張鵬飛

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門 529000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和輸電線路線電壓等級的提升，在物體與導(dǎo)線安全距離不足時會高壓電擊穿空氣，出現(xiàn)隔空放電的情況，對輸電線路的日常運維以及周邊居民群眾的人身安全造成嚴(yán)重影響。

在此背景下，研制插件式無人機精確測量樹障裝置，研究將測量裝置搭載到常規(guī)作業(yè)無人機上，預(yù)防因線路下方凈空距離不足而發(fā)生的跳閘事故，為不同區(qū)域防樹障特巡周期的科學(xué)制定提供依據(jù)，也為輸電線路青賠工作提供具體的樹障距離依據(jù)。

1 運行原理

研制一套插件式無人機精確測距裝置，通過在常規(guī)的作業(yè)無人機上搭載激光測距模塊，準(zhǔn)確測量導(dǎo)線跳線弧垂的對地水平和垂直距離。

1.1 測量轉(zhuǎn)角較大的耐張塔導(dǎo)線跳線弧垂

對于轉(zhuǎn)角耐張塔橫擔(dān)嘴和導(dǎo)線跳線弧垂不在同一垂直面，無人機可以在通過水平和垂直向下兩個方向的距離測量實現(xiàn)導(dǎo)線跳線弧垂對橫擔(dān)嘴（對地）凈空距離的準(zhǔn)確測量，圖1 中黑色方塊是搭載了插件式精確測距裝置的無人機（下文簡稱為“無人機”），調(diào)整無人機攝像頭橫向0°對準(zhǔn)橫擔(dān)嘴，使水平方向的測距激光對準(zhǔn)橫擔(dān)嘴，調(diào)整無人機攝像頭橫向90°向下對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧，使垂直方向的測距激光對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧垂正上方。調(diào)整好無人機位置后，使用水平方向測距測出無人機距離橫擔(dān)嘴的距離d，使用垂直方向測距測出無人機距離導(dǎo)線跳線弧垂的距離h，運用勾股定理計算此導(dǎo)線跳線弧垂對地距離為

圖1 轉(zhuǎn)角較大的耐張塔

1.2 測量轉(zhuǎn)角較小的耐張塔導(dǎo)線跳線弧垂

對于轉(zhuǎn)角較小的耐張塔，由于橫擔(dān)嘴與導(dǎo)線跳線弧垂的水平距離特別小，小于無人機能夠貼近橫擔(dān)嘴的最小距離，此時需要通過水平、垂直距離差來測量計算（圖2）。首先調(diào)整無人機攝像頭橫向0°對準(zhǔn)橫擔(dān)嘴，使水平方向的測距激光對準(zhǔn)橫擔(dān)嘴，測量無人機對地面的垂直距離h1和無人機水平方向?qū)M擔(dān)嘴的垂直距離d1。然后降低無人機飛行高度，調(diào)整攝像頭橫向0°對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧垂，使水平方向的測距激光對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧垂，測量無人機對地面的垂直距離h2和無人機水平方向?qū)?dǎo)線跳線弧垂的垂直距離d2，運用勾股定理計算導(dǎo)線跳線弧垂對地距離為

圖2 耐張塔導(dǎo)線跳線弧垂測量原理

1.3 測量導(dǎo)線跳線弧垂對塔身的距離

對于測量導(dǎo)線跳線弧垂對塔身的工況，需要測量導(dǎo)線跳線弧垂距離同垂直平面點塔身的距離（圖3）?？刂茻o人機飛到導(dǎo)線跳線弧垂和塔身之間，調(diào)整無人機攝像頭橫向0°對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧垂，使水平方向的測距激光對準(zhǔn)導(dǎo)線跳線弧垂，測量無人機對導(dǎo)線跳線弧垂的垂直距離d1；控制無人機旋轉(zhuǎn)180°，使無人機正對塔身，測量無人機對與導(dǎo)線跳線弧垂同垂直平面點塔身的垂直距離d2，導(dǎo)線跳線弧垂距離同垂直平面點塔身的距離為d1+d2。

圖3 線跳線弧垂對塔身的距離測量原理

2 插件式無人機測量裝置的研制

2.1 無人機插件固定夾具

插件式無人機測量裝置以感光元件為核心，將該插件式傳感器搭載在無人機上。以3D 打印技術(shù)為支撐，設(shè)計插件式傳感器無人機插件固定夾具，使前、后光路不受無人機本體的遮擋，且能夠穩(wěn)固地固定于無人機機身上。插件式無人機測量裝置以大疆精靈4 型無人機的機身為基礎(chǔ)展開設(shè)計，在無人機機身的正前方及兩側(cè)安裝夾具與傳感器模塊，最大程度地減少對無人機飛行姿態(tài)的影響。

2.2 測距傳感器

測距傳感器所能測量的距離上限受基線、相機焦距和視差的影響，與基線和焦距成正比，與視差成反比，要設(shè)計一臺測距上限高的雙目測距儀，需要選擇焦距較長、分辨率較高的相機，并設(shè)置較長的基線。

2.3 機載發(fā)射機

機載發(fā)射機負(fù)責(zé)讀取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到手持式接收機。發(fā)射機采用高性能處理器，通過標(biāo)準(zhǔn)接口與傳感器進(jìn)行通信，并通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將傳感器的測量數(shù)據(jù)通過數(shù)傳模塊發(fā)送到手持式接收機。

2.4 手持式接收機

手持式接收機負(fù)責(zé)接收發(fā)射機傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)信息，并在顯示屏上顯示出來。接收機由無線數(shù)傳模塊、電池電源模塊、顯示器模塊組成。

3 實驗驗證

為驗證插件式無人機測量裝置的可靠性、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性，以及對于多種場景的適應(yīng)能力。本文對插件式無人機測試裝置進(jìn)行了應(yīng)用場景適應(yīng)性、測量準(zhǔn)確率等指標(biāo)的測試，測量方法為：首先進(jìn)行水平方向的測距，控制無人機飛到樹木的正上方，向輸電線路投射激光測距，測量沿線樹木距離線路導(dǎo)線的水平距離。然后進(jìn)行垂直方向的測距，控制無人機飛到線路同一高度的位置，向下方樹木投射激光測距，測量沿線樹木距離線路導(dǎo)線的垂直距離。通過兩個方向的距離測量實現(xiàn)輸電線路對地或?qū)€底樹障、外破點凈空距離的準(zhǔn)確測量，降低工作難度，提高距離測量的準(zhǔn)確性。

模擬某220 kV 線路的重點樹障隱患區(qū)段，分別布置3 處測試點，通過兩個方向的距離測量實現(xiàn)輸電線路對地或?qū)€底樹障、外破點凈空距離的準(zhǔn)確測量。針對不同測試點的測試數(shù)據(jù)見表1，可以看出計算高度均略高于測量值，同時隨著高度的增加誤差會隨之增大，但最達(dá)相對誤差不超過3%，證明測量整體在可允許范圍內(nèi)，驗證了本裝置可以準(zhǔn)確測量導(dǎo)線跳線弧垂對樹木的距離。

表1 測量高度與誤差

測試數(shù)據(jù)說明，插件式無人機精確測量樹障裝置可以應(yīng)用于實際的輸電線路運維中。一方面激光測距裝置可以減少常規(guī)作業(yè)無人機在防樹障特巡飛行中的炸機風(fēng)險，另一方面也可以準(zhǔn)確地測量出樹障對線路的水平和垂直距離。通過在多塔型、多場景的應(yīng)用驗證，進(jìn)一步驗證了本裝置的可行性和可靠性。

4 結(jié)束語

通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，驗證了本文設(shè)計的插件式無人機測量裝置具備低功耗、無線傳輸、精確測量等關(guān)鍵能力，能準(zhǔn)確地測量輸電線路弧垂對地或?qū)€底物體的凈空距離，降低防樹障特巡中無人機測量樹障對線路的水平和垂直距離的飛行難度，和弧垂對地距離的測量難度，實現(xiàn)無人機激光測距，可以準(zhǔn)確測量出樹障對線路的水平和垂直距離。