[发明专利]一种无人机避撞架空交流电力线路的预警装置

说明书

本发明请求保护一种无人机避撞架空交流电力线路的预警装置，包括：无人机机载动态电场测量装置，内含电场测量传感器、信号处理单元、微处理器和信号传输单元；无人机飞行控制模块，用于向电场测量装置提供飞行信息、接收预警信息；电源模块，用于向测量预警系统供电；存在电力线路判断模块，用于判断无人机周围是否存在电力线路；靠近电力线路判断模块，用于判断无人机是否正在逐步靠近电力线路；危险区判断预警模块，用于分级评估无人机与电力线路的距离的危险性。本发明通过机载动态电场测量和实时判断，使无人机能够智能、快速、准确地识别正在靠近架空交流电力线路从而及时发出预警信息。

技术领域

本发明属于无人机应用领域，尤其涉及无人机避撞架空交流电力线路的预警装置。

背景技术

当前中小型民用无人机发展迅猛，尤其是多旋翼无人机，具有体积小、重量轻、操作简单等优势，在电力巡检、航拍、农业、植保、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘等专业领域得到广泛应用。与此同时，消费级无人机市场也在迅速扩张，越来越多的普通人也开始走进无人机世界。

随着无人机应用的增加，无人机飞行安全问题日益突出。近年来，关于无人机碰撞架空电力线路引发事故的报道屡有出现，轻者无人机损坏、重则导致线路跳闸电力供应中断。

尽管现在已有一些无人机避障措施，但是电力线路为细线状，且空间走向多变，常规的无人机视觉、微波、红外等技术难以准确识别。采用现有技术大幅增加成本以提高识别精度，只能满足部分特殊用途无人机的需求，并且识别算法的复杂度增加，会延长识别所需的时间。因此急需一种新方法，能使无人机智能、快速、准确地能够识别架空电力线路从而及时避让；同时还要考虑有效控制成本，满足各类用途无人机避撞架空电力线路的需求。

已有研究表明，带电运行的交流输电线路会在其周围空间产生工频电场，电场强度与运行电压等级、测量点和线路的距离有关，可将电场信息作为靠近带电设备的指示信息。目前已有科技论文或专利提出基于电场测量进行无人机巡线避障，但其应用仅限于电力部门专用的巡线无人机，这是因为：

1)用于避障的评估算法需要预先知道线路电压等级、线路布置结构、无人机靠近电力线路时的飞行航线等，根据上述条件仿真计算得到邻近电力线路的空间电场分布并分析其特征，然后与测量所得电场强度数值或者相应的变化参数进行比较，从而判断是否发出防撞预警；

2)所采用的电场测量传感器多为面板型结构，测量时往往要求传感器面板与电力线路平行或垂直。

这些要求导致其应用针对性太强，不适用于非电力巡线无人机。因为用于航拍、航测、运输等的无人机在远距离飞行过程中，不可能预先知晓所靠近的电力线路的具体信息，以及无人机飞行航线与线路的结构关系，目前也没有配备适合于动态实时电场测量的装置。

针对各类用途的无人机提出一种具有通用性的评测方法及其配套的电场测量装置，使其在接近架空交流电力线路的过程中获得渐进式预警信号，从而避免撞击事故发生。

为实现本专利目标，需要解决以下几个技术难点：

(1)在无法预知无人机以何种方式靠近何种电压等级和结构类型电力线路的条件下，需要提出一种具有通用性的评测方法、制定一套合理的判据，在无人机与电力线路的距离已进入危险区时启动预警。

(2)提出与避障判断策略相契合的电场测量和数据存储方案。

(3)研制一套无人机机载动态工频电场测量的装置，要求装置的尺寸及重量要在无人机搭载限制范围内，且电场测量的准确性与稳定性不受无人机飞行方向与速度的影响。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种无人机避撞架空交流电力线路的预警装置，可使无人机智能、快速、准确地识别逐渐靠近的架空交流电力线路从而及时预警避让信号。本发明的技术方案如下：