專利名稱：一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無人機(jī)巡檢高壓帶電電力線路時(shí)的避障領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展對我國電力工業(yè)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(wǎng)共6個(gè)跨省區(qū)電網(wǎng)，500千伏線路已成為各大電力系統(tǒng)的骨架和跨省、跨地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線，電網(wǎng)發(fā)展滯后的矛盾基本得到緩解。由于我國國土遼闊，地形復(fù)雜，為了安全和可靠地供電，巡線維護(hù)自動(dòng)化和現(xiàn)代化已日益顯示出其迫切性。采用無人機(jī)空中作業(yè)進(jìn)行電力巡線，能夠克服利用有人駕駛的直升機(jī)進(jìn)行巡線的維護(hù)費(fèi)用昂貴、安全問題突出等弊端，但由于無人機(jī)GPS導(dǎo)航存在誤差，巡檢飛行時(shí)可能遇到陣風(fēng)過大，以及無人機(jī)的飛行高度不夠等因素會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過程中可能會(huì)出現(xiàn)偏離預(yù)定航向的情況，存在造成無人機(jī)與輸電線路或其他障礙物發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。山、樹木、鐵塔等其他障礙物體積較大，通過無人機(jī)實(shí)時(shí)傳回地面站的視頻即能夠識(shí)別；但由于輸電導(dǎo)線線徑小，視頻很難識(shí)別，為了保障無人機(jī)巡線系統(tǒng)及輸電線路的安全，提升巡線作業(yè)的可靠性，有必要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對輸電導(dǎo)線的避障。利用無人機(jī)搭載超聲波測距、紅外測距和激光測距設(shè)備對輸電導(dǎo)線進(jìn)行檢測，由于導(dǎo)線線徑小，其檢測正確率較低；微波雷達(dá)測距設(shè)備可進(jìn)行精確檢測，但其天線體積較大，且設(shè)備整體重量大，選擇該設(shè)備會(huì)影響到無人機(jī)上檢測等其他設(shè)備的安裝和搭載。根據(jù)帶電導(dǎo)線周圍電磁場環(huán)境的特殊性，可利用導(dǎo)線間距與電磁場強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)計(jì)算處理，以及與無人機(jī)飛控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互和判斷，來確定是否需要進(jìn)行避障動(dòng)作，該方法適用于電力巡線無人機(jī)在對輸電線路巡查時(shí)對帶電導(dǎo)線的規(guī)避。目前，國內(nèi)外對高壓輸電導(dǎo)線電磁環(huán)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(dǎo)線電磁環(huán)境對離地2m范圍內(nèi)人體和線路查修維護(hù)等接觸高壓輸電導(dǎo)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(dǎo)線電磁環(huán)境對于有人機(jī)、無人機(jī)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(dǎo)線間距與電磁場強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系，通過數(shù)據(jù)計(jì)算處理確定無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)是否需要避障動(dòng)作相關(guān)的研究，僅在專利申請?zhí)枮?01120124969. I的專利《電力巡線無人直升機(jī)超低空飛行障礙規(guī)避子系統(tǒng)》中有以下描述“根據(jù)電力巡線無人機(jī)巡查目標(biāo)一輸電線路的特殊性，設(shè)計(jì)了根據(jù)電磁場強(qiáng)度的探測來判斷與輸電線路距離這一具有針對性、獨(dú)特性、創(chuàng)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(dá)厘米甚至毫米級(jí)別，尤其適用于電力巡線無人機(jī)在對輸電線路巡查時(shí)對輸電線路的規(guī)避。通過將不同電壓等級(jí)的輸電導(dǎo)線周圍磁場的變化做仿真計(jì)算，其計(jì)算分析可精確到厘米級(jí)，由此可獲取導(dǎo)線周圍的磁場分布，從而可通過預(yù)處理檢測到的磁場強(qiáng)度，即與仿真結(jié)果對比，可進(jìn)行位置檢測和判斷，在檢測到與輸電導(dǎo)線距離小于某定值時(shí)，可強(qiáng)制改變飛行方向，以避免無人機(jī)與輸電導(dǎo)線的碰撞，避免事故發(fā)生。”現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)I)現(xiàn)有技術(shù)是通過檢測飛機(jī)所處位置的磁場強(qiáng)度的變化與仿真結(jié)果對比，進(jìn)而進(jìn)行對位置檢測和判斷。在輸電線路實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電壓大小基本保持在指定的電壓等級(jí)水平，但電流的大小是隨著負(fù)載的變化而實(shí)時(shí)變化的，因而磁場強(qiáng)度的數(shù)值也隨之實(shí)時(shí)變化，不具有測量判斷的可依據(jù)性。這種檢測方法所得的結(jié)果很不準(zhǔn)確。2)現(xiàn)有技術(shù)中提及“現(xiàn)場測量”，但未提供測量裝置(包括裝置構(gòu)成和安裝位置)、測量方法、數(shù)據(jù)處理方法和判斷依據(jù)。3)現(xiàn)有技術(shù)中提及用于參照的“仿真計(jì)算數(shù)值”，但未提供用于對比判斷的各電壓等級(jí)線路的仿真計(jì)算結(jié)果，不具有實(shí)用性。4)現(xiàn)有技術(shù)中未描述用于說明方法可行性的應(yīng)用實(shí)例。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障裝置，它主要實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)對輸電導(dǎo)線的避障，避免了無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，由于GPS導(dǎo)航誤差，陣風(fēng)過大，或飛行高度不夠?qū)е聢?zhí)行任務(wù)的過程中出現(xiàn)偏離預(yù)定航向，導(dǎo)致無人機(jī)與輸電線路碰撞情況的發(fā)生，保障了無人機(jī)巡線系統(tǒng)及輸電線路的安全，提升巡線作業(yè)的可靠性，保證人身、電網(wǎng)和設(shè)備的安全。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，它包括巡檢無人機(jī)，在無人機(jī)上設(shè)有電場壁障裝置，該裝置包括DSP數(shù)據(jù)處理模塊，兩路完全相同的電場測量回路，各電場測量回路包括依次連接的電場測量傳感器、信號(hào)處理單元和A/D轉(zhuǎn)化單元，A/D轉(zhuǎn)化單元與DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸入端連接，DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸出端與機(jī)載飛控系統(tǒng)連接。所述機(jī)載飛控系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)，它分別與數(shù)字羅盤、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、衛(wèi)星定位模塊、氣壓高度計(jì)、轉(zhuǎn)速測量傳感器、PCM遙控接收機(jī)、舵機(jī)控制器、數(shù)傳電臺(tái)，舵機(jī)控制器與伺服舵機(jī)連接，數(shù)傳電臺(tái)則與地面站通信。所述電場避障裝置整體要處在巡檢無人機(jī)機(jī)體正下方中央位置，兩路電場測量回路左右對稱安裝。一種采用用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)的避障方法，步驟一巡檢無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，機(jī)身與輸電導(dǎo)線方向基本平行，以保證兩個(gè)電場強(qiáng)度數(shù)值差值的有效；記兩電場測量傳感器的安裝間距為1，并輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊中；電場測量傳感器將所測電場強(qiáng)度數(shù)值輸入信號(hào)處理單元，提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值后送入DSP數(shù)據(jù)處理模塊中；步驟二 根據(jù)電場避障裝置中電場測量傳感器采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行避障指令的判斷；具體過程為在某一時(shí)刻，兩電場測量傳感器測得數(shù)值經(jīng)處理轉(zhuǎn)化后分別記為m、m’，輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊，DSP數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行如下判斷輸出“安全”指令；
I[0022]2 C，輸出“避障”指令；其中，C為電場強(qiáng)度變化率的限值。控制指令是由DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸出給機(jī)載飛控系統(tǒng)，從而控制無人機(jī)機(jī)體進(jìn)行下一步動(dòng)作，指令為“安全”時(shí)，繼續(xù)當(dāng)前飛行任務(wù)；指令為“避障”時(shí)，先將無人機(jī)懸停，通過實(shí)時(shí)傳回的視頻判斷發(fā)出“原路返航”或“臨時(shí)調(diào)整路線”的指令。利用仿真計(jì)算，對輸電導(dǎo)線建立電場計(jì)算模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真計(jì)算得到的距離輸電線路一定距離位置電場強(qiáng)度變化率的數(shù)值，設(shè)定一個(gè)電場強(qiáng)度變化率的限值，仿真得出，對 220kV、500kV、750kV、IOOOkV 輸電導(dǎo)線分別對應(yīng) C220=29，C500=56, C750=77, C1000=81。本實(shí)用新型的工作原理為
電場測量傳感器將所測電場強(qiáng)度數(shù)值輸入信號(hào)處理單元，提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值后，通過A/D轉(zhuǎn)化單元輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊，同時(shí)電場測量傳感器將所測電場強(qiáng)度數(shù)值輸入信號(hào)處理單元，提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值后，通過A/D轉(zhuǎn)化單元也輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊，按照上述步驟中所述算法處理，生成的避障判斷結(jié)果輸入飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)，進(jìn)而將避障指令發(fā)送給舵機(jī)控制器，由其控制伺服舵機(jī)來改變無人機(jī)平臺(tái)的飛行狀態(tài)。同時(shí)，飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)會(huì)將數(shù)字羅盤、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、衛(wèi)星定位模塊、氣壓高度計(jì)、轉(zhuǎn)速測量傳感器和PCM遙控接收機(jī)的狀態(tài)信息，以及避障判斷的信息一同通過數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行與地面站之間的交互。對于不同電壓等級(jí)輸電線路對應(yīng)C值不同；對同電壓等級(jí)不同線路參數(shù)(包括導(dǎo)線相間距、導(dǎo)線距地高度、導(dǎo)線型號(hào))的導(dǎo)線，電場強(qiáng)度數(shù)值略有差異，電場強(qiáng)度的變化率相差極小，可認(rèn)為同一電壓等級(jí)輸電線路對應(yīng)C值相同。本實(shí)用新型的有益效果是I)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)及方法，利用該系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，對實(shí)時(shí)視頻中很難識(shí)別的導(dǎo)線的避障，提升巡線作業(yè)的可靠性，保障輸電線路及無人機(jī)巡線系統(tǒng)的安全。 2)上述無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，是根據(jù)帶電導(dǎo)線周圍電場環(huán)境的特殊性設(shè)計(jì)，且所用元器件體積小、簡單輕便，由既能夠克服超聲波測距、紅外測距和激光測距設(shè)備檢測正確率低的問題，又能夠避免微波雷達(dá)測距設(shè)備體積、重量過大，不便于無人機(jī)搭載的弊端。3)上述無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場測量避障方法中，用于判斷無人機(jī)是否需要對輸電導(dǎo)線避障的測量參數(shù)為無人機(jī)所處位置電場強(qiáng)度差分?jǐn)?shù)值的變化率，首先利用針對某條輸電線路較穩(wěn)定的電場強(qiáng)度數(shù)值，其次采用計(jì)算差分變化率的方法既能夠可排除空間內(nèi)可能存在的其他近似頻率的電場強(qiáng)度的干擾，又使計(jì)算參數(shù)中的變量盡可能減少，使計(jì)算數(shù)值準(zhǔn)確可靠，且以220kV、500kV、750kV、IOOOkV電壓等級(jí)的輸電導(dǎo)線為例，提供了用于對比判斷的仿真計(jì)算結(jié)果。

圖I為無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場測量避障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程圖；圖2為無人機(jī)巡檢220kV輸電導(dǎo)線時(shí)，與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系不意圖；[0035]圖3為無人機(jī)巡檢500kV輸電導(dǎo)線時(shí),與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系不意圖；圖4為無人機(jī)巡檢750kV輸電導(dǎo)線時(shí),與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系不意圖；圖5為無人機(jī)巡檢IOOOkV輸電導(dǎo)線時(shí),與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系不意圖；圖6為實(shí)際220kV交流輸電線路所用典型直線塔；圖7為220kV線路仿真、實(shí)測電場變化率對比圖；圖8為實(shí)際500kV交流輸電線路所用典型直線塔；圖9為500kV線路仿真、實(shí)測電場變化率對比圖；圖10為實(shí)際750kV交流輸電線路所用典型直線塔；圖11為750kV線路仿真、實(shí)測電場變化率對比圖；圖12為實(shí)際IOOOkV交流輸電線路所用典型直線塔；圖13為IOOOkV線路仿真、實(shí)測電場變化率對比圖。其中，I、電場測量傳感器，2、信號(hào)處理單元，3、A/D轉(zhuǎn)化單元，4. DSP數(shù)據(jù)處理模塊，5.飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)，6.數(shù)字羅盤，7.三軸陀螺儀，8.三軸加速度計(jì)，9.衛(wèi)星定位模塊，10.氣壓高度計(jì)，11.轉(zhuǎn)速測量傳感器，12. PCM遙控接收機(jī)，13.舵機(jī)控制器，14.數(shù)傳電臺(tái)，15.伺服舵機(jī)，16.電場避障裝置，17是地面站。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖I中，它包括巡檢無人機(jī)，在無人機(jī)上設(shè)有電場壁障裝置16，該裝置包括DSP數(shù)據(jù)處理模塊4，兩路完全相同的電場測量回路，各電場測量回路包括依次連接的電場測量傳感器I、信號(hào)處理單元2和A/D轉(zhuǎn)化單元3，A/D轉(zhuǎn)化單元3與DSP數(shù)據(jù)處理模塊4輸入端連接，DSP數(shù)據(jù)處理模塊4輸出端與機(jī)載飛控系統(tǒng)連接。所述機(jī)載飛控系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)5，它分別與數(shù)字羅盤6、三軸陀螺儀7、三軸加速度計(jì)8、衛(wèi)星定位模塊9、氣壓高度計(jì)10、轉(zhuǎn)速測量傳感器11、PCM遙控接收機(jī)12、舵機(jī)控制器13、數(shù)傳電臺(tái)14，舵機(jī)控制器13與伺服舵機(jī)15連接，數(shù)傳電臺(tái)14則與地面站17通信。所述電場避障裝置整體要處在巡檢無人機(jī)機(jī)體正下方中央位置，兩路電場測量回路左右對稱安裝。場測量傳感器I將所測電場強(qiáng)度數(shù)值輸入信號(hào)處理單元2，提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值后，通過A/D轉(zhuǎn)化單元3輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊4 (兩電場測量回路均如此)，按照上述步驟b中所述算法處理，生成的避障判斷結(jié)果輸入飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)5，進(jìn)而將避障指令發(fā)送給舵機(jī)控制器13，由其控制伺服舵機(jī)15來改變無人機(jī)平臺(tái)的飛行狀態(tài)。同時(shí)，飛控系統(tǒng)機(jī)5載控制計(jì)算機(jī)會(huì)將數(shù)字羅盤6、三軸陀螺儀7、三軸加速度計(jì)8、衛(wèi)星定位模塊9、氣壓高度計(jì)10、轉(zhuǎn)速測量傳感器11和PCM遙控接收機(jī)12的狀態(tài)信息，以及避障判斷的信息一同通過數(shù)傳電臺(tái)14進(jìn)行與地面站17之間的交互。本實(shí)用新型避障方法的步驟為[0053]步驟一安裝電場避障裝置。無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，為保持整機(jī)的平衡性良好，電場避障裝置16整體要處在無人機(jī)機(jī)體正下方中央位置，為保持整機(jī)的左右平衡性良好，如圖I所示的兩個(gè)電場測量傳感器I、兩個(gè)信號(hào)處理單元2、及兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)化單元3、應(yīng)左右對稱安裝，且采用上述安裝方法的電場差分避障系統(tǒng)，無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，機(jī)身需與輸電導(dǎo)線方向基本平行(一般無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)均如此，這樣能夠保證兩個(gè)電場強(qiáng)度數(shù)值差值的有效)。記兩工頻電場測量模塊安裝間距為I。步驟二 將兩電場測量傳感器I安裝間距I輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊4中。步驟三根據(jù)電場避障裝置16中電場測量傳感器I采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行避障指令的判斷。所述步驟三包含以下幾個(gè)步驟 a.仿真計(jì)算。對輸電導(dǎo)線建立電場計(jì)算模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真計(jì)算(電場數(shù)值計(jì)算軟件ANSOFT中)得到的距離輸電線路一定距離位置電場強(qiáng)度變化率的數(shù)值。設(shè)定一個(gè)電場強(qiáng)度變化率的限值(下述公式中(值)，仿真得出，對2201^、5001^、7501^、10001^輸電導(dǎo)線分別對應(yīng) C220=29，C500=56, C750=77，C1000=81。b.避障判斷。DSP數(shù)據(jù)處理模塊中的判斷算法如下無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，在某一時(shí)刻，兩電場測量傳感器測得數(shù)值經(jīng)處理轉(zhuǎn)化后(分別記為m、m’ )輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊，DSP數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行如下判斷< C,輸出“安全”指令；> C,輸出“避障”指令。c.避障動(dòng)作。指令是由數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)化模塊輸出給無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制無人機(jī)機(jī)體進(jìn)行下一步動(dòng)作，指令為“安全”時(shí)，繼續(xù)當(dāng)前飛行任務(wù)；指令為“避障”時(shí)，先將無人機(jī)懸停，通過實(shí)時(shí)傳回的視頻判斷發(fā)出“原路返航”或“臨時(shí)調(diào)整路線”的指令。如圖I所示，其中，電場測量傳感器I用來測量所處環(huán)境中電場強(qiáng)度大??；信號(hào)處理單元2用來提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值。電場測量傳感器I將所測電場強(qiáng)度數(shù)值輸入信號(hào)處理單元2，提取工頻范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度數(shù)值后，通過A/D轉(zhuǎn)化單元3輸入DSP數(shù)據(jù)處理模塊4 (兩電場測量回路均如此)，按照上述步驟b中所述算法處理，生成的避障判斷結(jié)果輸入飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)5，進(jìn)而將避障指令發(fā)送給舵機(jī)控制器13，由其控制伺服舵機(jī)15來改變無人機(jī)平臺(tái)的飛行狀態(tài)。同時(shí)，飛控系統(tǒng)機(jī)5載控制計(jì)算機(jī)會(huì)將數(shù)字羅盤6、三軸陀螺儀7、三軸加速度計(jì)8、衛(wèi)星定位模塊9、氣壓高度計(jì)10、轉(zhuǎn)速測量傳感器11和PCM遙控接收機(jī)12的狀態(tài)信息，以及避障判斷的信息一同通過數(shù)傳電臺(tái)14進(jìn)行與地面站17之間的交互。上述步驟a中，不同電壓等級(jí)輸電線路對應(yīng)C值不同；對同電壓等級(jí)不同線路參數(shù)(包括導(dǎo)線相間距、導(dǎo)線距地高度、導(dǎo)線型號(hào))的導(dǎo)線，電場強(qiáng)度數(shù)值略有差異，電場強(qiáng)度的變化率相差極小，可認(rèn)為同一電壓等級(jí)輸電線路對應(yīng)C值相同。對于C值計(jì)算，如下所示結(jié)果一對220kV輸電導(dǎo)線進(jìn)行仿真建模,得到圖2為無人機(jī)巡檢220kV輸電導(dǎo)線時(shí),與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系示意圖。取C為距導(dǎo)線20m時(shí)(該距離選取結(jié)合了專利申請?zhí)?01210044124. O無人機(jī)電力巡線安全距離檢測方法中所述安全距離，下同)電場強(qiáng)度變化率數(shù)值，即C220=29。結(jié)果二對500kV輸電導(dǎo)線進(jìn)行仿真建模,得到圖3為無人機(jī)巡檢500kV輸電導(dǎo)線時(shí),與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系示意圖。取C為距導(dǎo)線24m時(shí)電場強(qiáng)度變化率數(shù)值，即C500=56。結(jié)果三對750kV輸電導(dǎo)線進(jìn)行仿真建模，得到圖4為無人機(jī)巡檢750kV輸電導(dǎo)線時(shí)，與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系示意圖。 取C為距導(dǎo)線27m時(shí)電場強(qiáng)度變化率數(shù)值，即C750=77。結(jié)果四對IOOOkV輸電導(dǎo)線進(jìn)行仿真建模，得到圖5為無人機(jī)巡檢IOOOkV輸電導(dǎo)線時(shí)，與輸電導(dǎo)線間距和電場強(qiáng)度變化率的對應(yīng)關(guān)系示意圖。取C為距導(dǎo)線32m時(shí)電場強(qiáng)度變化率數(shù)值，即C1000=81。實(shí)施例I :將電場差分避障系統(tǒng)搭載于無人機(jī)上對實(shí)際220kV線路進(jìn)行檢測，設(shè)定無人機(jī)飛行時(shí)機(jī)身與輸電導(dǎo)線方向基本平行，為與邊項(xiàng)導(dǎo)線等高，飛行路線由距離邊項(xiàng)導(dǎo)線70米緩慢向?qū)Ь€靠近，至距離導(dǎo)線16米(選擇該距離范圍是為了保障無人機(jī)的安全，且能夠驗(yàn)證中途是否在預(yù)想位置收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào))。為減小飛行誤差，飛行條件選擇如下天氣晴朗無風(fēng)；巡視導(dǎo)線如下圖6所示直線桿塔中間的導(dǎo)線；設(shè)定C220=29，1=0. 22m,，進(jìn)行飛行測試。飛行中途無人機(jī)收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行懸停后選擇原路返回，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，與仿真計(jì)算結(jié)果對比如圖7所示。圖7中，“系列一”為仿真數(shù)據(jù)，“系列二”為實(shí)測數(shù)據(jù)。由圖可見，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。且電場差分避障系統(tǒng)也能夠按照預(yù)設(shè)距離產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，說明了電場差分避障系統(tǒng)及仿真數(shù)據(jù)的實(shí)用性。實(shí)施例2 將電場差分避障系統(tǒng)搭載于無人機(jī)上對實(shí)際500kV線路進(jìn)行檢測，設(shè)定無人機(jī)飛行時(shí)機(jī)身與輸電導(dǎo)線方向基本平行，為與邊項(xiàng)導(dǎo)線等高，飛行路線由距離邊項(xiàng)導(dǎo)線70米緩慢向?qū)Ь€靠近，至距離導(dǎo)線20米(選擇該距離范圍是為了保障無人機(jī)的安全，且能夠驗(yàn)證中途是否在預(yù)想位置收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào))。為減小飛行誤差，飛行條件選擇如下天氣晴朗無風(fēng)；巡視導(dǎo)線如下圖8所示直線桿塔中間的導(dǎo)線；設(shè)定C500=56，1=0. 22m,，進(jìn)行飛行測試。飛行中途無人機(jī)收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行懸停后選擇原路返回，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，與仿真計(jì)算結(jié)果對比如圖9所示。圖9中，“系列一”為仿真數(shù)據(jù)，“系列二”為實(shí)測數(shù)據(jù)。由圖可見，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。且電場差分避障系統(tǒng)也能夠按照預(yù)設(shè)距離產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，說明了電場差分避障系統(tǒng)及仿真數(shù)據(jù)的實(shí)用性。實(shí)施例3 將電場差分避障系統(tǒng)搭載于無人機(jī)上對實(shí)際750kV線路進(jìn)行檢測，設(shè)定無人機(jī)飛行時(shí)機(jī)身與輸電導(dǎo)線方向基本平行，為與邊項(xiàng)導(dǎo)線等高，飛行路線由距離邊項(xiàng)導(dǎo)線70米緩慢向?qū)Ь€靠近，至距離導(dǎo)線23米(選擇該距離范圍是為了保障無人機(jī)的安全，且能夠驗(yàn)證中途是否在預(yù)想位置收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào))。為減小飛行誤差，飛行條件選擇如下天氣晴朗無風(fēng)； 巡視導(dǎo)線如下圖10所示直線桿塔中間的導(dǎo)線；設(shè)定C750=77，1=0. 22m，，進(jìn)行飛行測試。飛行中途無人機(jī)收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行懸停后選擇原路返回，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，與仿真計(jì)算結(jié)果對比如圖11所示。圖11中，“系列一”為仿真數(shù)據(jù)，“系列二”為實(shí)測數(shù)據(jù)。由圖可見，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。且電場差分避障系統(tǒng)也能夠按照預(yù)設(shè)距離產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，說明了電場差分避障系統(tǒng)及仿真數(shù)據(jù)的實(shí)用性。實(shí)施例4 將電場差分避障系統(tǒng)搭載于無人機(jī)上對實(shí)際IOOOkV線路進(jìn)行檢測，設(shè)定無人機(jī)飛行時(shí)機(jī)身與輸電導(dǎo)線方向基本平行，為與邊項(xiàng)導(dǎo)線等高，飛行路線由距離邊項(xiàng)導(dǎo)線70米緩慢向?qū)Ь€靠近，至距離導(dǎo)線28米(選擇該距離范圍是為了保障無人機(jī)的安全，且能夠驗(yàn)證中途是否在預(yù)想位置收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào))。為減小飛行誤差，飛行條件選擇如下天氣晴朗無風(fēng)；巡視導(dǎo)線如下圖12所示直線桿塔中間的導(dǎo)線；設(shè)定C1000=81，1=0. 22m，，進(jìn)行飛行測試。飛行中途無人機(jī)收到電場測量避障系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行懸停后選擇原路返回，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，與仿真計(jì)算結(jié)果對比如圖13所示。圖13中，“系列一”為仿真數(shù)據(jù)，“系列二”為實(shí)測數(shù)據(jù)。由圖可見，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。且電場差分避障系統(tǒng)也能夠按照預(yù)設(shè)距離產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，說明了電場差分避障系統(tǒng)及仿真數(shù)據(jù)的實(shí)用性。上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，它包括巡檢無人機(jī)，其特征是，在無人機(jī)上設(shè)有電場壁障裝置，該裝置包括DSP數(shù)據(jù)處理模塊，兩路完全相同的電場測量回路，各電場測量回路包括依次連接的電場測量傳感器、信號(hào)處理單元和A/D轉(zhuǎn)化單元，A/D轉(zhuǎn)化單元與DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸入端連接，DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸出端與機(jī)載飛控系統(tǒng)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，其特征是，所述機(jī)載飛控系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)機(jī)載控制計(jì)算機(jī)，它分別與數(shù)字羅盤、三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、衛(wèi)星定位模塊、氣壓高度計(jì)、轉(zhuǎn)速測量傳感器、PCM遙控接收機(jī)、舵機(jī)控制器、數(shù)傳電臺(tái)，舵機(jī)控制器與伺服舵機(jī)連接，數(shù)傳電臺(tái)則與地面站通信。
3.如權(quán)利要求I所述的用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，其特征是，所述電場避障裝置整體要處在巡檢無人機(jī)機(jī)體正下方中央位置，兩路電場測量回路左右對稱安裝。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線的電場差分避障系統(tǒng)，它包括巡檢無人機(jī)，在無人機(jī)上設(shè)有電場壁障裝置，該裝置包括DSP數(shù)據(jù)處理模塊，兩路完全相同的電場測量回路，各電場測量回路包括依次連接的電場測量傳感器、信號(hào)處理單元和A/D轉(zhuǎn)化單元，A/D轉(zhuǎn)化單元與DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸入端連接，DSP數(shù)據(jù)處理模塊輸出端與機(jī)載飛控系統(tǒng)連本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)對輸電導(dǎo)線的避障，避免了無人機(jī)巡檢帶電導(dǎo)線時(shí)，由于GPS導(dǎo)航誤差，陣風(fēng)過大，或飛行高度不夠?qū)е聢?zhí)行任務(wù)的過程中出現(xiàn)偏離預(yù)定航向，導(dǎo)致無人機(jī)與輸電線路碰撞情況的發(fā)生，保障了無人機(jī)巡線系統(tǒng)及輸電線路的安全，提升巡線作業(yè)的可靠性，保證人身、電網(wǎng)和設(shè)備的安全。
文檔編號(hào)G01R29/00GK202632112SQ20122031416
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者鄭天茹, 王濱海, 王騫, 陳西廣, 劉俍 申請人:山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司