适用于高海拔地区输电线路巡检的无人机测试分析

罗志勇，熊勇良，叶涛，李华春，陈宁

（广州优飞信息科技有限公司，广东 广州 510000）

随着我国电网规模的扩张、线路的延长，无疑加重了巡检工作量，低海拔地区已大量使用无人机巡检，有效提高巡检质量与巡检率。我国的地形极为复杂，且山区与丘陵较多，为更好地维护与巡检输电线路，工作人员需在高海拔地区实行无人机试验，改善其工作现状与巡检手段。

1 高海拔地区的环境因素对无人机的影响

无人机系统主要由无人机本体、遥控遥测、地面控制站与飞控导航组成，当其在高海拔区域，由于气压与含氧量双双降低，其动力系统的能量也会相应减少。同时，相较低海拔区域，高海拔地区的空气极为稀薄，会急速降低螺旋桨的推力，因此，在该区域会减少无人机的升力，在载重力也下降的情况下，会影响其正常飞行。

针对高海拔地区的环境因素，该区域常出现风沙、微气候与低温等情形，且存有高辐射。无人机的导航系统大多应用卡尔曼算法，深度融合其内部的多种传感器数据，如气压高度计、GPS、地磁传感器与IMU等。若天气恶劣，则会对诸多传感器造成较坏影响。比如，低温会影响无人机系统中的机载航天与动力系统；微气候可破坏无人机中的气动；传动系统与发动机与风沙的关联较大；高辐射会严重破坏航向计与GPS，因此，环境因素对无人机系统的正常运行影响较大。

2 输电线路巡检在高海拔地区的无人机试验的具体分析

2.1 测试方法

为完善高海拔地区输电线路巡检的无人机测试，工作人员需找到合适的测试方法，基于固定翼无人机的基本属性，即航时长、飞行速度较快等，当输电线路出现安全隐患或故障时，可及时、快速地巡检，可广泛应用在灾后普查与快速巡检中。为适应当前的直升机加工要求与设计技术，部门管理人员应设置科学的无人机巡检系统，针对其系统内部的重要参数，如飞行海拔、起飞海拔、载重能力及续航时间等进行测试。

具体来说，针对飞行海拔的测试，在试飞前工作人员需开展大量的准备工作，无人机的载荷应达到相应标准，在起飞时应处在满油状态，在飞机起飞后，应将其姿态、低速、空速、爬上率与发动机转速等飞行参数及时记录下来，并扩大测试范围，比如，可在3000、3800、4700米以上测试，使数据信息更完善，但在测试过程中，若在某一高度出现参数不规律或异常现象，则无须再测试更高海拔的区域，而起飞海拔测试的过程与飞行测试的方法相同，若其飞行状态属于正常，则代表其发动机的性能稳定。

在开展载重能力测试时，当其飞行状态属正常时，可适当增加飞机负荷，如5kg，若其仍能正常飞行，则需再次加重飞机载重量，直到其参数达到极限或飞行状态不稳时才停止加重，并在不同的海拔区域进行相应测试，记录相关参数。而关于续航时间的测试，飞机在起飞后需依照之前的路线设计进行飞行，在飞行过程中无须补充燃料，当其油量出现不足时才可添加，并记录整个飞行时间，再开展海拔测试，得出相应数据信息。在对系统参数进行准确测试后，才能开展无人机巡检试验。

2.2 地点与机型的选择

在测试地点的选择上，工作人员需依照高海拔区域的不同地形状况，开展对应性测试，而测试方法也应与实际情况相结合，较为适宜的飞机场所与飞机起降点为可可西里、青海西大滩、青海拉鸡山、日月山、青海金银滩及甘肃乌鞘岭等，其海拔高度对应为4800、4503、3820、3354、3090及2836m，在此地进行无人机的飞行或巡检测试能有效保证参数质量与飞行水平。

图1 三旋翼无人直升机

而对于无人机类型的选择，工作人员需查阅相关资料并进行研究后，找到适宜试验的无人机。为使高海拔地区的测试结果更加综合与全面，对无人机的起降方式、气动结构与动力参数进行合理设置，当前，有6种机型最适宜当作测试机，其分别为单旋翼无人直升机、六旋翼电动无人机、三旋翼无人直升机，如图1所示、天鹰固定翼无人机、V尾固定翼无人机及ASN-216型无人机。借助6种不同类型的无人机开展输电线路的巡检测试，对高海拔区域实行了分部检测，比如，工作人员设置了多个海拔地点，如2500、3400及4500m等，针对飞机性能的优劣与其成功率应进行及时记录与总结，从而使飞行测试的结果更加准确。

具体来讲，对于二旋翼无人机，应用该机型的优势在于在高原中其拥有较强的适应性，在海拔较高的区域也能完成飞行任务，各项测试任务的完成度较高，且抗风能力较强，最高可抗6级风，但其缺陷在于续航与电池动力的持续时间不长。而六旋翼无人机的优点在其飞行的稳定性较强，若进行短距离、短时间的故障观察极为合适，但其缺点为抗风能力不强，当风力在4级以上时，无法保证飞行稳定。六旋翼与二旋翼无人机的动力源均为电池，固定翼1600型无人机的动力源也来自电池，工作人员若想时常开展线路巡视，则可采用此类型的无人机，其原因是其飞行速度较慢，固定翼1600型无人机的不足与六旋翼无人机相同，均为抗风力较弱。

2.3 试验效果

在高海拔地区进行无人机测试的过程中，工作人员采用了固定翼无人机与无人直升机，针对其内部参数进行了专业化的测试与研究，其参数主要包括无人机的抗风能力、具体的飞行海拔高度、续航时间与带载能力等，测试的机型主要有8种，对于其各项性能与优缺点都实行了详细的记录。由于此次测试是在不同检测要求、不同风力与不同海拔下进行，其测试出的数据信息更精准。比如，在对智能鸟天鹰1600型无人机进行测试的过程中，其主要动力源为电池，由于其适应性较强，在多个高度都试飞成功，因而其飞行性能较好，但其抗风能力弱，其对风力的要求与起飞局限性较大，在应用此无人机时需谨慎。

2.4 改善飞控系统

部门管理人员需及时设置飞行平台，并对其进行实时优化，该平台需符合电力巡检的整体需求，再结合当前我国无人机系统的实际情况，不断改善飞控系统，使飞行控制更为精准，通过分析与研究，使无人机更适应高海拔区域的环境，其应用范围也得到相应扩大。一方面，工作人员可进行静态模拟试验，借助输电线路或相应实验室等场所，在该区域内充分模拟扬沙或大风等高海拔地区的不利环境，对无人机试验平台进行实时监测，改善无人机飞行的适应力。另一方面，管理人员也需改进检测方法，在合理设置无人机系统平台以后，可借助紫外、红外及可见光等检测设备调整输电线路内部的局部放电、热缺陷与物理缺陷等，提升其检测功能。与此同时，工作人员还需升级吊舱检测系统，利用对应的拍照功能对特定区域实现全覆盖。

为增强设备的检测与自动跟踪功能，还需对输电线路进行系统性研究，改善杆塔识别技术。在完成无人机检测平台的系统优化后，其检测水平可获得切实提升，无人机巡检也可适时应用到高海拔地区，提升了输电线路整体的检测水平与质量。

3 结语

综上所述，在高海拔区域进行无人机检测的过程中，由于该区域的海拔高度与多种不良的环境因素，导致该区域的无人机应用较少。技术人员在设置了科学化的无人机检测平台后，其检测水平得到较大改善，在保证其各项参数的准确性后，经专业测试，无人机可广泛应用在高海拔地区的输电线路检测中。