输电线路无人直升机巡线系统研究及应用可行性研究报告 - 图文

输电线路无人直升机巡线系统研究及应用可行性研究报告

输电线路无人直升机巡线系统研究及应用

可行性研究报告

目的和意义

1. 描述与项目研究内容紧密相关的甘肃电力公司实际生产力水平和今后的发展方向；

某超高压输变电局目前所辖输电线路总长为1000多公里（泉敦一线、二线）。线路架设区域为戈壁，高山，风沙区等。地理环境比较恶劣。而目前我局所管辖的输电线路的巡视，利用传统的巡视方法不能满足现阶段的巡线要求。

因此，需要寻找一种新型的快速高效的巡线方式，来对目前的巡线效果进行改善，逐步提高。利用无人直升机来进行输电线路的巡视，不仅效率高，效果好，而且保证了巡线人员的人身安全，同时可以提高我省电力巡线作业的自动化程度，具有重要的积极的意义。

2. 阐述项目成果对该现状和技术发展的作用；

输电线路无人直升机采用了分布式的控制理论构造系统，以无人机自动驾驶技术为平台，采用了分布式控制技术、导航及定位技术、线路探测技术和高压电磁兼容技术、飞行稳定技术等高科技技术，真正地实现了输电线路的高效率自动巡检。

无人巡检直升机以自主或人工干预遥控的方式，通过预制定的飞行航线，在卫星定位系统的定位和引导下对高压输电线路进行巡视。通过此项技术的应用，使得无人机系统能够高效地巡视恶劣的地理环境（如高山、河流、峡谷等）中的钢塔，保障输电

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线路的安全运行，同时降低了作业工人的人身安全。

同时，无人机技术在高压输电线路上的巡视应用，不仅填补了我国现阶段利用无人飞行器在电力方面的应用空白，而且也提高了我国输电线路巡检的自动化水平，具有极大的经济及社会意义。

3. 分析成果应用和推广的途径；

输电线路无人直升机巡检系统能够应用于高压各个等级的输电线路，随着线路的巡检需求的不断提高，需要不断地对无人直升机的作业任务规划、任务设备进行不断地调整。

通过集成技术的完善，使之能够应用于输电线路上的电力设备，线路走廊的巡检，以及事故应急发现等各种情况，极大的保障了输电线路的安全运行，降低了巡检成本。

因为无人直升机巡线能够应用于超高压及特高压输电线路。因此，在超高压线路上的成功应用成果，能够直接转化为110KV线路的巡检方式；同时，对于施工方面的工程，无人机可以进行空中架线（通讯线缆）；对于恶劣气候环境中的事故现场，无人机系统能第一时间前往，拍回第一手资料，为事故分析，事故处理起到了积极的作用。

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线路巡检 空中架线

4. 分析成果推广后的直接和间接效益。

推广后，不仅能够极大的提高巡检效率，极大降低人工巡检的劳动强度，同时，无人直升机的灵活机动的特点，使得巡线人员能够完全按照巡线任务的要求进行详细的线路查看，不仅保障了人员的人身安全，节约了大量的人财物等直接经济成本。同时，故障点的及时发现能够使得管理人员及时处理，保障线路的正常运行，不因线路故障停电而造成的重大经济损失，同时，安全供电保障，也为企业生产，人民生活带来了极大的经济效益，具有极大的经济效益与重大的社会效益。 一、 国内外研究水平综述

1. 项目研究内容发展历史的简要回顾；

纵观无人机的发展历史，无人机最早应用于军事任务： 一次和二次世界大战期间，“别动队”无人机，成了主要的侦察的主要任务。

越南战争期间，美国无人机在战场上进行电子窃听、电台干扰、抛撒金属箔条及为有人飞机开辟通道。 在1982年的贝卡谷地之

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战，1991年爆发的海湾战争，1995年波黑战争，1999年“科索沃战争”，无人机都在战争中起着至关重要的先锋作用。 随着科技的进步以及应用需求的提高，无人机尤其是无人直升机逐步的被应用于各个民用领域，包括了：地址勘探、地形扫描、影视制作、广告航拍、安全巡逻、消防监测、通信中继、科研试验、物探测量、人工降雨、管线监测、缉私监控等应用，极大的提高了无人机的应用价值。

2. 国内外研究水平的现状和发展趋势；

国际上，无人直升机主要分为两大类：一类为军事作战服务；另一类民用应用服务。

目前，在民用方面，特别是在电力方面的应用，上个世纪五、六十年代，由于国情不同，国外的空中领域具有对民用开放的区域，因此，欧、美、澳等许多发达国家，都自行购置了高性能的，高配备的载人直升机。在良好的天气情况下，对输电线路进行巡检，并将这项工作作为一项非常规工作来开展。使用至今，这项工作取得了良好的巡检效果。而利用无人直升机来进行输电线路的巡视检查，国外电力研究部门正在加紧研究试验阶段。 我国在上个世纪80年代，开始进行了载人直升机的巡检工作，但是由于巡检费用高、灵活机动性差，巡检飞行安全系数低等诸多原因，与电力应用的灵活机动，快速应变等要求不相适应，因此，此项工作一直没有得到很好的开展。

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备注：国情要求，凡是载人飞行机械每次飞行，必须提前到省级军区办理相关手续。待批准后，方能执行飞行任务。

3. 介绍国外研究机构或者公司对本项目的研究情况；

美国加利福尼亚州Palo Alto电力研究院于2001年研制出了一种空中巡检系统（Airborne Inspection System），该系统可在输电线上高速飞行，拍摄并记录输电线及相关设施（绝缘子、金具、杆塔等）的状况，利用GPS定位系统标识出杆塔、建筑物等目标体的坐标。与其他的直升机巡检相比较，该系统的优点是提高了可靠性，缩短了巡线的时间；同时，该系统设备造价极高，超出人工巡检成本的10倍以上。

英国Wales Bangor大学正在研制一种半自主无人飞行器Sprite，Sprite配备了两组相对反向旋转的动叶片以消除力矩影响，实现平稳飞行。该飞行器具有质量轻、抗气流扰动能力强等优点，安装了CCD摄像机，可用于输电线及相关设施的检测。但是，目前该飞行器尚处于试验研制阶段。

4. 介绍国内其他研究单位对本项目的研究情况。

目前，我国利用无人直升机进行线路巡查，尚处于一个研究试验阶段。然而，由于我国无人飞行器的技术研究起步晚，技术底子薄以及低空尚未开放等原因，无人直升机在国内的应用还主要是：影视制作、广告航拍、安全巡逻、消防监测、通信中继、科

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研试验、物探测量、人工降雨、管线监测、缉私监控等等方面??应用在电力方面的线路巡检处于一个几乎空白的处境。 因此，对于无人直升机巡检在高压输电线路上的应用的研究，势必会推动无人机技术的不断发展，提高巡线的自动化水平，降低人工劳动强度，提高输电线路巡检效率，降低巡线成本，将为电力部门带来巨大的经济效益与社会效应。

二、 项目的理论和实践依据 1. 项目研究内容的原理简述；

无人直升机巡检系统的研究：是通过对定位，通讯，系统集成，飞行规程，以及输电线路的安全规约的充分了解；以GPS定位技术，微波传输技术，系统集成技术，飞行控制技术，信号采集技术，材料科学技术等一系列技术为依托；将一系列高新技术整合到无人驾驶系统平台，研制出一种轻型，便捷，高效的无人巡检直升机，来代替许多高危的输电线路巡检工作。并可在许多恶劣的地理环境下进行巡检，为应对突发的事件，采取有效的措施，保障输电线路的安全运行，起到了良好的作用。

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2. 项目研究内容的理论或者实践依据；

无人直升机巡检系统经调试完成自检后，通过微控制器进行辅助起飞，待飞行稳定后，切换至自动飞行状态（可自动飞行或者手动飞行），同时地面监控计算机可以实时监测无人直升机的飞行状态，监控巡查设备以及剩余油量，并能通过地面移动便携中心向无人直升机发送的控制命令，使之完成相应的动作。无人直升机可沿着既定路线路巡检，又可悬停在某处对线路进行细致观察。

无人直升机系统与地面监控计算机（地面便携中心）之间通过无线数传电台交互数据，完成控制命令的上传和无人直升机状态信息的下传。

地面监控计算机可显示并保存采集的图像。

控制命令主要包括：无人直升机的前进、后退、悬停，飞行

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速度控制，云台摄像机的控制，镜头变倍变焦调整，视频数据存储，飞行状态数据监测等等。

飞行航道 输电 导线 山体 钢塔 山体

无人直升机作业示意图

3. 项目研究的关键。 1) 伺服机、舵机技术 2) 导航仪技术 3) 自动驾驶技术 4) 数传遥测技术 5) 数据记录和视频技术 6) 控制、校准、增稳技术 7) 电磁兼容、抗电磁干扰技术 8) 地面站软件控制技术

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三、 项目研究内容和实施方案 1. 项目研究内容的详细说明。

无人直升机巡线系统的研究，以实现无人直升机携带高清摄像机，完善的巡线任务规划，进行输电线路的自动巡航为目标，通过无线通讯传输方式将采集的巡视情况及时发送回地面站，供管理人员进行分析，决策；安全、高效地完成（特别在地理环境恶劣的输电线路）巡检任务。

1) 无人直升机功能的设计，确定无人直升机的工作设备等内容。

研究内容：根据目前巡线情况，确定所需要的功能设备。 2) 无人直升机机械本体的改进，使之成为具有安装数据采集，存储及无线传输等功能模块，能够进行空中巡视的监控载体。

研究内容：对机载的功能设备进行评估，确定相应合适的机型进行结构改进。进而对无人直升机机械支架结构进行设计调整，根据功能设备的安装位置设计出一套最合理的安装方案。

3) 无人直升机自动巡航系统设计，起降方案的程序设计，使得无人直升机具有自巡航功能。

研究内容：无人机自动驾驶系统的设计及安装，完善无人直升机手动操作及自动操作的切换功能，使之具备自主飞行，做好自动巡航基础功能。

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