电力无人机巡线方案.doc

电力无人机巡线方案.doc

《电力无人机巡线方案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力无人机巡线方案.doc（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

无人机输电巡线系统实施方案

二零一一年十一月

1、概述

随着输电高压等级的不断提高，输电线路的巡线作业对维护区域油网的安全、稳定、高效运行越来越重要，也是油网运行的当务之急。

输电线路跨区域分布，点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，输电线路设备长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰以及人为因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，这些情况必须及时得到修复或更换。

绝缘子还存在被雷击损伤、树木生长引起高压放油以及绝缘劣化而导致输电线路事故，杆塔存在被偷盗等意外事件，必须及时处理。

传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。

无人机（unmannedaerialvehicle,UAV）是一种先进的无人驾驶自行飞行器。

无人机输电巡线系统是一个复杂的集航空、输电、电力、气象、遥测遥感、通信、地理信息（GIS）、图像识别、信息处理的一体系统，涉及飞行控制技术、机体稳定控制技术、数据链通讯技术、现代导航技术、机载遥测遥感技术、快速对焦摄像技术以及故障诊断等多个高尖技术领域。

现代无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力，可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线，对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等进行全光谱的快速摄像和故障监测。

基于无人机输电巡线采集数据的专业分析，为油网管理和维护提供数据支持。

无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带油的环境下迅速完成。

无人机作业还能使作业范围迅速扩大，而且不为污泥和雪地所困扰。

因此，无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。

在国外，机载遥感仪器巡线的试验研究工作最早的开始约在70年代初期，在不断改进后，每个被检出的故障耗资逐年递减，到1987年时耗资已为初始的一半还略低。

对接头检出结果分为四种情况，有微温、温、热和异常热，报告维修工程师，根据天气、负荷来确定检修的先后顺序。

我国的一些输电系统，也都进行了红外航测线路的试验研究，探索出不少经验，已取得一定成果。

根据国情而进行的地面检测研究，也正在有效地推进中。

无人机巡线工作是一种大量野外作业过程。

用无人机进行低空巡线，是一种高效的巡线过程。

它不仅能把部分野外的巡线作业转移到室内来做，还能把肉眼所难以发现的、处于萌芽状态的隐患（如：

温度升高，轻微放油等）通过红外、紫外成像显现出来。

为了提高低空巡线作业效率，整个作业过程可分为二步进行：

?

       长距离线路普查

?

       短距离线路详查

前者主要是利用红外、紫外和可见光遥感设备检查线路有否异常点，后者则利用飞行器在异常点上空多个角度的倾斜摄影，以便管理部门做出决策。

2、无人机巡线系统

无人机输电巡线系统主要由五部分组成：

l低空、低速、长航行距离、长航行时间的先进无人机平台系统

l包含红外、可见光至紫外的全谱段的实时遥感系统

l微型气象数据采集平台

l陀螺稳定平台

l信息处理系统

2.1无人机平台

该方案的无人机平台包括1架KYD-70型长航时无人机、2架KYD-65型多用途无人机。

其中无人机的组成如图1所示：

主要包括无人机机体、机载导航飞控系统、机载油源、机载通讯设备等。

图2 KYD-70型无人机实拍图

图3 KYD-65型无人机实拍图

2.1.1无人机技术参数：

无人机主要技术参数（按需方要求，可调整）

KYD-65

KYD-70

起飞重量：

55Kg

280Kg

最大飞行速度：

230km/h

220km/h

巡航速度：

160km～200km/h

140km～180km/h

飞行高度：

100-5000m

100-6600m

航行距离：

200km

200km

航行时间：

≥3h

≥10h

翼展：

3.15m

7.8m

机长：

2.4m

5.3m

控制半径：

150m

150m

任务载荷能力：

≤15kg

≤70kg

2.1.2无人机巡线的主要性能

（1）飞行控制距离

由于高压输电线路长度一般在100KM，距离公路30KM内，因此要求飞行控制距离在100KM以上。

KYD-65与KYD-70型无人机的航行范围均在200KM，而测控范围在高度大于2km，无地物遮挡的情况下，可以达到180km以上。

在控制距离范围内，地面控制系统可以通过数据链对无人进行遥控，传递监测数据、气象数据和视频。

（2）起飞条件

当起降的风速在每秒10米以下，风向夹角小于30°，环境温度在－40℃～+50℃范围内均能起飞。

KYD-65型无人机采用弹射方式起飞，伞降回收。

KYD-70型无人机采用滑跑方式，可全自主起飞和降落，要求有40╳1200米的跑道。

（3）飞行高度

飞行高度高于导线100M，KYD-65型升限为5000M海高，KYD-70型升限为6600M海高。

（4）飞行导航

无人机根据输电线路的地理信息（GIS），具备GPS自主线路导航控制功能，使一条线路的巡线作业小于4个小时。

（5）机体稳定飞行控制

无人机飞行稳定，采用自稳定能力的摄像云台，可以选择安装CCD彩色摄像机、红外热像仪、紫外成像仪等摄像设备，具备摄像设备的自动控制摄像功能，便于拍摄地面线路杆塔的高分辨率航空图像。

（6）自动驾驶系统

飞机以程控方式飞行为主；地面站并能够实时接收无人机飞行信息，发出飞控指令，能对无人机实施安全可靠的实时操作控制。

（6）线路杆塔自动跟踪识别及快速对焦成像技术

采用线路杆塔自动跟踪识别技术和快速对焦拍摄技术，可生成高清晰的地面杆塔、线路、绝缘子、金具、树林等可见、红外图像。

2.2全谱段的实时遥测遥感系统

2.2.1可见光成像设备

可见光摄像机工作在白天，在搜索状态下，可见光摄像机工作在短焦距状态，此时，可见光摄像机具有大的观测视场，低的空间分辨率，实现对大型目标和场景的监控，一旦发现状况，需要详细分析可疑目标时，对光学系统进行变焦，缩小观测视场，放大可疑目标，对目标的细节进行进一步分析。

其主要性能指标如下所示：

1.有效像素：

1628（H）

1236（V）

2.帧率：

30fps；

3.视场：

小视场：

0.8°×0.6°；

大视场：

2.86°×2.15°；

4.靶面尺寸：

7.16mm×5.44mm

5.像素尺寸：

4.40

×4.40

6.接口：

CameraLink 规格（PlCL）

2.2.2红外热成像仪

红外巡检的方法和步骤：

测定全部输电线路的温度显示，判断有无异常过热，如有异常过热区域，要进行温度测定，实施其他判断方法，对异常作最终确认肯定，对异常部位进行分解检测。

其性能参数如下表1所示：

图像性能

传感器类型

320×240像素，非制冷焦平面阵列，微热量型

波长范围　

7.5-13μm

视场角（FOV）

小视场2°×1.5°大视场8°×6°

接口特性

油源

12VDC

功耗

3W

视频输出

PAL复合视频信号

环境参数

操作温度

-32℃到+55℃

存储温度

-50℃到+65℃

湿度

0%-95%

封装

IP66（包含镜头密封组件）

抗沙/尘

Mil-Std-810E

抗冲击

Mil-Std-810E

抗震动

Mil-Std-810E

物理特性

重量（kg）

0.3kg（不含镜头），0.5kg（含50mm镜头）

尺寸（mm）

116×62×62（不含镜头），166×62×62（含50mm镜头）

表1 红外热成像仪性能参数

2.2.3高分辨率航空数码相机

高分辨率航空数码相机是获得高清晰输电网线影像的主要遥感设备，按不同的需求，可以获得彩色/全色、立体（三维）/二维的地面影像。

数码航空相机的主要性能规格如下表2所示：

序号

名称

性能指标与参数

单位

1

光学参数a.焦距f’

50

mm

b.相对孔径

f/4.5

c.视场角FOV

76

（°）

d.最大畸变

＜15μm

2

光谱段范围

0.485-1.10

μm

3

CCD器件象元数

7216*5412

4

CCD器件象元大小

6.8*6.8

μm

5

感光面积

49*36.8

mm

6

积分时间

最大30秒最小由快门速度决定

mS

7

信噪比SNR

50

dB

8

彩色采样深度

16

BIT

8

最大采样速率

24M

Hz/channel

9

读出时间

约1.8

秒

10

调制传递函数MTF

（在55LP/mm空间频率处）

光学系统:

0.58

相机系统:

0.3

11

地面幅宽

（见表3）

m

12

地面象元分辨率δL

（见表3）

m

13

地面（摄影）分辨率

（见表3）

m

14

摄影间隔

（见表4）

秒

15

无故障时间

>2

年

表2航空数码相机性能参数

摄影高度（m）

比例尺

地面幅宽（m×m）

地面象元分辨率（m）

地面（摄影）分辨率（m）*

500

1/10000

490*368

0.068

0.15

1000

1/20000

980*736

0.136

0.25

表3航空数码测量相机摄影的地面效果

*：

中对比K=2时

摄影高度（m）

飞行速度（km/h）

像移速度（mm/s）

摄影间隔（s）*

500

120

3.33

12.16

250

6.94

5.84

600

16.66

2.43

1000

27.78

1.46**

1300

36.11

1.12**

1000

120

1.67

24.32

250

3.47

11.68

600

8.33

4.86

1000

13.89

2.92

1300

18.06

2.24

表4航空数码测量相机摄影的像移与摄影间隔

*：

摄影间隔指在重迭率为10%时；

**：

摄影间隔小于1.8秒时，不能连续摄影。

2.2.4紫外成像仪器

在高压油网放油时，根据油场强度的不同，会产生油晕、闪络或油弧。

在放油过程中，空气中的油子不断获得和释放能量，而当油子释放能量（即放油），便会放出紫外线。

紫外成像技术就是利用这个原理，接收设备放油时产生的紫外讯号，经处理后与可见光影像重叠，显示在仪器的屏幕上，达到确定油晕的位置和强度的目的，从而为进一步评估油网的运行情况提供更可靠的依据。

在日光下，远距离检测油晕及油气放油现象，为尽早发现、监控运行油网的潜在故障提供了一种有效的检测手段，得到世界各国的广泛应用。

紫外成像仪性能特点

?

可以在白天、日光下（包括在强烈的阳光下）操作

?

含油池的重量亦只有2.3公斤，携带极为方便

?

手持式外型设计，单手可完成操作

?

具有两种操作模式，集成模式可更准确的找出放油位置

?

油晕光子活动的数量显示

?

手动或全自动紫外图像及可见光图像聚焦功能

?

紫外图像及可见光图像同步变焦功能

?