基于電磁場檢測的輸電線路無人機避障模塊的設計與搭載方法研究

苑紫熙

摘要：輸電線路的電磁干擾會對無人機的操控以及通信性能產生明顯的影響，嚴重威脅到了無人機在巡檢在輸電線路運維中的應用，因此研究基于電磁場檢測的輸電線路無人機巡檢自主避障具有特別重要的意義。本文提出了一種基于電場和電磁波檢測的無人機避障模塊的設計和搭載方法，通過分析特高壓輸電線路電磁場分布規律，檢測無人機所處位置的電場和電磁波強度，判斷無人機是否處于安全范圍，進而實現了無人機的避障功能。

關鍵詞：無人機巡檢;避障模塊;電磁場檢測

1.無人機巡檢技術

架空線路運維工作日益繁重，運檢部門迫切需要更自動化、現代化、高效率的巡線技術和手段。通過多年的技術研發和實踐，無人機巡檢技術已經發展成一種高效、低成本、低風險的空中巡檢技術，是提升輸電線路運行可靠性的重要手段之一。與傳統人工巡檢相比，無人機輸電線路巡檢不受地形環境限制、視角寬廣、精度高、安全性好，經過數年推廣應用，無人機巡檢已在電力公司得到了廣泛應用。但從現場應用情況來看，無人機巡線過程中缺少對輸電線路的精確測距技術、預警技術與自動避障技術。目前無人機的可用測距技術包括GPS定位、激光測距、超聲波測距、可見光測距等技術。GPS定位是生活和生產中常用的距離判斷方法，基于GPS的無人機測距技術一般利用地理坐標系的轉換和GPS信息計算兩點間距離，并基于GPS信息實現無人機云臺角度的自動調節，從而達到巡檢過程中各個相機對巡檢線路中桿塔的跟蹤拍攝。由于現有的測距技術在應用中都有一定的難度，因此在目前的無人機巡檢中，大多還是現場操控人員通過肉眼判斷與輸電線路的距離，這對工作人員的要求極高，同時存在一定安全隱患。無人機避障模塊的設計和研究把能夠有效的解決人工問題，實現有效的自動化技術，它已經發展成一種高效、低成本、低風險的空中巡檢技術。基于無人機巡檢技術的研究具有重要的意義。

2.高壓輸電線路巡線作業特點

高壓輸電線路巡線作業工作量大，依靠人工對輸電線路進行巡檢的方式耗費大量的人力、物力和財力。無人機電力巡檢系統具有不受地形環境限制、巡線速度快和巡檢質量高等優勢。無人機逐步成為架空電力線路巡檢新的移動平臺，大大提高了巡檢效率。在無人機巡檢中，無人機要盡量靠近輸電線路飛行，保證最佳的巡線效果。因此，如何避免與輸電線路碰撞是保證無人機和輸電安全的關鍵。目前，采用較多的是毫米波雷達避障技術和基于地理信息系統導航的巡檢避障技術，但是毫米波雷達避障技術存在反射波如何過濾的問題;基于地理信息系統導航的巡檢避障技術存在不能近距離靠近輸電線路，有時無法對輸電線路進行清晰的巡檢拍攝，不利于故障診斷的準確性。無人機巡檢技術不受其他方面的影響，能夠有效的保障輸電的穩定性。

3.特高壓輸電線路電磁場分布規律

遠離輸電線時，等電場值線趨向于半圓形，而接近輸電線時，等電場值線為不規則形狀。因此無法單純從檢測電場值得到觀察點離輸電線的距離。目前單一的電場、磁場及電場、磁場梯度在正負半軸兩側都沒有嚴格的單調性，因此無法作為距離的有效特征量。因此，可以通過不同高度的電場或磁場值作為判斷輸電線路距離的特征量。由于線路周邊的磁場和線路負荷的密切相關，因此采用電場能更好的反映無人機測點和線路的距離。同時電場的有效值測量更為方便，因此可采用不同高度下電場有效值作為反應無人機和線路的距離的特征量。結合電場強度和高度檢測是有效的檢測觀察點離輸電線距離的方法。實際中，可以先通過仿真測試得到典型桿塔不同高度下電場分布曲線，測距時再利用插值方法預測觀察點離輸電線的距離。

4.結語

輸電線路無人機避障具有非常重要的意義。本文通過分析特高壓輸電線路電磁場分布規律，檢測無人機所處位置的電場和電磁波強度，研究了高壓輸電線路巡線作業特點，研究了研究基于電磁場檢測的輸電線路無人機巡檢自主避障，提出了選用電場有效值結合高度來確定無人機與輸電線路真實距離的方法。可為輸電線路無人機巡檢距離檢測、航向規劃、避障設計提供參考。

參考文獻

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