[发明专利]基于多旋翼无人飞行器的输电线路巡检系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多旋翼无人飞行器的输电线路巡检系统，属于电力、航空、控制等多技术交叉领域。本发明的提出与应用，为输电线路的中短途巡视与检测提供了一种高可靠、低风险、高效率、低成本的智能化技术手段，适应了国家智能电网技术的发展需求。

背景技术

输电线路具有分布广，覆盖面大，所处地形复杂，自然环境恶劣的特点。由于电力导线、地线、杆塔及其附件长期暴露在野外，会受到持续的机械张力、各种天气现象（风吹日晒、雨雪冰霜、雷击闪络等）、材料老化、动物或人为破坏的影响，产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、受力等损伤。特别是绝缘子被雷击损坏，树木生长引起导线放电，杆塔材料被偷窃等意外事件，时有发生。若不及时采取有效的维护措施，这些隐患将最终导致输电线路重大安全事故。因此，必须对输电线路及其附属设备进行定期或应急的巡视检查，以有效掌握线路运行状态及周围环境的变化，及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患并开展维护，确保电力系统运行的安全、稳定与可靠。

传统的输电线路巡检基本依赖于人工登塔和地面望远镜观察，存在着工作量大、条件艰苦、可靠性（所采集信息的准确性和完整性）不高、巡检效率低、巡检人员安全保护等方面的不足。特别对于山区和跨越大江大河的输电线路，以及恶劣条件（冰灾、水灾、地震、滑坡等）和夜晚环境，巡检工作的劳动强度和任务难度大、花费时间长、人力成本高。基于以上情况和越来越高的输电可靠性要求，采用航空飞行器平台的输电线路巡检技术正逐步应用于工程实践，并越来越显示出优越性。其中，有人驾驶飞行器平台以轻型有人直升机为主，无人驾驶飞行器平台以轻型的固定翼无人机、无人直升机和无人飞艇为主。

近年来，国内外开展了多项基于有人驾驶直升机的输电线路巡检技术研究，取得了大量成果。但有人驾驶直升机的应用，存在着飞行约束条件多、任务设备集成复杂、运营成本高、输电线路环境和运行人员承受的安全风险大、依赖于人工观察引导、巡检人员劳动强度大等不足，因而实用化和普及化难度很大。

在无人驾驶飞行器平台方面，固定翼无人机由于飞行速度快、飞行相对高度高、无法悬停凝视，因而巡检可靠性低，难以得到广泛应用。

申请号为200910017047.8的“巡检架空线路线和杆塔用无人直升机系统及其方法”发明专利及《山东电力技术》2010年第1期发表的“利用无人直升机巡检输电线路”论文，采用无人直升机携带检测设备、控制设备和通信设备，沿着架空线路走廊巡检线路和杆塔。此类无人直升机，其固有稳定性往往不足，人工操控的专业性要求高；为满足有效载荷和抗风性能，必须具有相当的尺度和质量，因而高速旋转的旋翼对输电设备、周围环境和地面人员潜在危害性很大，运行风险高，综合应用推广的潜力有限。

申请号为200410098960.2的“电力线路巡检机器人飞机及其控制系统”发明，提出一种应用于输电线路巡检的机器人飞机。该申请采用共轴双螺旋桨结构并由燃油发动机驱动，机械传动与操纵机构较为复杂，未涉及针对油机振动大而采取的减震防抖与图像降噪措施。

申请号为200810224172.1的“一种用于检测输电线路绝缘子的飞行机器人”发明专利，专门用于输电线路绝缘子的检测，未涉及输电线路的导线、金具等其它部件。所述的飞行机器人定位于三轴或四轴飞行器，所采用的超声波避碰系统只适用于回避具有较大反射面积的障碍物（如墙体），因而对架空导线的避碰作用十分有限。这种四旋翼飞行器有别于传统直升机，多以电能为动力，具有稳定性好、机动性强、可悬停凝视、操控简单、潜在危害性小、运行风险低等特点，应用潜力良好。为此在工程实践方面，湖南省电力公司于2010年开展了“四旋翼无人机解决覆冰监测难题”的研究；同年江西省电力公司测试了多种输电线路巡查无人机；航天科工深圳有限公司推出了四旋翼等无人机巡检系统。

综合起来可以看到，近年来的基于航空飞行器的电力巡检研究，技术细节少有公开，普遍存在着系统复杂度高、操控专业性强、巡检效率低、运行成本和风险高、智能化水平低等不足（四旋翼无人机相对较好）；特别是飞行器自身可靠性和线路安全防碰撞防护方面，缺少切实有效的手段。

发明内容

本发明的目的是，提出一种适用于输电线路中短途巡查与检测，可对各种隐性或潜在的缺陷实施多角度、全方位、快速而准确的实时观测和检查，乃至自动识别缺陷并诊断故障，具有线路防碰撞预警功能的低成本、高可靠、低风险、高效率的输电线路巡检系统，以弥补现有方案的不足。特别是该系统所采用的无人飞行器平台，应具有结构简单、飞行稳定、安全性高、易于操控、可自主悬停和自主飞行、便于运输等特点。