无人机方案.doc

随着线路资产规模日益庞大，线路位于跨越湖泊湿地，高山大岭地区巡视工作极难到位，利用无人机可实现精细化巡视，掌握线路资产运行状态。随着气候条件逐年恶化，各地强对流天气情况越来越多，利用无人机进行受损线路精细化巡检，保障电网在运线路网架薄弱期间的安全运行。而无人机输电线路巡视用途的特殊性要求无人机巡视过程除了要清晰的反应杆塔、杆塔基础、线路外部环境、绝缘子瓶、接地装置等可视设备外，还需要准确的反应出线路不可视的运行状态（如断股、散股、异常放电等微小甚至是不可视隐患），这就需要同时挂载更加符合要求的设备，输电线路的隐患大多伴随着异常发热的产生，因此现阶段采用红外拍摄将会是比较有效的方式。旋翼无人机是一种具备垂直升降、悬停等灵活飞行性能优势的小型无人飞行器随着电力建设的飞速发展，输电线路主网架的可靠性指标要求日益提高，“提高供电可靠性，确保主网安全运行”是电网发展的根本要求。但架空送电线路点多面广，常年累月运行于荒郊野外，经受着狂风暴雨、雷电、霜雾、冰雪等恶劣环境、自然灾害的侵蚀和考验，受到鸟类和化工、矿产企业排放物的污染和一些外力破坏，线路跳闸时有发生，这造成局部范围内的供电中断，影响了供电可靠性和工矿企业的正常生产，造成巨大的损失，城乡居民的日常生活也受到不同程度的影响。因此线路跳闸后，运行维护人员准确判明故障原因，及时地找故障点，争取在最短的时间内消除缺陷，恢复供电，对社会和电力系统具有着十分重要的意义。使用的无人直升机可以对杆塔倒塌、倾斜、线路断线、绝缘子脱落、树林碰线等明显现象可以进行快速分析识别。既克服了地面巡线班组距离太远和观测视场角太小的难题，也解决了有人直升机巡线的费用高、安全性差、精度低等问题。无人机巡检相比以往的人工巡检更为安全、速度更快、检测没有角度限制。目前无人机巡检还属于研发试飞阶段，在飞行避障、自动导航、无线通信、能耗控制等方面仍有较大的发展空间。北京、山东、青海、上海等地相继采用无人机进行电网巡检，相信在不久的将来，无人机巡检作业将在全国各地普及，完全代替人工巡检。无人机巡视的加入将会使状态巡视这一科学巡视制度更加合理。无人机巡视在状态巡视制度中将用于故障发生率较低的线路，由于无人机巡视的人力成本低，故对于故障发生率低的线路可以安排少量人员控制无人机巡视，这样在线路故障率统计仍未解决的现在，可靠的应用无人机将弥补由于统计错误而产生的线路巡视不到位。随着科技的发展，当无人机的运行成本足够低时，为了保障输电性能的可靠性，甚至可以安排无人机全线路的日常周期巡视，而不是短周期巡视。2009 年 1 月，国家电网公司正式立项研制无人直升机巡检系统。2013 年 3 月，国家电网公司出台国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作方案。方案指出，建立直升机、无人机和人工巡检相互协同的新型巡检模式是坚强智能电网发展的迫切需要，目前公司系统直升机巡检作业正在逐步向规范化、制度化方向发展，为此公司选定山东、冀北、山西、湖北、四川、重庆、浙江、福建、辽宁、青海十个检修公司作为试点单位，利用 2-3 年时间开展开展新型巡检模式试点工作。到 2015 年，国网公司系统将全面推广直升机、无人机和人工巡检相互协同的输电线路新型巡检模式。2014 年 6 月，中国电力企业联合会标准化中心对外发布名为架空输电线路无人机巡检作业技术导则的电力行业标准草案，公开征求意见。加利福尼亚州的圣路易斯奥比斯保有一片托帕石太阳能农场，在这片农场里有超过900万块太阳能面板，覆盖了将近10平方英里的土地。3.1项目系统概述本项目通过研制旋翼无人机，开发具备三轴陀螺稳定的高精度云台平台，以及载于平台上的可变焦高清相机以及红外测温传感器，配合无线传输模块、地面遥控模块而形成安全、可靠、有效的旋翼无人机双视巡线系统。通过对旋翼无人机结构与系统优化，提高有效载重以及航行时间，以便同时搭载可变焦高清相机、红外测温传感器；优化陀螺稳定系统控制算法，开发具备三轴陀螺稳定的高精度云台平台，以便本系统可以在远距离作业，对可变焦高清相机变焦操作，拍摄出清晰照片，同时确保安全作业距离；研究红外测温数据结构与集成电路，开发出可存储带温度数据的热图模块与录像模块，以便提供有效的数据进行线下分析。3.2项目技术要点1）旋翼无人机旋翼无人机是一种具备垂直升降、悬停等灵活飞行性能优势的小型无人飞行器，可通过GPS定位规划航行，通过地面控制系统遥控其飞行以及搭载的云台、高清相机、红外测温相机等设备；旋翼无人机有效载重一般小于3kg，航行时间小于30min，是无人机行业常见不足之处，大大限制了无人机的应用。通过优化无人机各部分的结构与提高关键部件的性能，提高有效载重与航行时间，提高无人机的性能。2）高精度三轴陀螺稳定云台结合旋翼无人机的结构与电机振动频率，建立模型与仿真，依据共振点与主频优化陀螺稳定的控制算法，采用高精度陀螺传感器，提高控制精度，优化集成电路设计，去除漂移误差，有效提供稳定性能指标。3）双视传感器传感器的体积、重量与其性能是相关联，往往比较小的体积、比较轻的重量，其性能往往比较低；基于旋翼无人机的有效载重与航行时间的限制，在优化提高这2项性能的同时，需要考虑传感器的体积、重量以及性能的平衡点；为提高旋翼无人机的作业效率以及数据的有效依据，同时进行高清相机拍照以及红外测温数据的图片采集，是非常必要的。考虑到作业安全距离的因素，双视传感器的设计须满足在10米以外可拍摄销钉级别的部件，因此，采用大倍数光学变焦高清相机，以及高像素的红外测温传感器；大倍数光学变焦高清相机往往体积大、重量大，因此需依据旋翼无人机的特点进行优化设计与定制；4）红外数据存储模块目前大多数无人机红外传感器不具备存储带温度数据的图片与录像，对作业完毕的线下精细分析不便，无法提供有效数据，因此，通过研究红外传感器技术，开发一套可存储温度数据与录像的模块，提供实时视频传输到地面系统，实现遥控操作红外测温传感器的色板、测温参数等功能，并实现杆塔设备的最高温度的追踪，以便更容易发现故障点。 5）地面数据分析软件可分析温度数据、高清照片，生成巡视报告。可联机搜索查询数据。可对重要设备进行一时间段的温度数据对比，生成温度变化趋势图。3.3项目技术原理旋翼无人机双视巡线系统是集红外技术、视频压缩技术、数字信息处理技术、低功耗技术、数字通讯技术、能源管理技术、抗干扰技术以及计算机技术为一体的高新技术产品。通过地面遥控旋翼无人机到杆塔现场悬停，遥控高精度三轴陀螺稳定云台，对杆塔上各种设备进行观测、拍照、采集温度数据，完成杆塔巡视工作。3.4项目系