[发明专利]基于电场强度变化率的高压同塔单回输电线路无人机巡检避障方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机巡检避障方法，特别是一种基于电场强度变化率的高压同塔单回输电线路无人机巡检避障方法。

背景技术

随着我国电网的飞速发展，高压输电线路电压等级越来越高，输电长度越来越长且所经过的地形地貌也变得越来越复杂。无人飞行器具有不受地形环境限制的优势、费效比高的优势，同时无需顾虑飞机意外坠毁导致的机上人员伤亡问题。因此为了提高电网巡检的效率，同时为解决近年来灾害频发对电网安全的现实威胁，利用无人机进行高压电力线路巡检已经成为一种迫切的需求，并且逐步会取代人工巡检，大大提高巡检效率。

无人机巡检，很重要的一方面就是安全问题，为了便于输电线路故障分析诊断，无人机巡检时要求拍摄高清晰度的线路和杆塔的照片，为此，巡检时要求无人机要尽可能的靠近输电线路或杆塔，但是和输电线路或杆塔越近，必然存在另一方面的安全隐患：由于无人机巡检时飞行速度一般能达到18～54Km/h，故一旦和线路或铁杆近距离接近，就很可能撞击上线路或铁塔，从而引起大面积停电等电力事故。

针对上述矛盾，为了尽可能的缩短无人机和输电线路或杆塔等的距离，同时保障足够的安全性，无人机就必须有一套高灵敏度的避障系统，当无人机和巡线目标之间距离超过安全距离时，及时发出信号，同时送给无人机中控系统，而且要求该安全距离要尽可能小，以便拍摄的照片能更加清晰，方便工作人员的故障诊断。

目前障碍规避系统通常有红外避碰、超声波避碰、激光避碰、雷达避碰、三维地图GPRS避障和基于输电线路电磁场原理的避障几种。红外避碰的作用距离最短，在室外强光下基本不能使用；超声波避碰的有效距离很难超过10米，且因为是挂在直升飞机上，旋翼对空气的干扰使得应用更为困难；激光避碰距离可以达到200米以上，但由于是点反射，导线的直径很小，即便采用高速扫描，也很难保证能够得到反射信号，因此实际探测距离大打折扣；此外在暗物体上的反射要小很多，甚至没有反射， 比如在植被上的反射就很小，也影响探测距离；阳光也对激光产生严重干扰，在某些情况下根本就得不到反射光。雷达避碰系统在国内外均有研究，主要是用于汽车的主动避碰，但是存在反射雷达波如何过滤，如何识别避障目标的问题，且雷达避障设备存在体积较大，重量较重等问题，对于无人机来说，由于空间和载荷都十分有限，故在无人机避障中应用存在很大的缺陷。基于三维地图的GPRS避障则主要由于三维地图很难精确的合成，同时地面建筑等存在易变且变化随机和无规律性等特点，不可能为此实时更新三维地图，同时三维地图要求的存储空间太大，读取很慢等方面的原因，故三维地图GPRS避障策略也不适合无人机巡检避障。

国内外目前高压输电线路周围电场强度的研究现状如下所述：

目前，国内外对输电线路电磁场的研究主要侧重于输电线路下方距离地面6米高度的电磁场强度以及障碍物周围的电磁场，主要研究进行高压作业的工作人员以及居住在输电线路下方居民健康的影响。但是基于高压输电线路电场强度理论进行无人机巡线避障目前这方面的研究还较少。通过文献检索，目前应用高压输电线路电场强度理论进行无人机巡线避障策略的研究在专利申请号为201210222359.4和201210222437.0的专利中有所提及和推导。这两项专利分别是把基于高压输电线路电场强度理论进行避障和进行高压输电线路电场强度变化率进行避障分别加以了说明和阐述，具体为：利用获取输电线路周围一定距离范围内的电磁场数值分布，进而将电场测量设备检测到的电场强度，再通过DSP数据处理模块把电场强度经过一系列的处理生成电场强度变化率数值，再与仿真结果对比，将此信号传递给飞控系统。在专利中利用电场强度变化率作为无人机避障的唯一参量，而且还通过仿真和理论仿真分析对比得出不同电压等级输电线路进行避障的参量限值，分别为：220KV输电线路电场强度变化率限值为29；500KV输电线路电场强度变化率限值为56；750KV输电线路电场强度变化率限值为77；1000KV输电线路电场强度变化率限值为81。当检测到电场强度变化率小于该限值时，通过飞控系统发出避障指令，强制无人机平台改变飞行方向，以避免无人机与输电线路发生碰撞，避免事故发生。

现有技术提出的这种避障策略把各个电压等级的输电线路都进行了仿真计算，再根据测量结果与仿真计算结果进行比较。这种计算方法就导致了各种电压等级都要分别进行仿真计算造成了工作量的增大和仿真计算的繁琐，不利于工程实际中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种只需根据导线排列方式进行分类避障的，而不用区分输电线路电压等级的基于电场强度变化率的高压同塔单回输电线路无人机巡检避障方法。