[實用新型]一種用于無人機巡檢帶電導線的電場差分避障系統

有效

• 申請號: 201220314163.3
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN202632112U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 鄭天茹;王濱海;王騫;陳西廣;劉俍
• 申請（專利權）人: 山東電力集團公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01R29/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及無人機巡檢高壓帶電電力線路時的避障領域，尤其涉及一種用于無人機巡檢帶電導線的電場差分避障系統。

背景技術

近年來，我國國民經濟的持續快速發展對我國電力工業提出了越來越高的要求。我國目前已形成華北、東北、華東、華中、西北和南方電網共6個跨省區電網，500千伏線路已成為各大電力系統的骨架和跨省、跨地區的聯絡線，電網發展滯后的矛盾基本得到緩解。由于我國國土遼闊，地形復雜，為了安全和可靠地供電，巡線維護自動化和現代化已日益顯示出其迫切性。

采用無人機空中作業進行電力巡線，能夠克服利用有人駕駛的直升機進行巡線的維護費用昂貴、安全問題突出等弊端，但由于無人機GPS導航存在誤差，巡檢飛行時可能遇到陣風過大，以及無人機的飛行高度不夠等因素會導致無人機在執行任務的過程中可能會出現偏離預定航向的情況，存在造成無人機與輸電線路或其他障礙物發生碰撞的危險。山、樹木、鐵塔等其他障礙物體積較大，通過無人機實時傳回地面站的視頻即能夠識別；但由于輸電導線線徑小，視頻很難識別，為了保障無人機巡線系統及輸電線路的安全，提升巡線作業的可靠性，有必要實現無人機對輸電導線的避障。

利用無人機搭載超聲波測距、紅外測距和激光測距設備對輸電導線進行檢測，由于導線線徑小，其檢測正確率較低；微波雷達測距設備可進行精確檢測，但其天線體積較大，且設備整體重量大，選擇該設備會影響到無人機上檢測等其他設備的安裝和搭載。根據帶電導線周圍電磁場環境的特殊性，可利用導線間距與電磁場強度之間的對應關系，通過數據計算處理，以及與無人機飛控系統之間的數據交互和判斷，來確定是否需要進行避障動作，該方法適用于電力巡線無人機在對輸電線路巡查時對帶電導線的規避。

目前，國內外對高壓輸電導線電磁環境的研究和分析已取得了一定的成果，但主要的研究方向是高壓輸電導線電磁環境對離地2m范圍內人體和線路查修維護等接觸高壓輸電導線的工作人員的影響，以及對地面部分電子儀器等的干擾情況。高壓輸電導線電磁環境對于有人機、無人機的影響還停留在文字說明和概述分析的層面，尤其對利用導線間距與電磁場強度之間的對應關系，通過數據計算處理確定無人機巡檢帶電導線時是否需要避障動作相關的研究，僅在專利申請號為201120124969.1的專利《電力巡線無人直升機超低空飛行障礙規避子系統》中有以下描述：

“根據電力巡線無人機巡查目標—輸電線路的特殊性，設計了根據電磁場強度的探測來判斷與輸電線路距離這一具有針對性、獨特性、創造性的測距方法。此方法的特性是：距離輸電線路越近，測距精度越高，可達厘米甚至毫米級別，尤其適用于電力巡線無人機在對輸電線路巡查時對輸電線路的規避。

通過將不同電壓等級的輸電導線周圍磁場的變化做仿真計算，其計算分析可精確到厘米級，由此可獲取導線周圍的磁場分布，從而可通過預處理檢測到的磁場強度，即與仿真結果對比，可進行位置檢測和判斷，在檢測到與輸電導線距離小于某定值時，可強制改變飛行方向，以避免無人機與輸電導線的碰撞，避免事故發生。”

現有技術缺點：

1）現有技術是通過檢測飛機所處位置的磁場強度的變化與仿真結果對比，進而進行對位置檢測和判斷。在輸電線路實際運行時，電壓大小基本保持在指定的電壓等級水平，但電流的大小是隨著負載的變化而實時變化的，因而磁場強度的數值也隨之實時變化，不具有測量判斷的可依據性。這種檢測方法所得的結果很不準確。

2）現有技術中提及“現場測量”，但未提供測量裝置（包括裝置構成和安裝位置）、測量方法、數據處理方法和判斷依據。

3）現有技術中提及用于參照的“仿真計算數值”，但未提供用于對比判斷的各電壓等級線路的仿真計算結果，不具有實用性。

4）現有技術中未描述用于說明方法可行性的應用實例。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種用于無人機巡檢帶電導線的電場差分避障裝置，它主要實現了無人機對輸電導線的避障，避免了無人機巡檢帶電導線時，由于GPS導航誤差，陣風過大，或飛行高度不夠導致執行任務的過程中出現偏離預定航向，導致無人機與輸電線路碰撞情況的發生，保障了無人機巡線系統及輸電線路的安全，提升巡線作業的可靠性，保證人身、電網和設備的安全。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：