□ 中國民用航空飛行學院飛行技術學院 肖艷平 潘建 黃波/文

直升機自誕生以來以其獨特的飛行能力和氣動特性受到軍民航各領域的熱愛，比如低空復雜環(huán)境飛行、垂直起降和空中懸停等。然而，正是由于直升機具備其他飛行器所不具有的特點，經(jīng)常需要在低空復雜環(huán)境中完成一些特殊的任務，給飛行安全帶來極大的挑戰(zhàn)。在低空復雜環(huán)境中障礙物包括山丘、樹木、電線桿、高壓線以及樓房等，高壓線因其體積小，復雜環(huán)境下難以被肉眼識別等被視為對直升機飛行安全影響的首要因素。直升機由于撞擊高壓電纜線損失的數(shù)量已經(jīng)超過在戰(zhàn)場上損失的數(shù)量。根據(jù)相關機構統(tǒng)計，在1000小時的飛行時間里，直升機事故發(fā)生次數(shù)大約為10次，事故率遠高于固定翼飛機。其中，由于直升機低空復雜環(huán)境飛行與障礙物相撞占事故比重的35%。2015年，直升機在全世界的事故次數(shù)為507次，引起死亡人數(shù)464人。在中國，通航委對外宣稱，2015年1月到7月，直升機事故就有6起，其中3起事故是與高壓線有關。因此，直升機的高壓線防撞處理研究是非常有意義的。

直升機防撞方法

最初，美國軍方提出使用夜視鏡、圖像增強儀作為直升機高壓電纜線防撞的一種手段，但是由于受到天氣狀況（降雨、沙塵暴、煙霧等）、作用距離等因素的限制，不能提供較長的預警時間，很快便被淘汰了。電纜切割器（WSPS）是早期作為直升機防撞高壓電纜線的有效手段，極大地降低了直升機與電纜線碰撞后發(fā)生損壞的風險。但是WSPS只能作為應急時期的被動措施，并不能從根本上避免直升機與高壓線的相撞問題。如若要起到切割作用，直升機的飛行速度必須大于30節(jié)，并且需要以大于60°的角度撞線，否則可能無法切割高壓線。

隨著直升機防撞設備不斷更新，1980年電磁場探測器的構想被提出，這種利用電磁場的強度和方向來提取距離和方向信息的儀器，質(zhì)量輕、造價低，但若高壓電纜線并未在電力輸送期間，電磁場探測器的作用微乎其微，所以它的適用范圍被極大的限制了。直升機高壓線防撞設備還有飛行報警系統(tǒng)（FLARM），它是以全球定位系統(tǒng)為基礎的現(xiàn)有機載系統(tǒng)，它會對所存儲的區(qū)域內(nèi)的障礙物（比如：高壓線、天線等）進行比較，能夠?qū)o止的障礙物提供聽覺和視覺報警。

近年來，陳國君、安妮等人提出了基于紅外技術的機載高壓電纜線防撞線裝置，設計了一種機載高壓線躲避障礙物算法，利用紅外成像技術結(jié)合數(shù)字圖像技術，實現(xiàn)對高壓電纜線的提取與識別，從而能有效地避免直升機撞擊高壓電纜線?？傊?，直升機載防撞方法的發(fā)展呈多元化發(fā)展趨勢，給直升機避免撞擊高壓線帶來越來越多的幫助。

直升機機載防撞雷達

高壓線有很多種探測方法，目前直升機上高壓線探測設備主要是激光防撞雷達與毫米波防撞雷達。激光防撞雷達精度高、顯示畫面直觀、探測能力強，但是技術風險大、成本高、在白天工作時其系統(tǒng)性能會被太陽射線干擾，并且不能穿透煙霧和沙塵。毫米波防撞雷達全天候能力強、掃描視場大、抗地波能力強并且能在煙霧、沙塵和雨雪等狀況下工作，對高壓線能有效地實現(xiàn)高掃描率和高分辨率，但相較激光防撞雷達，其角分辨率和探測能力等優(yōu)勢不明顯。

（一）激光防撞雷達

機載激光雷達結(jié)合了高精度動態(tài)DGPS技術、姿態(tài)測量技術與激光測距技術等，能夠獲得精確的物體三維坐標和高分辨率的數(shù)字地理模型。相關研究表明，直升機載激光雷達探測高壓線時主要為以下兩點關鍵技術：一是需要準確地識別與模擬出高壓線；二是能夠高效地處理大量數(shù)據(jù)。

從機載設備方面，為了準確地識別出高壓線，安妮針對高壓線的特點，在基于局部自適應閾值分割算法的條件下，采用數(shù)字圖像處理技術與灰度圖像特性，降低了圖像處理難度。但是，識別高壓線不僅僅要求機載設備卓越的性能，對于飛行員的識別能力同樣具有相當高的要求。在直升機進行爬升或者轉(zhuǎn)彎時，在激光雷達探視場內(nèi)引入相應的俯仰角與側(cè)滾角時，飛行員對翻轉(zhuǎn)變形的探測圖像難以快速讀取。對此，張清源、李麗等人設計出一種激光雷達綜合信息處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)改進了人機界面，有效地修正了機動條件下探測的數(shù)據(jù)、快速提取出高細微目標，解決了飛行員難以高效地解讀探測信息的難題。

激光雷達在發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)進行傳輸數(shù)據(jù)與信息處理過程中會產(chǎn)生大量的干擾信息，容易產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)，對激光雷達識別能力有一定影響，但是對其數(shù)據(jù)進行預處理后能大大優(yōu)化。于是對于高壓線識別的過程中，湯春俊、許劍等人設計出一種激光防撞雷達對高壓線交跨距離的自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)對掃描頻率進行了優(yōu)化，同時采用了數(shù)據(jù)預處理的方法。對該系統(tǒng)驗證表明，該系統(tǒng)的實時性、準確性均符合相關設計要求。同時，激光防撞雷達的每一幅障礙物圖像的數(shù)據(jù)量也十分巨大，并且校正處理的算法較復雜。于是王蔚然、潘曉強等人提出了縮略修正法，解決了實時獲取目標信息與修正運算之間的矛盾。

（二）毫米波防撞雷達

毫米波防撞雷達的關鍵技術主要集中在對于高壓線的檢測與識別，其中最為重要的是研究高壓線電磁散性。然而，大多數(shù)研究會把高壓線近似等于同型號圓柱體，但是張瑞、魏璽章等人根據(jù)毫米波段高壓線的R C S分析了電磁散性，確定該理論不適用于毫米波雷達，因為丟失了大量有效信息，影響了毫米波雷達監(jiān)測與識別的性能。同時，在對高壓線的電磁散射特征理論分析的基礎上，葛貴勛利用了脈沖積累技術提高了高壓線回波的信噪比，設計并實現(xiàn)了基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的機載毫米波雷達信號處理系統(tǒng)。

衛(wèi)青春、楊曉亮等人對高壓線分別以靜態(tài)與動態(tài)的處理方法進行了研究。靜態(tài)檢測試驗表明，高壓電纜線的布喇咯散射效應和其輸電鐵塔的強回波特征，是檢測高壓線存在的重要信號，能夠作為檢測高壓線的依據(jù)；同時，在動態(tài)檢測試驗中，通過有效探測布喇咯散射回波峰和輸電鐵塔的強回波，經(jīng)過增強目標散射中心、坐標變換運動補償、多幀積累和霍夫變換提取直線，進而檢測到高壓線。但是，由于布喇咯效應作用距離短，雷達照射角度有限，張明、唐堯等人提出用計算機視覺處理方法處理對高壓鐵塔識別以及高壓線的走向，并且根據(jù)馬爾科夫隨機場的領域處理解決了在地面雜波干擾情況下提取高壓線的難題。

障礙物標識

對直升機低空作業(yè)的障礙物（高壓線）進行標識，也有利于提高直升機低空飛行的安全水平。對于超過地面200 f t的任何物體（包括其附屬零件），不論是臨時還是永久構建物，都應進行標識。在對障礙物標識中，球形標志主要用于提示飛行員架空地線與飛機的相對位置，避免發(fā)生飛機撞線事故。國家能源局對直升機電力巡視作業(yè)規(guī)定球形標志的直徑應不小于40 c m，顏色要求為紅色。球形標志應安裝在地線上，且兩根地線都要安裝，間隔為120～150 m。這樣，在飛行員低空目視飛行時，有利于直接觀察到高壓線，對直升機避免撞擊高壓線有一定作用。

建議

直升機超低空作業(yè)時需要在不同的能見度下進行近地飛行，因此無法完全消除由于線纜及其他障礙物而帶來的危害。但是隨著機載設備以及其他各方面的不斷改進，可大大減少直升機與高壓線撞擊事故概率。對此，本文提出以下3點建議，以盡可能避免出現(xiàn)直升機撞擊高壓線的事故。

1.選裝機載設備：隨著直升機機載防撞設備的不斷進步，可選裝兩種及其以上的設備（比如裝置毫米波雷達與電纜切割器），進而可以從主動探測與被動處理兩個方面更加有效地解決撞擊高壓線的問題。

2.加強飛行管理：對于直升機低空復雜環(huán)境飛行時，一定要嚴格按照批準的飛行計劃執(zhí)行，操作程序應嚴格遵守相關的法規(guī)和政策。

3.低空目視航圖：目前我國低空目視航圖處于起步階段，但是隨著低空空域的不斷開放，低空目視航圖將會是直升機低空飛行安全的重要保障。所以，加快我國低空目視航圖的發(fā)展將是一個可行的方案。