小型固定翼无人机电力巡线系统精简

小型固定翼无人机电力巡线系统实施方案西安金源电气股份有限公司

二零一三年十一月西安金源一西安金源一电力巡线第10页共12页TOC\o"1-5"\h\z1、概述32、无人机巡线系统4无人机平台4无人机技术参数：5无人机巡线的主要性能6全谱段的实时遥测遥感系统8采用彼岸公司的3X-H可见光+红外双摄像头光学吊舱，具体技术参数如下：8信息处理系统9飞行控制系统9任务生成系统（根据搭载任务设备而定）9信息传输系统9数据采集系统（根据搭载任务设备而定）10数据分析系统（根据搭载任务设备而定）10数据库（根据搭载任务设备而定）103．技术方案错误!未定义书签。任务载荷安装错误!未定义书签。电力供应错误!未定义书签。动力部分错误!未定义书签。起飞降落方式错误!未定义书签。地面控制站错误!未定义书签。指挥中心错误!未定义书签。机动测控站错误!未定义书签。单收设备错误!未定义书签。检测维修车错误!未定义书签。飞机运输车错误!未定义书签。技术接口错误!未定义书签。机械接口错误!未定义书签。电气接口错误!未定义书签。信息交换内容及格式错误!未定义书签。安全措施错误!未定义书签。系统维护与人员培训错误!未定义书签。品提供错误!未定义书签。本项目由西安金源电气股份有限公司统一计划实施管理。并负责完成：错误!未定义书签。无人机系统通电检查与接口错误!未定义书签。提供无人巡查系统使用及维护大纲错误!未定义书签。提供无人机操作人员培训，并负责首次任务执行。错误!未定义书签。需求方负责产品接收准则的确认，包括：错误!未定义书签。5．生产周期错误!未定义书签。附表1、概述随着输电电压等级的不断提高，输电线路的巡线作业对维护区域电网的安全、稳定、高效运行越来越重要，也是电网运行的当务之急。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电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。无人机电力巡线系统是一个复杂的集航空、电力、电子、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。基于无人机电力巡线采集数据的专业分析，为电网管理和维护提供数据支持。无人机作业可以大大提高电力维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带电的环境下迅速完成。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。我国的一些电力系统，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，轻微放电等）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电力巡线系统主要由五部分组成：＞低空、低速、长航行距离、长航行时间的先进无人机平台系统＞包含红外、可见光至紫外的全谱段的实时遥感系统＞微型气象数据采集平台＞陀螺稳定平台＞信息处理系统2.1该方案的无人机平台包括1架JY-UAV-10型小型固定翼无人机以及地面控制系统。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、机载电源、机载通讯设备等。

图I系统级成图无人机动力系无人机定位系机载任势系统朦供电模空地逋信模图I系统级成图无人机动力系无人机定位系机载任势系统朦供电模空地逋信模云台及控制模决图像采集模无人机主要技术参数（按需方要求，可调整）JY-UAV-10飞机重量18Kg最大飞行速度140km/h巡航速度75km/h飞行半径20Km航行时间1h翼展2.1m机长1m控制半径20Km任务载荷能力02kg弹射器重量15Kg2.1.2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一般都在偏远地区，交通不便的地方，因此JY-UAV-10无人机控制距离在10KM以上。控制半径在20Km，充分做到大范围的巡检工作。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）起飞与降落当起降的风速在每秒10米以下，风向夹角小于30°,环境温度在一40℃一+50℃范围内均能起飞。JY-UAV-10型无人机采用弹射方式，可全自主起飞。JY-UAV-10型无人机采用伞降回收方式，对环境没有特别限制，人工操作方便。（3）飞行高度飞行高度高于导线100M,JY-UAV-10型升限为20Km海高。（4）飞行导航无人机根据输电线路的地理信息坐标，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1个小时。（5）机体稳定飞行控制小型固定翼无人机飞行稳定，采用先进的飞行控制系统及自稳定能力的摄像云台、光学吊舱，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）自动驾驶系统无人机以自动巡航模式飞行为主；通过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■■■■■■■■■■■■采用我公司自行研制的可见光+红外双摄像头光学吊舱，具体技术参数如下:红外热像仪探器器技卡位Ox中中叩但钺曲子阴虹?叫平面阵歼波长F9即袂城南莫:1阻k13.5*若：平,3J温度分卿牵口oct可见光摄像机探魏器林家3片1号高清CMOS粒假信号PRL物色，GCIH标准，10Wp水平视埔角eifl至a.4fl连续光学变焦20X用维柒型谢在携巷定翁定度20prsd航向腌动角度范因3W1隹鹿借糖转动角度范围31fj-iicr威士转动速度ffia/Sec最大转动加速度201r.'Secr环境荽来技术卷数环境标准RTCADO-1EOG工作於度■2◎七-•45t电源要求技术参糊电压16-36VDC功耗13DW尺寸和首量主体尺寸（瞽塔1438x450mm主体重■<29.5回可选犷展功能图像跟盛电线般器2.3信息处理系统主要由飞行控制系统、任务生成系统、信息传输系统、数据采集系统、数据分析系统以及数据库等组成。飞行控制系统通过数传电台、GPS（全球定位系统）对无人机实现实时控制。任务生成系统（根据搭载任务设备而定）根据输电线路的位置坐标和地理信息系统（GIS）软件生成数字航图，结合具体的巡线任务要求生成任务目标。可根据需要安装CCD彩色摄像机、红外热像仪、紫外成像仪等摄像设备。信息传输系统信息传输系统负责无人机和地面控制中心的控制指令、数据以及图像信息的传送。地面通过2.4GHz无线传输信号实时与无人机实现链路，通过5.8GHz图传可把无人机在上空的图像实时下传，保证了无人机的安全性。数据采集系统（根据搭载任务设备而定）采集输电线路走廊的气象数据、输电线路的可见光图像、红外图像、紫外图像、数码照片以及数据的方位坐标。数据分析系统（根据搭载任务设备而定）在初步检测阶段，对每个故障分析单元的单幅图像进行分析处理，寻找疑似故障点，并计算该点（区域）的故障特征值，然后拼接当前故障分析单元的可见光和红外、紫外全景图，并利用拼接过程中各疑似故障点的SIFT特征描述符去除重复的疑似故障点。在故障判决阶段，对初步检测到的疑似故障点，根据故障判决数据库中相应故障类型各个级别的阈值进行判决。若该类型故障有历史数据判决规则，则根据历史数据判决规则。对于重大缺陷及以上级别的故障，进行人工辅助判决，以保证判决的准确性。最后将判决得到的故障点信息存储在故障信息数据库。在各故障分析单元的可见光全景图上标示出杆塔信息（编号、GPS信息等）、故障点信息（故障类型、故障级别等），与故障信息一起存为单个单元的检测报告。检测报告由故障信息数据和故障单元全景图组成。在各单元的疑似故障点判决完成后，综合各单元的检测报告生成报表。数据库（根据搭载任务设备而定）图像采集记录：包括巡检任务日期、红外图像可见光图像、检测报告全景图像、杆塔等。线路故障信息数据库：用于记录故障历史信息，用户管理数据库提供软件的使用权限控制。信息管理：该模块的功能分为3个部分：（1）故障信息查询功能。使用原始