升，一般情況下，電暈放電會產生溫度升高的現象，但高壓電力設備是個例外，一般不會有明顯的溫度升高的現象出現。除此之外，沒有找到合適的方法對放電絕緣子進行檢測。另外，外部環境對于這種方法的檢測結果有較大的影響，會影響檢測結果的準確性。

除了技術層面的問題，當前的電力巡線無人機產品還要克服霜凍、雷雨、高溫、閃電等自然氣候的影響。例如在低溫地區會使產品的續航能力大大降低，嚴重影響巡檢效果。不同的地區有不同的氣候、地形、人文等特點，當前配置基本相同的電力巡線無人機無法滿足不同地區的個性化需求，在電力巡線無人機產品的功能方面仍需要完善和改進[3]。

2.2 設計邏輯混亂影響實際操作

電力巡線無人機的設計與操作的人員并不是同一批人員，設計人員在設計監測系統的過程中，缺乏對無人機功能的整體規劃和布局，導致電力巡線無人機的功能布局不清晰，甚至不合理。由于設計人員一般不是實際的操作者，所設計的無人機系統還可能出現邏輯混亂等問題，給操作人員的實地操作造成了很多不必要的麻煩。設計者如果無法統籌整個無人機巡查過程，就無法使電力巡線無人機產品的設計具有整體性和系統性，會導致各個功能區之間相互矛盾，不能協同作用并且影響操作人員的實際操作和工作效率，也會使無人機的研發具有局限性[4]。

2.3 疏于外觀設計

雖然技術上的研發創新對于無人機來說是最主要的，但無人機的外觀也是需要得到充分考慮的部分。我國的電力巡線無人機產品存在著形象較差和外形同質化的問題，各地區、各部門、各研究所研發出的無人機外形千篇一律，缺乏創新性的設計。雖然將大量的人力資金投入到技術中無疑是正確的做法，但通過外形的創新提高辨識度和關注度，也有利于電力巡線無人機的發展。更加新穎、更加具有科技感的外形能吸引更多青年人才、投資企業、社會力量投入到電力巡線無人機產品的發展中。

3 電力巡線無人機設計改進方法

3.1 引進先進的技術，采用適合的材質

要使電力巡線無人機更好地完成電力巡線領域的任務，必須要積極引進國外先進技術，同時提升自主研發能力。在制作電力巡線無人機時，要選用良好的符合需要的材料。所選用的材料應該具有良好的抵抗外部天氣條件變化的能力，滿足電力巡線無人機飛行的所有要求，同時還需要解決相機搭載的問題。承載不同類型相機的無人機材料選取有所不同，例如，相比于白光紅外相機來說，紫外相機要重很多，那么承載紫外相機的電力巡線無人機的材料的重量就要相對較小，但還需要保證對于電力巡線無人機的強度要求。這個時候碳纖維、T700塑料是比較好的可選材料，可以應用于承載紫外相機的電力巡線無人機的制作。針對不同地區的氣候特點，選用不同的材料制作電力巡線無人機。例如在低溫的環境中，電力巡線無人機的續航能力會大大降低，這時電池保溫倉的材料選擇就十分重要。相比于常溫下，經常工作于低溫環境中的電力巡線無人機的電池保溫倉的材料首先就需要具有保溫功能，其次，為了保證電力巡線無人機的穩定飛行，還需要在電池倉內部加熱，所以電池保溫倉的材料還需要具有較好的耐熱性。例如具有良好的化學穩定性、耐腐蝕性、電絕緣性的聚四氟乙烯，具有密度小、緩沖耐熱性強等特點的聚乙烯泡沫塑料，以及酚醛樹脂、像素海綿等材料都可以作為電池倉的材料[5]。

3.2 加強操作人員與設計人員之間的交流，統籌系統設計

由于操作人員與設計人員之間缺乏溝通，電力巡線無人機在實際工作的過程中會出現種種問題。針對這種情況，應該加強操作人員與設計人員之間的交流，設計人員及時向操作人員反映自己的設計理念和合理的操作方法、操作方式。同時，操作人員應該對操作過程中出現的問題及時向設計人員進行反饋，提出改進建議，幫助完善電力巡線無人機產品的設計。設計人員應該熟悉電力巡線無人機工作的整個流程，在完善自身所負責的功能設計時，要統籌兼顧其他環節，思考自身負責環節的變動是否影響其他功能的使用。統籌功能系統，合理安排功能布局，理順操作邏輯，提高電力巡線無人機工作效率，打通設計人員與操作人員之間的障礙。

3.3 對外觀和形象進行創新和改善

在電力巡線無人機產品的外觀設計方面，可以進行適當的創新。結合電力巡線無人機工作地區的氣候環境和人文特點，選用讓人感覺挺拔的直線條或是讓人感覺綿延的流線性。在配色方面，結合不同的設計理念盡可能選用能夠體現設計理念的配色，可選用醒目的紅色、讓人舒適的藍色、具有科技感的灰色或者是低調的黑色。再搭配一些圖案，對電力巡線無人機進行一些創新性的加工，使其美感有所提高，同時更加符合大眾的審美需求[6]。

4 結語

作為電力巡線領域的一種新型巡線工具，電力巡線無人機搭載白光、紅外相機進行電力巡線，將所拍攝的圖像實時傳輸給電力巡線的技術人員，便于技術人員及時了解線路運行狀況，為保證電力線路的安全做出貢獻。本文研究了國內外電力巡線無人機的研究情況和進展，挖掘當前電力巡線無人機產品存在的問題，如當前采用的系統和技術無法滿足多樣化需求、設計邏輯混亂影響實際操作、疏于外觀設計等，針對性地提出相關改進措施，如引進先進的技術，采用適合的材質，加強操作人員與設計人員之間的交流，對外觀和形象進行創新和改善等，期望能促進電力巡線無人機功能的優化，提高電力巡線無人機的工作效率。