一種便攜式無人機起降平臺的研制與應用

孫天成 吳建鋒 溫帶銀 尹斌鴻 鄭理威

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

1 課題背景

隨著科技的發展，無人機越來越多地應用于各行各業中，特別是在輸電線路運檢方面。傳統作業方式是靠巡線工目測發現缺陷，往往輸電桿塔頂部的缺陷無法及時被發現，人巡獲取的數據精度不夠，而無人機可以飛越高山大嶺，其拍攝的高清晰度照片能夠幫助工作人員快速了解線路運行情況，有效降低人力成本，提高工作效率。

然而，輸電線路鐵塔常常立于野外山區，復雜的環境給無人機起降帶來了麻煩。對于不平整的砂石地或雜草叢生的山地，在黃土地上或使用手持的方式起降無人機，都可能導致飛機損傷、破壞，更存在一些人身傷害風險。據統計，2019年至今，廣東省內無人機炸機事故中，有超過70%的事故發生在起飛和降落階段[1]。當無人機預降落時，由于風力與復雜的野外環境等因素影響，無人機易發生翻轉或碰撞。基于此，本文研制了一款便攜式無人機起降平臺，結構簡單，使用方便，適用于市面上99%的無人機起降。而無人機設備在復雜的地理環境下均可以正常起降，能夠保證無人機使用的安全，防范誤傷無人機駕駛員的事故，保證人身安全。

2 電網無人機應用情況分析

傳統的人工巡視作業效率低，智能巡檢應運而生，高精度、高效率的輸電運維成為大勢所趨，因此無人機在電力行業高壓輸電線路運維工作中的應用已經十分普及。

2.1 電網無人機應用分類

電網系統中，輸電運維應用無人機通常分三類：巡視類、測量類、特種作業類[2]。

（1）巡視類無人機作為電網運維最常見的應用方式，通常運維人員使用精靈4、御2無人機進行輸電線路精細化巡視和通道巡視。在無人機精細化巡視過程中，操作人員駕駛無人機通過近距離拍攝輸電鐵塔各本體部件的照片，來進行缺陷識別。相較于傳統的地面人工望遠鏡查看，無人機作業可不受位置限制，在各個角度進行部件拍攝和缺陷識別，發現重大緊急缺陷及時進行處理，有效保證輸電線路運行的可靠性。

（2）測量類無人機一般包括測溫類及測距類。

測溫類一般應用大疆Mavic2熱成像雙光無人機，該無人機集成了熱成像傳感器，可感知動態范圍在-10～400℃，可見光相機可拍攝高清晰視頻，一次航線飛行即可完成可見光和紅外光拍攝，實現了一次飛行完成兩項作業任務，作業效率大幅提升。

測距類無人機通常使用大疆經緯M300RTK，不但可以搭載禪思H20鏡頭進行紅外測溫，還可以搭載第三方鏡頭，如激光雷達鏡頭，對輸電線路保護區進行飛行掃描，對輸電線路及地面物體進行三維點云識別，實現樹木與導線距離、輸電線路對地距離、輸電線路與公路/鐵路等重要交叉跨越距離的準確有效測量，及時發現其他物體與帶電導線距離不足問題，保證電網的安全穩定運行。

（3）特種作業類無人機一般應用于特種作業，例如：1）噴水無人機，可帶電進行輸電線路絕緣子清洗工作，防止在陰雨天發生絕緣子閃絡風險；2）噴火無人機，可帶電進行輸電線路飄掛物清除工作，將導線上或者橫擔嘴上的飄掛物及鳥巢、蜂巢點燃，謹防帶電體短路情況發生；3）植保無人機（大疆T40無人機），可進行農藥噴灑，也可對輸電線路保護區超高樹木進行技術處理作業等。

2.2 無人機應用現狀分析

上文介紹了輸電運維人員經常使用的無人機型號及分類。小型無人機，如御2起飛重量約907g，飛機展開尺寸為322mm×242mm（長×寬），每塊電池續航20min；中型無人機，如紅外測溫及激光雷達測距飛機經緯M300RTK起飛重量約9kg，飛機展開尺寸為430mm×420mm，每塊電池續航32min；大型無人機，如大疆植保無人機T40起飛重量約50kg，飛機展開尺寸為1125mm×750mm，兩支撐架距離為600mm×550mm（長×寬）[3]。鑒于此分析發現，常見飛機一般起飛重量均小于50kg，常見飛機尺寸均小于600mm×600mm，每塊電池續航時間約30min。

經過調查發現，目前市面上也存在無人機起降平臺，通常是一個圓形的防水優質尼龍或硬板，這些起降平臺功能單一、材質普通，只能滿足輕質無人機簡單的起降需求，如遇復雜野外環境，如茂密的草地、水溝、斜坡等環境，均無法使用，為此本文致力于研發一款適用于全部尺寸的無人機起降平臺，該平臺材質輕便，便于攜帶，且可依據太陽能電池板外置充電接口，為無人機提供良好的起降環境，同時為無人機提供充足的電能供應。

3 起降平臺技術方案

基于上文分析，研制了一款新型可便攜無人機起降平臺，滿足適用于各種機型起降、適用于各種地形的應用場景、為無人機提供充足的電力供應等三種需求。起降平臺技術方案如圖1、圖2所示，共由17個零部件組成，其主要功能及技術設計思路如下：

圖1 起降平臺折疊外觀圖

圖2 起降平臺展開工作圖

1為塑膠把手，塑膠材質，輕質防滑，設計匹配可伸縮鋁合金拉桿。

2為可伸縮鋁合金拉桿，與塑膠把手1成一體設計，航空鋁材質，用于拖動起降平臺主體4移動，不使用時可伸縮至平臺主體內。

3為折疊合頁，航空鋁材質，用于連接起降平臺主體4，使其可以展開與合上。

4為起降平臺主體，航空鋁材質，無人機在起降平臺主體進行起飛和降落，鏤空設計，降低起降平臺整體質量。

5為防震緩沖鈕，配合起降平臺主體4展開后，起到支撐、防震、保護作用。

6為移動滑輪，用于配合可伸縮鋁合金拉桿2來帶動起降平臺主體4移動。

7為底部折疊合頁，航空鋁材質，用于連接起降平臺主體4底部，使其可以展開與合上。

8為USB充電口，可提供5V/1A的充電接口。

9為平臺提手，航空鋁材質，用于提起起降平臺。

10為USB充電口，可提供12V/2A的充電接口。

11為支撐腳架腳墊，用于輔助支撐腳架12更平穩地支撐便攜式無人機起降平臺。

12為支撐腳架，將起降平臺主體4展開后，打開支撐腳架可將便攜式無人機起降平臺放置在野外環境中。

13為可調節卡扣，本平臺支撐腳架12可進行250mm長短調節，腳架每個腿最長可達到450mm，確保在傾斜位置也可以通過調整腿長短來保持起降平臺的平衡。

14為防震緩沖鈕，作用原理與防震緩沖鈕5相同。

15為太陽能電池板，與起降平臺一體化設計，可提供12V和5V兩種電壓輸出。

16為水準儀，通過判斷水準儀情況，來確保起降平臺高度水平。

17為反光板，既可發光又可反光，即便在夜間飛行，也可實現飛機快速找到起降平臺位置。

本方案設計質量為7.8kg，起降平臺展開面積800mm×800mm，平臺高度450mm，折疊后尺寸為400mm×400mm，厚度為150mm，適用于大疆全系列機型，可承受500N的下壓力。

4 應用成效

作業人員通過可伸縮鋁合金拉桿2和移動滑輪6將便攜式無人機起降平臺拉到作業點，根據作業環境選擇合適的作業位置，通過使用折疊合頁3將起降平臺主體4展開，將支撐腳架12從內部翻轉出來，通過調節可調節卡扣13，將支撐腳架12每個腿調整至合適長度，然后將無人機放置在起降平臺主體4平面上便可以開展無人機的起飛工作。無人機巡視工作結束后，降落在起降平臺主體4上，將無人機裝機收好，便可以按照上面的展開順序將便攜式無人機起降平臺合上收起，完成本次無人機巡視工作。

該起降平臺外觀簡潔美觀，產品化設計思路，拉桿箱式移動方式，4個可伸縮式支架，能夠滿足各類無人機不同野外環境的起降需求；平臺表面一體化設計8塊太陽能電池板，可提供12V和5V兩種電壓輸出，為無人機電池及無人機遙控器持續提供電能，解決野外作業電池電量不足的問題。平臺表面外部布置8塊發光條幅，保證無人機即便在夜間工作也可準確發現無人機起降位置，滿足無人機起降過程中的可視化需求。起降平臺實物圖如圖3所示。

圖3 起降平臺實物圖

該成果已于2021—2022年在江門供電局輸電管理一所試驗應用，據統計，應用此成果近兩年，江門輸電一所由無人機起降導致炸機數量減少12臺，根據每臺無人機維修費用5000元計，有效減少無人機維修費6萬元，提高無人機起降安全性的同時，也延長了無人機的使用壽命。

針對本文成果便攜式無人機起降平臺，應用總結如下：

（1）該平臺自2021年使用至今，在保證操作簡便、便攜的同時，降低了無人機起降風險，將無人機炸機率降低50%，延長了無人機的使用壽命。

（2）該平臺從根本上解決了無人機起降難的問題，有效降低了無人機及作業人員安全風險。

（3）該平臺從根本上解決了傳統起降平臺功能單一、材質簡單的問題，針對無人機電池耐久性差的缺陷，能夠有效提供電源供應，對電源進行及時充電。

綜上所述，本次試運行達到了預期目標，產品性能得到了驗證和完善，可以開展進一步的推廣。

5 結語

無人機起降平臺設計尺寸為800mm×800mm，折疊后尺寸為400mm×400mm，質量為7.8kg，一體化設計，可折疊，裝拆快速，最大承重超過50kg，可滿足輸電運維99%的無人機起降需求；配置2個萬向輪，便于作業人員攜帶轉移。該設備可不受野外環境影響，為無人機起降提供飛行保障和電力供應，提高無人機作業效率，降低無人機及作業人員安全風險，值得在無人機應用領域全面推廣。