[发明专利]一种基于无人机的高铁接触网自动巡检方法

说明书

本发明公开了一种用无人机的高铁接触网自动巡检方法，通过安装在无人机上的电磁场传感器来检测接触网周围的交变电磁场强度，判断无人机和接触网的相对位置，判断附近有没有高速列车，进而调整无人机的飞行路线和姿态，当检测到附近有高速列车时，无人机上升并悬停。本申请解决了现有技术无法满足高铁接触网自动巡检的需求，在巡检接触网时自动航行，而且减少了强电磁干扰和气流对无人机的影响，减少了坠机事故。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种采用无人机的高铁接触网自动巡检方法。

背景技术

高速铁路接触网(以下简称“高铁接触网”或“接触网”)，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线路，高铁列车运行所依赖的电流就是通过机车上端的接触网来输送的。接触网所采用的工作电压为25KV，频率50Hz或60Hz的单相交流电，在实际使用中，电压可达到27.5KV，由于传输交流电所以接触网附近有变化的电磁场。在高铁的整个系统中，接触网是最容易出现问题的环节，也是影响高速电气化铁路安全运行的三大关键环节之一。因为接触网采用的是柔性的导体材料，容易损坏，而且在恶劣的气候条件下，接触网可能会受到表面覆冰和雷击等的影响，随风飘扬的塑料袋等异物也有可能缠绕在接触网上，以上情况都有可能使整个接触网输电线路发生故障，影响高速铁路的运行。因此，如何高效地对接触网进行巡检，保障高速列车可靠、安全运行成为了该领域有待解决的重要问题。

无人驾驶飞机(以下简称“无人机”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。在国防、警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等领域，无人机都有着广泛的用途。在电力领域对电力输送网线进行巡检所使用的无人机被称为电力巡检无人机。

目前的电力巡检无人机常常需要操作者通过无线电遥控设备来控制无人机沿输电线路飞行并对电力输电线路进行巡检，为了避免撞击到输电线路，操作人员不能远离无人机和输电线路。而高铁接触网通常长度大，通过山地、河流、沼泽、隧道等复杂的地形，考虑到高速铁路安全，巡检人员不宜在高铁线路上行走，不宜长时间靠近高铁轨道，如果不借助于高铁线路，操作人员要通过河流、山地、沼泽等复杂地形很困难。操作人员难以保证不远离接触网，操作者难以观察无人机与高铁接触网的距离，难以完成巡检任务，不能保证无人机不撞击接触网。

现有的部分高端的电力巡检无人机可以提前录入需要巡检的输电线路上的多个坐标，通过路径拟合算法，无人机可以按照这几个坐标所组成的线路进行巡检。但是这种方法适合于电磁场比较稳定的高压输电线路。在运动的高铁列车附近，电磁场不仅强度会迅速增加，而且还会产生多种频率的电磁波，甚至会产生更强的电磁干扰。在这些情况下，无人机的遥控信号和、或电路会受到干扰，从而可能导致无人机出现故障，甚至引发坠机事故，对高铁接触网造成不可预知的威胁。在高速列车经过时，强烈的气流会导致无人机失控，甚至撞向接触网或高铁列车。

为了避免上述问题，无人机要远离接触网，但是远离接触网就要使用拍摄距离较远的仪器，但这些能远距离清晰拍摄的仪器通常拍摄角度较小，无人机受到各种因素影响会晃动，导致拍摄的角度发生偏移，以至于无人机不能始终拍摄到接触网；即使已经拍摄到一些图像，但由于反映接触网状态的像素太少，不能有效识别接触网的状态。

名称为“一种电力巡线无人机辅助控制系统及控制方法”，申请号为201210069761.3的中国专利，公开了一种通过检测电场的强度值计算无人机与电力线的距离，无人机根据遥控器发送的控制命令和距离值控制无人机的飞行姿态和路径，防止电力巡线过程中无人机与电力线相撞的问题，但是这种方法在无人机对电力输电线进行巡检的过程中，仍然需要操作者通过人眼观察来控制无人机的飞行路线和方向，操作人员不能远离无人机，仍然要遥控信号，不能解决高铁列车经过时强气流和电磁干扰带来的无人机失控的问题。