一種無人直升機巡檢帶電輸電線路的三維電場差分避障方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無人直升機避障方法，特別是一種無人直升機巡檢帶電輸電線路 的三維電場差分避障方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國電網(wǎng)的高壓、超高壓和特高壓電網(wǎng)的建設規(guī)模逐步擴大，高壓輸電線路 的總距離也日益增大，輸電線路的巡檢對輸電的安全越來越重要，輸電線路設備保障電 網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，隨著電壓等級提高，線路桿塔高度越來越高，輸電線路的巡 檢作業(yè)需要快速高效地進行。目前巡線方法，比較先進的為采用無人直升機進行巡線， 目前的無人直升機巡線時，往往涉及到無人直升機避障，現(xiàn)有的無人直升機避障，如專利 "CN201210222437"一種用于無人機巡檢帶點導線的電場差分避障系統(tǒng)及方法"是通過檢測 無人機所處位置的電場強度的變化與仿真結(jié)果對比，進而進行對位置檢測和判斷。在檢測 過程中，專利"CN201210222437"利用輸電線路截面的兩個電場強度的差值的變化率，在無 人機在輸電線路飛行時候，要求無人機與輸電線路平行飛行，實際上可能會不在一個水平 線上，所以這種檢測方法所得的結(jié)果對無人機的飛行安全有局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)無人直升機對 輸電導線的三維空間避障，避免無人直升機巡檢帶電導線時，由于GPS導航誤差或飛行高 度不夠?qū)е聼o人直升機與輸電線路碰撞情況的發(fā)生，保障無人直升機及輸電線路的安全的 一種無人直升機巡檢帶電輸電線路的三維電場差分避障方法。
[0004] 一種無人直升機巡檢帶電輸電線路的三維電場差分避障方法，在無人直升機上安 裝有電場強度測量傳感器，DSP數(shù)據(jù)處理器，三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、信號處理單元，DSP數(shù)據(jù)處理器。DSP數(shù)據(jù)處理器輸出 端與無人機飛控系統(tǒng)連接，所述電場避障裝置整體要處在巡檢無人直升機機體正下方中央 位置和斜上方位置，底下兩路電場測量回路左右對稱安裝，其具體步驟為：
[0005] (1)作業(yè)無人直升機巡檢帶電導線時，機身應該保持水平方向，并沿著輸電線路飛 行；記三個電場測量傳感器的安裝間距分別為a、b、c，并輸入DSP數(shù)據(jù)處理器；電場測量傳 感器將所測電場強度數(shù)值信號處理后送入DSP數(shù)據(jù)處理器中；
[0006] (2)根據(jù)電場測量傳感器采集的電場強度數(shù)據(jù)，進行避障判斷；具體過程為：
[0007] a.仿真計算，對輸電導線建立電場計算模型，利用電場數(shù)值計算軟件Ansys進行 仿真計算，得到輸電線路一定距離的電場強度數(shù)值分布，其中，電場強度變化率kp k3的限 值分別為 4(220) = 43V/m2、k3 (220) = 160V/m2, 1^(500) = 63V/m2、k3 (500) = 371V/m2;
[0008] b.避障和高度調(diào)整判斷。DSP數(shù)據(jù)處理器的判斷算法如下：在某一時刻T，三個電 場測量傳感器測得數(shù)值經(jīng)處理轉(zhuǎn)化后分別記為叫、η 2、η3，輸入DSP數(shù)據(jù)處理器得出如下判 斷指令：
[0009] 輸出"安全"指令給飛控系統(tǒng)；
[0010] 輸出"安全"指令給飛控系統(tǒng)；
[0011] 輸出"橫向避障"指令；
[0012] 輸出"高度過低避障"指令；
[0013] c.避障和高度調(diào)整動作指令。DSP發(fā)出指令給飛行控制系統(tǒng)，指令為"安全"時， 繼續(xù)當前飛行任務；指令為"橫向避障"或"高度過低避障"時，先將無人直升機懸停，通過 判斷發(fā)出"反向飛行"或"提升高度避障"的指令。
[0014] 本發(fā)明的避障方法由電場測量傳感器將所測電場強度數(shù)值輸入到信號采集單元， 在傳輸給DSP數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)在處理器里進行一定的算法計算處理，生成的避障和高度 調(diào)整判斷指令輸入飛控系統(tǒng)，將安全、高度調(diào)整和避障指令發(fā)送給舵機控制器，控制無人直 升機的飛行狀態(tài)。同時，飛控系統(tǒng)機載控制計算機會將避障判斷的信息一同通過數(shù)傳電臺 進行與地面站之間的交互。
[0015] 綜上所述的，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)如下優(yōu)點：
[0016] 1)本發(fā)明設計了一種用于無人直升機巡檢帶電導線的三維電場差分避障方法，利 用該系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人直升機巡檢帶電導線時避障，保障無人直升機巡線的安全。
[0017] 2)無人直升機巡檢帶電導線的三維電場差分避障系統(tǒng)，屬于被動式測量，避免主 動式測量的一些缺點，例如能夠克服其他設備檢測方法的正確率低、設備體積、重量過大問 題。
[0018] 3)上述無人直升機巡檢帶電導線的三維電場測量避障方法，是測量輸電線路的工 頻電場，能采集到比較強的信號和數(shù)據(jù)，具有很好的抗干擾性能。以220kV、500kV電壓等級 的輸電導線為例，提供了用于對比判斷的仿真計算結(jié)果。
【附圖說明】
[0019] 圖1為無人直升機巡檢帶電導線的電場測量避障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程圖。
[0020] 圖2電場強度測量傳感器布置圖。
[0021] 圖3為220kV輸電導線水平方向空間電場變化率對應仿真關(guān)系圖。
[0022] 圖4為220kV輸電導線距邊相導線水平距離分別為30m處豎直方向空間電場變化 率。
[0023] 圖5為220kV鐵塔圖。
[0024] 圖6為500kV輸電導線水平方向空間電場變化率對應仿真關(guān)系圖。
[0025] 圖7為500kV輸電導線距邊相導線水平距離分別為30m處豎直方向空間電場變化 率；
[0026] 圖8為500kV鐵塔圖。
[0027] 圖1中，各部分原件分別為：1、電場測量傳感器，2、信號采集模塊，3、DSP數(shù)據(jù)處理 器，4、航控系統(tǒng)控制計算機，5、陀螺穩(wěn)定平臺，6、伺服控制組件，7、通訊組件，8、衛(wèi)星定位模 塊，9、舵機控制器，10、電場避障裝置。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細的描述。
[0029] 實施例1 :
[0030] 圖1中，它包括巡檢無人直升機，在無人直升機上設有電場避障裝置10,該裝置包 括DSP數(shù)據(jù)處理器3,三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1、信號采集模塊2和DSP數(shù)據(jù)處理器3，DSP數(shù)據(jù)處理器3輸出端與飛控系統(tǒng)4 連接。
[0031] 電場傳感器A和B裝設在無人直升機機體正下方左右對稱布置，電場傳感器C裝 在無人直升機測上方位置，A、B兩路電場測量回路左右對稱安裝。
[0032] 電場測量傳感器A、B、C分別將所測電場強度數(shù)值輸入信號采集模塊2,測到的電 場強度數(shù)值輸入到DSP數(shù)據(jù)處理器3 (三電場測量回路均如此），按照上述步驟b中所述算 法處理，生成的判斷結(jié)果輸入飛控系統(tǒng)控制計算機4,進而將避障和姿態(tài)調(diào)整指令發(fā)送給舵 機控制器9,調(diào)整無人直升機平臺的飛行狀態(tài)。同時，飛控系統(tǒng)計算機會將狀態(tài)信息，以及避 障判斷的信息同地面站交互。
[0033] 本發(fā)明高度調(diào)整和避障方法的步驟為：
[0034] 步驟一：安裝電場傳感器。無人直升機巡檢帶電導線時，電場避障裝置16整體包 含三部分A、B、C，其中A、B部分處在無人直升機機體正下方中央位置并左右對稱和C位于 無人直升機側(cè)上方位置，如圖1所示的三個電場測量傳感器1、三個信號采集處理2，采用上 述安裝方法的三維電場差分避障系統(tǒng)，無人直升機巡檢帶電導線時，機身需與輸電導線方 向基本平行（一般無人直升機巡檢帶電導線時均如此，這樣能夠保證三個電場強度數(shù)值差 值的有效）。記三電場