0引言

配網(wǎng)作為電網(wǎng)的最末端網(wǎng)絡(luò),其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)乎電力用戶(hù)的正常用電。由于配網(wǎng)系統(tǒng)分布廣泛,一旦發(fā)生永久性故障,則難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供電。因此,如何在配網(wǎng)巡檢工作中加快故障點(diǎn)及隱患缺陷點(diǎn)精準(zhǔn)定位成為配網(wǎng)運(yùn)維工作的關(guān)鍵。當(dāng)前配網(wǎng)巡檢工作已由傳統(tǒng)的“人巡”模式轉(zhuǎn)換成“人巡十機(jī)巡”模式,無(wú)人機(jī)在配電巡檢工作中已占據(jù)主要地位,能更快速、高效地對(duì)故障點(diǎn)或隱患缺陷點(diǎn)進(jìn)行定位,全面提高了配網(wǎng)巡檢工作的效率[1]。目前,在無(wú)法安裝機(jī)巢實(shí)現(xiàn)“蛙跳式”無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)的地區(qū),無(wú)人機(jī)的控制方式普遍是以無(wú)人機(jī)的起飛地點(diǎn)作為無(wú)人機(jī)的回收地點(diǎn),即無(wú)人機(jī)在沿架空線(xiàn)路巡視時(shí),一旦遇到電池電量低或因通信信號(hào)差導(dǎo)致控制信號(hào)中斷等情況,均會(huì)按照已飛行路線(xiàn)原路返航。在巡視過(guò)程中,無(wú)人機(jī)需多次往返,這一過(guò)程損耗了大量的電池電量,因此當(dāng)前的無(wú)人機(jī)控制方式無(wú)法最大程度發(fā)揮無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)的效用。此外,當(dāng)前無(wú)人機(jī)機(jī)巡操作模式以單人操作為主,這種操作模式對(duì)操作人員的注意力集中度要求甚高,操作人員長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著屏幕進(jìn)行觀察,難免會(huì)出現(xiàn)注意力不集中或視線(xiàn)模糊疲勞的不良反應(yīng),導(dǎo)致配網(wǎng)線(xiàn)路的部分隱患缺陷點(diǎn)難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn),這就為配網(wǎng)的安全運(yùn)行埋下了隱患。而當(dāng)前已有的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控技術(shù)多用于軍事領(lǐng)域,其發(fā)起點(diǎn)僅限于無(wú)人機(jī)控制器,并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)在配網(wǎng)巡檢特定條件下進(jìn)行控制權(quán)轉(zhuǎn)移,操作過(guò)于簡(jiǎn)單,并不適用于配網(wǎng)領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)巡檢接力[2—3]。

基于上述配網(wǎng)無(wú)人機(jī)巡檢背景,在此提出一種基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控方法及相關(guān)系統(tǒng)。該無(wú)人機(jī)接力測(cè)控方法的接力信號(hào)可由無(wú)人機(jī)控制器手動(dòng)觸發(fā),也可結(jié)合配網(wǎng)機(jī)巡的特點(diǎn)以及無(wú)人機(jī)所處環(huán)境狀況通過(guò)無(wú)人機(jī)自身進(jìn)行觸發(fā)。該無(wú)人機(jī)接力測(cè)控方法能夠結(jié)合配電線(xiàn)路的特點(diǎn),將無(wú)人機(jī)巡檢的效用發(fā)揮到最大,同時(shí)通過(guò)無(wú)人機(jī)接力測(cè)控的方式,提高配網(wǎng)巡檢工作的效率,進(jìn)一步保障配網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

1基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)工作原理

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)主要由多個(gè)無(wú)人機(jī)控制器以及一架無(wú)人機(jī)組成,其最小單元包括A控制器、B控制器以及無(wú)人機(jī),其中A控制器為無(wú)人機(jī)的當(dāng)前控制器,B控制器為待接力的控制器。控制器和無(wú)人機(jī)的通信模塊主要由數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成。數(shù)據(jù)接收模塊用于接收控制器以及無(wú)人機(jī)發(fā)出的各種信號(hào),主要包括無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)、無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào)以及各種無(wú)人機(jī)飛行控制信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊用于處理數(shù)據(jù)接收模塊接收到的各種數(shù)據(jù),并輸出處理結(jié)果,其是整個(gè)接力測(cè)控系統(tǒng)的核心模塊?？刂颇K用于將數(shù)據(jù)處理模塊輸出的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊利用無(wú)線(xiàn)信號(hào)將控制模塊輸出的各種數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送出去。

無(wú)人機(jī)控制器在控制無(wú)人機(jī)飛行時(shí),其數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將飛行動(dòng)作相關(guān)的控制信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)送給無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊。在無(wú)人機(jī)控制器轉(zhuǎn)移無(wú)人機(jī)控制權(quán)時(shí),若該操作由人工發(fā)起,則A控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向B控制器以及無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào),B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向A控制器以及無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào);若該操作由無(wú)人機(jī)自動(dòng)發(fā)起,則無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向A控制器和B控制器的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào),A控制器和B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊向無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào),B控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊會(huì)再向A控制器的數(shù)據(jù)接收模塊發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào)。

2基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)人機(jī)特定角度自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

在配網(wǎng)無(wú)人機(jī)巡線(xiàn)過(guò)程中,無(wú)人機(jī)的行進(jìn)路線(xiàn)是按架空線(xiàn)路的布局沿線(xiàn)單向飛行。而在無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移過(guò)程中,由于數(shù)據(jù)信號(hào)切換、人為疏忽等多方面影響,容易存在小部分的巡檢盲區(qū),降低無(wú)人機(jī)巡檢結(jié)果的可靠性。由于配網(wǎng)電力架空線(xiàn)的電桿(塔)布局是等距分布,所以為減少無(wú)人機(jī)接力測(cè)控過(guò)程中的變量因素,選擇電桿(塔)所在位置作為無(wú)人機(jī)控制器的布局點(diǎn)。電桿(塔)是配網(wǎng)設(shè)備及金具的主要安裝位置,是無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中的重要巡檢節(jié)點(diǎn)。為此,在無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移過(guò)程中,接力位置需在電桿(塔)前置位置。綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出,無(wú)人機(jī)和控制器的連線(xiàn)在與控制器法線(xiàn)之間的夾角為30O時(shí),最有利于操作人員對(duì)前方線(xiàn)路及設(shè)備進(jìn)行觀察,且無(wú)人機(jī)相較于A控制器更靠近B控制器,有利于加快無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移的進(jìn)度。由于接力位置位于巡檢前進(jìn)方向的前置位置且留有足夠裕度,這就方便了B控制器的操作人員接力后開(kāi)展巡檢工作,降低了配網(wǎng)隱患缺陷點(diǎn)被遺漏的可能性。無(wú)人機(jī)在檢測(cè)到當(dāng)前位置滿(mǎn)足上述30O夾角要求時(shí), 自動(dòng)向A控制器和B控制器發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)。無(wú)人機(jī)與B控制器夾角示意圖如圖2所示。

2.2 無(wú)人機(jī)低電量自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中,一旦出現(xiàn)電量低的問(wèn)題,無(wú)人機(jī)控制器便會(huì)提示電量低或使無(wú)人機(jī)自動(dòng)返航。這種控制模式使得無(wú)人機(jī)在巡檢過(guò)程中的效用大打折扣,無(wú)人機(jī)的電池電量無(wú)法在配網(wǎng)巡檢中得到充分利用。為此,定義d為無(wú)人機(jī)剩余行進(jìn)里程,d1為A控制器至無(wú)人機(jī)所在位置的水平投影距離,d2為B控制器至無(wú)人機(jī)所在位置的水平投影距離,有計(jì)算公式如下:

式中:q為無(wú)人機(jī)剩余電量百分比;L為無(wú)人機(jī)標(biāo)定行進(jìn)里程;x為無(wú)人機(jī)起飛點(diǎn)或接力點(diǎn)到現(xiàn)位置的飛行距離,由于無(wú)人機(jī)正常狀態(tài)下進(jìn)行自主接力時(shí)采用的是無(wú)人機(jī)特定角度自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移接力模式,所以該x的理論值略大于d1,但相比于兩無(wú)人機(jī)控制器之間的距離,該差值可忽略;n為兩無(wú)人機(jī)控制器之間的電桿(塔)數(shù)量;k為相鄰兩電桿(塔)之間的距離。

在無(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中,無(wú)人機(jī)檢測(cè)到自身電量低,則判斷d與d1和d2之間的大小關(guān)系,對(duì)無(wú)人機(jī)的行進(jìn)路線(xiàn)做出決策。若d大于d1且小于d2,則無(wú)人機(jī)返航,其余情況下無(wú)人機(jī)均自動(dòng)向A控制器和B控制器發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)。

2.3 無(wú)人機(jī)失控狀態(tài)自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)

配網(wǎng)線(xiàn)路布局廣泛,一部分配網(wǎng)線(xiàn)路建設(shè)于城鎮(zhèn)郊區(qū)、農(nóng)村甚至山區(qū),這些地方由于通信建設(shè)不發(fā)達(dá),經(jīng)常出現(xiàn)通信信號(hào)不佳的問(wèn)題。無(wú)人機(jī)在對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行巡檢時(shí),一旦遇到通信中斷的問(wèn)題,將處于失控狀態(tài)。此時(shí),常規(guī)的處理手段是無(wú)人機(jī)按照已飛路徑原路返航,但這在一定程度上降低了無(wú)人機(jī)巡檢的效用。基于無(wú)人機(jī)失控問(wèn)題,在無(wú)人機(jī)接收不到A控制器的控制信號(hào)時(shí),其可自動(dòng)向B控制器發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào),若無(wú)人機(jī)接收不到B控制器的無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào),則按原路徑自動(dòng)返航。

3基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行方法

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所有接力模式的優(yōu)先級(jí)如表1所示。

無(wú)人機(jī)失控狀態(tài)自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式的接力優(yōu)先級(jí)最高,響應(yīng)速度最快。當(dāng)無(wú)人機(jī)自動(dòng)觸發(fā)該接力模式時(shí),其向B控制器發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)。在得到B控制器返回的無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào)后,無(wú)人機(jī)將內(nèi)部接收控制信號(hào)的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

無(wú)人機(jī)低電量自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第二優(yōu)先級(jí),響應(yīng)速度僅次于無(wú)人機(jī)失控狀態(tài)自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式。當(dāng)無(wú)人機(jī)自動(dòng)觸發(fā)該接力模式時(shí),其自動(dòng)向A控制器和B控制器發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)。A控制器和B控制器隨后向無(wú)人機(jī)發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào),在接收到這兩個(gè)應(yīng)答信號(hào)后,無(wú)人機(jī)將內(nèi)部接收控制信號(hào)的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

人工發(fā)起無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第三優(yōu)先級(jí),響應(yīng)速度較慢。當(dāng)A控制器發(fā)起無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)時(shí),A控制器向B控制器以及無(wú)人機(jī)發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)。B控制器在接收到該信號(hào)后,向A控制器以及無(wú)人機(jī)發(fā)送無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào)。無(wú)人機(jī)在接收到A控制器發(fā)出的無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移申請(qǐng)信號(hào)以及B控制器發(fā)出的無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移應(yīng)答信號(hào)時(shí),將內(nèi)部接收控制信號(hào)的模式從A控制器模式切換成B控制器模式,將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給B控制器。

無(wú)人機(jī)特定角度自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式是第四優(yōu)先級(jí),響應(yīng)速度最慢,其轉(zhuǎn)移無(wú)人機(jī)控制權(quán)的方法與無(wú)人機(jī)低電量自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移模式相同。

4結(jié)束語(yǔ)

基于配網(wǎng)特點(diǎn)的無(wú)人機(jī)接力測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)無(wú)人機(jī)配網(wǎng)巡檢的特點(diǎn)設(shè)計(jì)四種接力模式,并據(jù)此設(shè)置四種優(yōu)先級(jí)。該系統(tǒng)可通過(guò)人工觸發(fā)無(wú)人機(jī)控制權(quán)轉(zhuǎn)移,也可由無(wú)人機(jī)根據(jù)自身所處環(huán)境自動(dòng)觸發(fā)控制權(quán)轉(zhuǎn)移。通過(guò)該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,提高了無(wú)人機(jī)在配網(wǎng)巡檢過(guò)程中的利用率與穩(wěn)定控制程度,解決了傳統(tǒng)的單人操作無(wú)人機(jī)巡檢的弊端,有效提高了

配網(wǎng)巡檢的工作效率。

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《機(jī)電信息》2025年第16期第21篇