基于电场强度变化率的高压同塔双回输电线路无人机巡检避障方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无人机巡检避障方法，特别是一种基于电场强度变化率的高压同 塔双回输电线路无人机巡检避障方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国电网的飞速发展，高压输电线路电压等级越来越高，输电长度越来越长 且所经过的地形地貌也变得越来越复杂。无人飞行器具有不受地形环境限制的优势、费效 比高的优势，同时无需顾虑飞机意外坠毁导致的机上人员伤亡问题。因此为了提高电网巡 检的效率，同时为解决近年来灾害频发对电网安全的现实威胁，利用无人机进行高压电力 线路巡检已经成为一种迫切的需求，并且逐步会取代人工巡检，大大提高巡检效率。
[0003] 无人机巡检，很重要的一方面就是安全问题，为了便于输电线路故障分析诊断，无 人机巡检时要求拍摄高清晰度的线路和杆塔的照片，为此，巡检时要求无人机要尽可能的 靠近输电线路或杆塔，但是和输电线路或杆塔越近，必然存在另一方面的安全隐患；由于无 人机巡检时飞行速度一般能达到18~54Km/h，故一旦和线路或铁杆近距离接近，就很可能 撞击上线路或铁塔，从而引起大面积停电等电力事故。
[0004] 针对上述矛盾，为了尽可能的缩短无人机和输电线路或杆塔等的距离，同时保障 足够的安全性，无人机就必须有一套高灵敏度的避障系统，当无人机和巡线目标之间距离 超过安全距离时，及时发出信号，同时送给无人机中控系统，而且要求该安全距离要尽可能 小，W便拍摄的照片能更加清晰，方便工作人员的故障诊断。
[0005] 目前障碍规避系统通常有红外避碰、超声波避碰、激光避碰、雷达避碰、=维地图 GPRS避障和基于输电线路电磁场原理的避障几种。红外避碰的作用距离最短，在室外强 光下基本不能使用；超声波避碰的有效距离很难超过10米，且因为是挂在直升飞机上，旋 翼对空气的干扰使得应用更为困难；激光避碰距离可W达到200米W上，但由于是点反射， 导线的直径很小，即便采用高速扫描，也很难保证能够得到反射信号，因此实际探测距离大 打折扣；此外在暗物体上的反射要小很多，甚至没有反射，比如在植被上的反射就很小，也 影响探测距离；阳光也对激光产生严重干扰，在某些情况下根本就得不到反射光。雷达避 碰系统在国内外均有研究，主要是用于汽车的主动避碰，但是存在反射雷达波如何过滤， 如何识别避障目标的问题，且雷达避障设备存在体积较大，重量较重等问题，对于无人机来 说，由于空间和载荷都十分有限，故在无人机避障中应用存在很大的缺陷。基于=维地图的 GPRS避障则主要由于S维地图很难精确的合成，同时地面建筑等存在易变且变化随机和无 规律性等特点，不可能为此实时更新=维地图，同时=维地图要求的存储空间太大，读取很 慢等方面的原因，故S维地图GPRS避障策略也不适合无人机巡检避障。
[0006] 国内外目前高压输电线路周围电场强度的研究现状如下所述：
[0007] 目前，国内外对输电线路电磁场的研究主要侧重于输电线路下方距离地面6米高 度的电磁场强度W及障碍物周围的电磁场，主要研究进行高压作业的工作人员W及居住在 输电线路下方居民健康的影响。但是基于高压输电线路电场强度理论进行无人机巡线避 障目前该方面的研究还较少。通过文献检索，目前应用高压输电线路电场强度理论进行无 人机巡线避障策略的研究在专利申请号为201210222359. 4和201210222437. 0的专利中 有所提及和推导。该两项专利分别是把基于高压输电线路电场强度理论进行避障和进行 高压输电线路电场强度变化率进行避障分别加W了说明和阐述，具体为：利用获取输电线 路周围一定距离范围内的电磁场数值分布，进而将电场测量设备检测到的电场强度，再通 过DSP数据处理模块把电场强度经过一系列的处理生成电场强度变化率数值，再与仿真结 果对比，将此信号传递给飞控系统。在专利中利用电场强度变化率作为无人机避障的唯一 参量，而且还通过仿真和理论仿真分析对比得出不同电压等级输电线路进行避障的参量限 值，分别为；220KV输电线路电场强度变化率限值为29 ;500KV输电线路电场强度变化率限 值为56 ;750KV输电线路电场强度变化率限值为77 ;1000KV输电线路电场强度变化率限值 为81。当检测到电场强度变化率小于该限值时，通过飞控系统发出避障指令，强制无人机平 台改变飞行方向，W避免无人机与输电线路发生碰撞，避免事故发生。
[000引现有技术提出的该种避障策略把各个电压等级的输电线路都进行了仿真计算，再 根据测量结果与仿真计算结果进行比较。该种计算方法就导致了各种电压等级都要分别进 行仿真计算造成了工作量的增大和仿真计算的繁琐，不利于工程实际中的应用。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种只需根据导线排列方式 进行分类避障的，而不用区分输电线路电压等级的基于电场强度变化率的高压同塔单回 输电线路无人机巡检避障方法。
[0010] 基于电场强度变化率的高压同塔单回输电线路无人机巡检避障方法，提供一种基 于电场强度变化率的高压输电线路无人机巡检避障系统，它包括巡检无人机，在无人机上 设有电场避障装置，该装置包括DSP数据处理模块，依次连接的电场测量传感器、信号处理 单元和A/D转化单元，A/D转化单元与DSP数据处理模块输入端连接，DSP数据处理模块输 出端与机载飞控系统连接。
[0011] 所述机载飞控系统包括飞控系统机载控制计算机，它分别与数字罗盘、=轴巧螺 仪、S轴加速度计、卫星定位模块、气压高度计、转速测量传感器、PCM遥控接收机、驼机控制 器、数传电台，驼机控制器与伺服驼机连接，数传电台则与地面站通信。
[0012] 所述电场避障装置整体要处在巡检无人机机体正下方中央位置，其步骤为：
[0013] 步骤一：无人机巡检带电导线前，工作人员事先根据输电线路的排列情况，人为 选定该排列方式下的无人机避障策略，所述的无人机避障策略具体方式包括；（1)在同塔 双回同相序方式下的高压和特高压输电线路，当检测到无人机本体处的电场强度变化率大 于等于20V/m2时就应该发出避障指令；反之则说明无人机处于安全区域，无需发出避障指 令；（2)在同塔双回逆相序方式下的高压和特高压输电线路，当检测到无人机本体处的电 场强度变化率大于等于27. 3V/m2时就应该发出避障指令；反之则说明无人机处于安全区 域，无需发出避障指令；
[0014] 步骤二；巡检无人机巡检带电导线时，机身与输电线路方向基本平行；
[0015]步骤电场测量传感器将所测电场强度数值输入信号处理单元，提取工频范围 内的电场强度值后送入DSP数据处理模块中；DSP数据处理模块中的判断算法如下：
[0016] 取工频电场测量模块测得的电场强度变化率数值^进行如下判断： ax
[0017] 其中；E为电场强度有效值（单位V/m)，X为无人机距离边项导线的距离（单位： ciE 米），^为电场强度有效值对X的一阶导数即电场强度的变化率（单位V/m2)。ax
[001引 1)同序排列方式下：
[0019]
，则输出"安全"指令；
[0020]
则输出"避障"指令；
[0021] 2)逆序排列方式下；
[0022]
则输出"安全"指令；
[0023]
则输出"避障"指令；
[0024] 步骤四：避障指令由DSP数据处理模块输出给机载飞控系统，进而由无人机驼机 控制器控制伺服驼机进行下一步动作，指