無人直升機(jī)科技項(xiàng)目實(shí)施建議書

1、甘肅省電力公司科技項(xiàng)目可行性研究報(bào)告項(xiàng)目名稱：輸電線路無人直升機(jī)巡線系統(tǒng)研究及應(yīng)用申請(qǐng)單位：酒泉超高壓輸變電公司起止時(shí)間：2011 年 02 月 至 2012 年 01 月項(xiàng)目負(fù)責(zé)人通信地址 郵政編碼 聯(lián)系電話 傳真申請(qǐng)日期2011 年 02 月目的和意義1. 描述與項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容緊密相關(guān)的甘肅電力公司實(shí)際生產(chǎn)力水平和今后的發(fā)展方向； 酒泉超高壓輸變電局目前所轄輸電線路總長(zhǎng)為 1000 多公里（泉敦一線、二線） 線路架設(shè)區(qū)域?yàn)楦瓯?，高山，風(fēng)沙區(qū)等。地理環(huán)境比較惡劣。而目前我局所管轄的輸 電線路的巡視，利用傳統(tǒng)的巡視方法不能滿足現(xiàn)階段的巡線要求。因此，需要尋找一種新型的快速高效的巡線方式， 來對(duì)目

2、前的巡線效果進(jìn)行改善， 逐步提高。利用無人直升機(jī)來進(jìn)行輸電線路的巡視，不僅效率高，效果好，而且保證 了巡線人員的人身安全，同時(shí)可以提高我省電力巡線作業(yè)的自動(dòng)化程度，具有重要的 積極的意義。2. 闡述項(xiàng)目成果對(duì)該現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的作用； 輸電線路無人直升機(jī)采用了分布式的控制理論構(gòu)造系統(tǒng)，以無人機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù) 為平臺(tái)，采用了分布式控制技術(shù)、導(dǎo)航及定位技術(shù)、線路探測(cè)技術(shù)和高壓電磁兼容技 術(shù)、飛行穩(wěn)定技術(shù)等高科技技術(shù)，真正地實(shí)現(xiàn)了輸電線路的高效率自動(dòng)巡檢。無人巡檢直升機(jī)以自主或人工干預(yù)遙控的方式，通過預(yù)制定的飛行航線，在衛(wèi)星 定位系統(tǒng)的定位和引導(dǎo)下對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行巡視。通過此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使得無人 機(jī)

3、系統(tǒng)能夠高效地巡視惡劣的地理環(huán)境（如高山、河流、峽谷等）中的鋼塔，保障輸 電線路的安全運(yùn)行，同時(shí)降低了作業(yè)工人的人身安全。同時(shí)，無人機(jī)技術(shù)在高壓輸電線路上的巡視應(yīng)用，不僅填補(bǔ)了我國現(xiàn)階段利用無 人飛行器在電力方面的應(yīng)用空白，而且也提高了我國輸電線路巡檢的自動(dòng)化水平，具 有極大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)意義。3. 分析成果應(yīng)用和推廣的途徑； 輸電線路無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)能夠應(yīng)用于高壓各個(gè)等級(jí)的輸電線路，隨著線路的 巡檢需求的不斷提高，需要不斷地對(duì)無人直升機(jī)的作業(yè)任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)設(shè)備進(jìn)行不斷 地調(diào)整。通過集成技術(shù)的完善， 使之能夠應(yīng)用于輸電線路上的電力設(shè)備， 線路走廊的巡檢， 以及事故應(yīng)急發(fā)現(xiàn)等各種情況， 極大的保

4、障了輸電線路的安全運(yùn)行， 降低了巡檢成本。因?yàn)闊o人直升機(jī)巡線能夠應(yīng)用于超高壓及特高壓輸電線路。因此，在超高壓線路上的成功應(yīng)用成果，能夠直接轉(zhuǎn)化為 110KV線路的巡檢方式；同時(shí)，對(duì)于施工方面的 工程，無人機(jī)可以進(jìn)行空中架線（通訊線纜）；對(duì)于惡劣氣候環(huán)境中的事故現(xiàn)場(chǎng)，無人 機(jī)系統(tǒng)能第一時(shí)間前往，拍回第一手資料，為事故分析，事故處理起到了積極的作用。線路巡檢空中架線4. 分析成果推廣后的直接和間接效益。推廣后，不僅能夠極大的提高巡檢效率，極大降低人工巡檢的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，無人直升機(jī)的靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，使得巡線人員能夠完全按照巡線任務(wù)的要求進(jìn)行詳細(xì) 的線路查看，不僅保障了人員的人身安全，節(jié)約了大量的人

5、財(cái)物等直接經(jīng)濟(jì)成本。同 時(shí)，故障點(diǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)能夠使得管理人員及時(shí)處理，保障線路的正常運(yùn)行，不因線路 故障停電而造成的重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，安全供電保障，也為企業(yè)生產(chǎn)，人民生活帶 來了極大的經(jīng)濟(jì)效益，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益與重大的社會(huì)效益。二、國內(nèi)外研究水平綜述1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容發(fā)展歷史的簡(jiǎn)要回顧；縱觀無人機(jī)的發(fā)展歷史，無人機(jī)最早應(yīng)用于軍事任務(wù)：一次和二次世界大戰(zhàn)期間，“別動(dòng)隊(duì)”無人機(jī)，成了主要的偵察的主要任務(wù)。越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國無人機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上進(jìn)行電子竊聽、電臺(tái)干擾、拋撒金屬箔條及為 有人飛機(jī)開辟通道。 在1982年的貝卡谷地之戰(zhàn)，1991年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，1995年波 黑戰(zhàn)爭(zhēng)，1999年“科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)

6、”，無人機(jī)都在戰(zhàn)爭(zhēng)中起著至關(guān)重要的先鋒作用。隨著科技的進(jìn)步以及應(yīng)用需求的提高，無人機(jī)尤其是無人直升機(jī)逐步的被應(yīng)用于各 個(gè)民用領(lǐng)域，包括了：地址勘探、地形掃描、影視制作、廣告航拍、安全巡邏、消防 監(jiān)測(cè)、通信中繼、科研試驗(yàn)、物探測(cè)量、人工降雨、管線監(jiān)測(cè)、緝私監(jiān)控等應(yīng)用，極 大的提高了無人機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。2. 國內(nèi)外研究水平的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)； 國際上，無人直升機(jī)主要分為兩大類： 一類為軍事作戰(zhàn)服務(wù)； 另一類民用應(yīng)用服務(wù)。 目前，在民用方面，特別是在電力方面的應(yīng)用，上個(gè)世紀(jì)五、六十年代，由于國情 不同，國外的空中領(lǐng)域具有對(duì)民用開放的區(qū)域，因此，歐、美、澳等許多發(fā)達(dá)國家， 都自行購置了高性能的，高配備的載

7、人直升機(jī)。在良好的天氣情況下，對(duì)輸電線路進(jìn) 行巡檢，并將這項(xiàng)工作作為一項(xiàng)非常規(guī)工作來開展。使用至今，這項(xiàng)工作取得了良好 的巡檢效果。而利用無人直升機(jī)來進(jìn)行輸電線路的巡視檢查，國外電力研究部門正在 加緊研究試驗(yàn)階段。我國在上個(gè)世紀(jì) 80 年代，開始進(jìn)行了載人直升機(jī)的巡檢工作，但是由于巡檢費(fèi)用 高、靈活機(jī)動(dòng)性差，巡檢飛行安全系數(shù)低等諸多原因，與電力應(yīng)用的靈活機(jī)動(dòng)，快速 應(yīng)變等要求不相適應(yīng)，因此，此項(xiàng)工作一直沒有得到很好的開展。備注：國情要求， 凡是載人飛行機(jī)械每次飛行， 必須提前到省級(jí)軍區(qū)辦理相關(guān)手續(xù)。 待批準(zhǔn)后，方能執(zhí)行飛行任務(wù)。3. 介紹國外研究機(jī)構(gòu)或者公司對(duì)本項(xiàng)目的研究情況； 美國加利福尼亞

8、州 Palo Alto 電力研究院于 2001 年研制出了一種空中巡檢系統(tǒng)( Airborne Inspection System )，該系統(tǒng)可在輸電線上高速飛行，拍攝并記錄輸電線 及相關(guān)設(shè)施(絕緣子、金具、桿塔等)的狀況，利用 GPS 定位系統(tǒng)標(biāo)識(shí)出桿塔、建筑 物等目標(biāo)體的坐標(biāo)。與其他的直升機(jī)巡檢相比較，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是提高了可靠性，縮 短了巡線的時(shí)間；同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)備造價(jià)極高，超出人工巡檢成本的 10 倍以上。英國 Wales Bangor 大學(xué)正在研制一種半自主無人飛行器 Sprite ，Sprite 配備了兩 組相對(duì)反向旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片以消除力矩影響，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行。該飛行器具有質(zhì)量輕、抗 氣

9、流擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，安裝了 CCD攝像機(jī)，可用于輸電線及相關(guān)設(shè)施的檢測(cè)。但是， 目前該飛行器尚處于試驗(yàn)研制階段。4. 介紹國內(nèi)其他研究單位對(duì)本項(xiàng)目的研究情況。 目前，我國利用無人直升機(jī)進(jìn)行線路巡查，尚處于一個(gè)研究試驗(yàn)階段。然而，由于 我國無人飛行器的技術(shù)研究起步晚，技術(shù)底子薄以及低空尚未開放等原因，無人直升 機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用還主要是：影視制作、廣告航拍、安全巡邏、消防監(jiān)測(cè)、通信中繼、 科研試驗(yàn)、物探測(cè)量、人工降雨、管線監(jiān)測(cè)、緝私監(jiān)控等等方面應(yīng)用在電力方面的線路巡檢處于一個(gè)幾乎空白的處境。因此，對(duì)于無人直升機(jī)巡檢在高壓輸電線路上的應(yīng)用的研究，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，提高巡線的自動(dòng)化水平，降

10、低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高輸電線路巡檢效率， 降低巡線成本，將為電力部門帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效應(yīng)。三、項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù)1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的原理簡(jiǎn)述；無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)的研究：是通過對(duì)定位，通訊，系統(tǒng)集成，飛行規(guī)程，以及輸電線路的安全規(guī)約的充分了解；以 GPS定位技術(shù)，微波傳輸技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)，飛行控制 技術(shù)，信號(hào)采集技術(shù)，材料科學(xué)技術(shù)等一系列技術(shù)為依托；將一系列高新技術(shù)整合到無人 駕駛系統(tǒng)平臺(tái)，研制出一種輕型，便捷，高效的無人巡檢直升機(jī)，來代替許多高危的輸電 線路巡檢工作。并可在許多惡劣的地理環(huán)境下進(jìn)行巡檢，為應(yīng)對(duì)突發(fā)的事件，采取有效的 措施，保障輸電線路的安全運(yùn)行，起到了良好的作用。無人

11、直升機(jī)結(jié)構(gòu)控制示意圏2. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的理論或者實(shí)踐依據(jù)；無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試完成自檢后，通過微控制器進(jìn)行輔助起飛，待飛行穩(wěn) 定后，切換至自動(dòng)飛行狀態(tài)（可自動(dòng)飛行或者手動(dòng)飛行），同時(shí)地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)無人直升機(jī)的飛行狀態(tài)，監(jiān)控巡查設(shè)備以及剩余油量，并能通過地面移動(dòng)便攜 中心向無人直升機(jī)發(fā)送的控制命令，使之完成相應(yīng)的動(dòng)作。無人直升機(jī)可沿著既定路線路巡檢，又可懸停在某處對(duì)線路進(jìn)行細(xì)致觀察。無人直升機(jī)系統(tǒng)與地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)（地面便攜中心）之間通過無線數(shù)傳電臺(tái)交互 數(shù)據(jù)，完成控制命令的上傳和無人直升機(jī)狀態(tài)信息的下傳。地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)可顯示并保存采集的圖像?？刂泼钪饕ǎ簾o人直升機(jī)的前進(jìn)、

12、后退、懸停，飛行速度控制，云臺(tái)攝像 機(jī)的控制，鏡頭變倍變焦調(diào)整，視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等等。無人直升機(jī)作業(yè)示意圖3. 項(xiàng)目研究的關(guān)鍵。1）伺服機(jī)、舵機(jī)技術(shù)2）導(dǎo)航儀技術(shù)3）自動(dòng)駕駛技術(shù)4）數(shù)傳遙測(cè)技術(shù)5）數(shù)據(jù)記錄和視頻技術(shù)6）控制、校準(zhǔn)、增穩(wěn)技術(shù)7）電磁兼容、抗電磁干擾技術(shù)8）地面站軟件控制技術(shù)四、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的詳細(xì)說明。無人直升機(jī)巡線系統(tǒng)的研究，以實(shí)現(xiàn)無人直升機(jī)攜帶高清攝像機(jī)，完善的巡線任 務(wù)規(guī)劃，進(jìn)行輸電線路的自動(dòng)巡航為目標(biāo)，通過無線通訊傳輸方式將采集的巡視情況 及時(shí)發(fā)送回地面站，供管理人員進(jìn)行分析，決策；安全、高效地完成(特別在地理環(huán) 境惡劣的輸電線路

13、)巡檢任務(wù)。1) 無人直升機(jī)功能的設(shè)計(jì)，確定無人直升機(jī)的工作設(shè)備等內(nèi)容。研究?jī)?nèi)容：根據(jù)目前巡線情況，確定所需要的功能設(shè)備。2) 無人直升機(jī)機(jī)械本體的改進(jìn)，使之成為具有安裝數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)及無線傳輸?shù)裙δ苣K，能夠進(jìn)行空中巡視的監(jiān)控載體。研究?jī)?nèi)容：對(duì)機(jī)載的功能設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，確定相應(yīng)合適的機(jī)型進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。進(jìn)而對(duì)無人直升機(jī)機(jī)械支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，根據(jù)功能設(shè)備的安裝位置設(shè)計(jì) 出一套最合理的安裝方案。3) 無人直升機(jī)自動(dòng)巡航系統(tǒng)設(shè)計(jì)，起降方案的程序設(shè)計(jì)，使得無人直升機(jī)具有自 巡航功能。研究?jī)?nèi)容：無人機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝，完善無人直升機(jī)手動(dòng)操作及自 動(dòng)操作的切換功能，使之具備自主飛行，做好自動(dòng)巡航

14、基礎(chǔ)功能。4) 無人直升機(jī)功能設(shè)備集成。使得無人直升機(jī)滿足輸電線路的巡線要求。研究?jī)?nèi)容：對(duì)無人直升機(jī)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、飛行控制系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)，數(shù)據(jù)系統(tǒng)、云臺(tái)系統(tǒng)、油量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等一系列功能模塊進(jìn)行集成，使之具備相互 獨(dú)立工作的能力。5) 無人直升機(jī)電氣功能設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容：對(duì)無人直升機(jī)所搭載的功能設(shè)備及任務(wù)設(shè)備進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)改進(jìn)，對(duì)相應(yīng)設(shè)備控制等進(jìn)行修改，使所有的設(shè)備成為一套功能獨(dú)立、卻共同作用的飛 行操控系統(tǒng)。6) 無人直升機(jī)飛行規(guī)程的制定。研究?jī)?nèi)容：結(jié)合電力相關(guān)規(guī)程，根據(jù)無人直升機(jī)的作業(yè)情況，來進(jìn)行無人直升 機(jī)的飛行規(guī)程以及操作手冊(cè)的編寫，以此作為無人直升機(jī)工作開展巡線工作的 指導(dǎo)手冊(cè)。7

15、）巡飛任務(wù)設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容：確定線路情況，分析巡線任務(wù)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)無人直升機(jī)的巡飛 任務(wù)進(jìn)行制定，保障巡線工作。2. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的技術(shù)路線及方法。1）無人直升機(jī)功能設(shè)計(jì)通過分析目前巡線方式的不足，結(jié)合巡線的實(shí)際情況，提出利用無人直升機(jī)巡 線的要求，并提出巡線的任務(wù)設(shè)備需求，制定出一套可行的設(shè)備功能方案，并以 此為目標(biāo)進(jìn)行無人直升機(jī)巡線系統(tǒng)的研發(fā)。目前，無人直升機(jī)搭載了的攝像機(jī)，主要應(yīng)用于影視航拍、地質(zhì)監(jiān)測(cè)等方面， 因此，對(duì)此功能進(jìn)行升級(jí)，提高攝像機(jī)的清晰度及設(shè)備的抗干擾能力，就能夠?qū)?輸電線路的走廊，鋼塔及其塔上電力設(shè)備進(jìn)行巡視，并將拍攝的資料及時(shí)傳送回 地面監(jiān)控站。同時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的需求

16、，為擴(kuò)展其他設(shè)備進(jìn)行必要的設(shè)備接口 的設(shè)計(jì)打好技術(shù)基礎(chǔ)。2）無人直升機(jī)的本體機(jī)械機(jī)構(gòu)改進(jìn)無人直升機(jī)的本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有可調(diào)整性，根據(jù)功能設(shè)計(jì)所提出的要求，在 不影響無人直升機(jī)基本飛行功能的前提下，經(jīng)過專門培訓(xùn)的專業(yè)工程師可以對(duì)無 人直升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以滿足設(shè)備安裝的要求。廈門加能電力科技有限公司具有專業(yè)的無人機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整工程師，具備專業(yè) 的無人機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整技能，具有為其他應(yīng)用單位的無人飛行器結(jié)構(gòu)調(diào)整132次的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，且無人飛行器飛行情況穩(wěn)定良好。3）自動(dòng)巡航功能的設(shè)計(jì)自動(dòng)巡航系統(tǒng)是進(jìn)行無人直升機(jī)進(jìn)行巡視的關(guān)鍵核心系統(tǒng)。線路的巡視需要利 用高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)來進(jìn)行定位，目前，國內(nèi)自

17、動(dòng)巡航系統(tǒng)只具備簡(jiǎn)單的直線 定點(diǎn)飛行功能， 且飛行航點(diǎn)的數(shù)量為 50 個(gè)，無法完全滿足輸電線路巡檢的高精度、 長(zhǎng)距離的任務(wù)要求。采用美國軍工轉(zhuǎn)民用的自巡航系統(tǒng)，并根據(jù)國內(nèi)的實(shí)際的需求進(jìn)行二次開發(fā)， 不僅使精度達(dá)到了±1 米的要求，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國內(nèi)自巡航系統(tǒng)的精度（± 5 米）， 而且飛行航點(diǎn)達(dá)到了 100 個(gè)。從這兩方面來保障了無人直升機(jī)在輸電線路上的巡 線應(yīng)用。4）無人直升機(jī)功能設(shè)備的集成 無人巡線直升機(jī)攜帶了高清攝像機(jī)、無線圖傳數(shù)傳通訊設(shè)備、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、 云臺(tái)系統(tǒng)等一系列設(shè)備， 因此需要將這些獨(dú)立工作的系統(tǒng)集成為一個(gè)完整的飛行控 制系統(tǒng)，以滿足巡線的需求。設(shè)備的集成

18、需要考慮到以下幾方面的問題：（1）：無人直升機(jī)自身的配重問題需要使得無人直升機(jī)的重量平衡， 否則會(huì)出現(xiàn)機(jī)頭重而導(dǎo)致飛行穩(wěn)定性能下 降等問題。（2）：機(jī)載設(shè)備的電氣連接問題 機(jī)載設(shè)備的安裝位置必須要考慮設(shè)備相互之間的連接， 具有耦合功能的設(shè)備 需要安裝在相近的位置， 同時(shí)要考慮連接電纜的走向及固定問題， 以免在飛行 的過程中松落而導(dǎo)致飛行隱患。（3）：無人直升機(jī)的檢修問題設(shè)備集成的最佳效果是以不需要拆卸任務(wù)設(shè)備， 就能夠?qū)o人直升機(jī)進(jìn)行機(jī) 械結(jié)構(gòu)方面的檢修。（4）：機(jī)載設(shè)備的檢修問題 機(jī)載設(shè)備集成的最佳效果，是以能夠不拆卸或簡(jiǎn)便拆卸安裝為標(biāo)準(zhǔn)。5）無人直升機(jī)功能設(shè)備的電氣設(shè)計(jì) 無人直升機(jī)的電氣設(shè)

19、計(jì)，以功能模塊化設(shè)計(jì)為原則，按照工作流程的方式進(jìn) 行連接。例如：將具有相關(guān)功能的圖傳、數(shù)傳模塊進(jìn)行電氣連接，將云臺(tái)系統(tǒng)與攝 像系統(tǒng)進(jìn)行電氣連接，將自動(dòng)巡航系統(tǒng)與GPS定位系統(tǒng)電氣進(jìn)行連接等，最終將所 有的連接按照工作流程依次相連，形成一套完整的電氣連接系統(tǒng)。電氣設(shè)計(jì)同時(shí)要考慮到設(shè)備檢修問題， 要以接線簡(jiǎn)單分明， 方便檢修測(cè)試為接線原則。6）無人直升機(jī)電力巡線飛行工作規(guī)程制定無人直升機(jī)巡線應(yīng)用， 屬于一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域， 并且涉及到飛行安全規(guī)程以 及電力安全、操作規(guī)程。目前，尚無統(tǒng)一的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定此類飛行任務(wù)的操作流 程及規(guī)范。因此，制定出無人機(jī)工作飛行規(guī)程，以保障此類工作的安全有效開展，具有

20、實(shí) 際的指導(dǎo)意義。根據(jù)無人直升機(jī)的工作任務(wù)，結(jié)合電力相關(guān)的安全規(guī)定，能夠切實(shí) 有效的制定出此類示范規(guī)程。7）巡飛任務(wù)設(shè)計(jì)巡飛任務(wù)的設(shè)計(jì)就是為了保障無人直升機(jī)高效的完成巡線任務(wù)。 巡飛任務(wù)的設(shè)計(jì)包含以下 2 方面內(nèi)容：（1）：飛行航跡規(guī)劃：對(duì)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的桿塔的GPS采集、線路地形方面情況的采集調(diào)研，為制 定飛行航線提供最詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（2）：飛行任務(wù)規(guī)劃： 對(duì)重點(diǎn)巡視的對(duì)象進(jìn)行飛行任務(wù)規(guī)劃， 例如：進(jìn)行懸停拍攝， 盤旋觀察等， 可以對(duì)每個(gè)航點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)設(shè)計(jì)，保證了任務(wù)完成的質(zhì)量。3. 要描述具體的理論研究步驟，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的地點(diǎn)和試驗(yàn)計(jì)劃。需要試驗(yàn)手段的項(xiàng)目。1）對(duì)實(shí)際的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的桿塔 GPS采集

21、、線路地形方面情況的采集調(diào)研，進(jìn)行設(shè)備 應(yīng)用的需求分析。2）進(jìn)行功能設(shè)備的總體需求設(shè)計(jì)，包括任務(wù)設(shè)備的集成方案設(shè)計(jì)3）高壓環(huán)境下的抗干擾和電磁兼容技術(shù)檢測(cè)4）分布式控制技術(shù)以及遠(yuǎn)距離無線通訊技術(shù)監(jiān)測(cè)5）各項(xiàng)功能模塊的集成，地面控制站的調(diào)整6）電力無人直升機(jī)電力巡檢飛行規(guī)程的編寫7）無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng)的整體裝配、調(diào)試、測(cè)試、試運(yùn)行4. 理論研究和試驗(yàn)內(nèi)容與項(xiàng)目總目標(biāo)的因果關(guān)系；高壓輸電線路以無人駕駛直升機(jī)技術(shù)為平臺(tái)， 結(jié)合了分布式控制技術(shù)、 導(dǎo)航及 定位技術(shù)、 線路探測(cè)技術(shù)和高壓電磁兼容技術(shù)等高科技技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了無人直升機(jī)的 自動(dòng)巡檢。無人巡檢直升機(jī)能夠以自動(dòng)或遙控的方式， 通過預(yù)制定的飛行航線

22、 （可以自定 義飛行航線），在衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位和引導(dǎo)下對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行巡視。因此保 障了無人直升機(jī)作業(yè)的自動(dòng)巡航功能。利用攜帶的傳感儀器使用視覺檢測(cè)等技術(shù)對(duì)桿塔、導(dǎo)線及絕緣子、線路金具、 線路通道等實(shí)施檢測(cè)， 并將拍攝和檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回來或儲(chǔ)存在硬盤里。 從而 代替人工對(duì)輸電線路特別是地理環(huán)境惡劣及重要線路進(jìn)行巡檢， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)桿塔、 通 道走廊以及運(yùn)行設(shè)備的故障隱患、 設(shè)備缺陷等異?，F(xiàn)象， 完成了輸電線路的巡查功 能。因此，通過以上技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，保證了輸電線路的無人直升機(jī)巡檢，不僅減輕工 作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 而且大大提高巡檢的安全保證和自動(dòng)化水平， 達(dá)到減負(fù)增效的 目的。5. 寫明理論和

23、試驗(yàn)研究的工作量；1)巡檢線路的制定：3-4 個(gè)月2)電磁兼容測(cè)試：15 天3)抗電磁干擾試驗(yàn)：15 天4)設(shè)備集成測(cè)試：15 天5)通訊傳輸測(cè)試：15 天6)設(shè)備裝配測(cè)試：1 個(gè)月7)設(shè)備整體測(cè)試：1 個(gè)月6. 需要多家單位共同承擔(dān)的項(xiàng)目，需要寫明各家的分工、職責(zé)和提供的成果，如何組 織和協(xié)調(diào)；合作方式、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和成果分享的范圍；酒泉超高壓輸變電公司：設(shè)備的需求分析，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的安排協(xié)調(diào)，設(shè)備功能的改進(jìn) 分析，設(shè)備研究總結(jié)交流。廈門加能電力科技有限公司：運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，設(shè)備的總體設(shè)計(jì)，設(shè)備的功能 設(shè)計(jì)，功能設(shè)備的集成，設(shè)備試驗(yàn)測(cè)試，設(shè)備的改進(jìn)，設(shè)備研究總結(jié)交流。 合作方式為：聯(lián)合開發(fā)知識(shí)產(chǎn)

24、權(quán)和成果：由聯(lián)合開發(fā)的雙發(fā)共同取得。 成果分享范圍：由雙發(fā)共同取得的專利等而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)利益由雙發(fā)協(xié)商分享。7. 需要與國外合作，要寫明與外方的合作方式、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和成果分享的范圍； 需要與美國加能工業(yè)集團(tuán)有限公司進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、 芯片引進(jìn)、設(shè)備集成方面的合作。 由國外提供的技術(shù)部分的成果分享由廈門加能電力科技有限公司與我方進(jìn)行協(xié)商。8. 注明本項(xiàng)目研究需要購買儀器、設(shè)備的型號(hào)、產(chǎn)地、性能及需要購買的原因；1) 工控機(jī)瑞士 Digital-Logical 公司生產(chǎn)的 PC/104總線標(biāo)準(zhǔn)CPU模塊 MSM586SV2) 電隔離數(shù)字輸入/輸出模塊 美國Diamond System公司生產(chǎn)的PC/104

25、總 線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字 I/O 模塊 IR1043) 串口通訊卡 美國Diamond System公司生產(chǎn)的PC/104總線標(biāo)準(zhǔn)串口通訊卡 E mm-8AT4) 數(shù)據(jù)采集控制卡美國DELTA TAU公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集控制卡PMAC2A-PC1045) A/D轉(zhuǎn)換器美國Diamond System公司生產(chǎn)的PC/104總線標(biāo)準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換 卡 Dm 16AT6) 傳感器無人直升機(jī)的傳感器采用霍爾效應(yīng)的磁電式傳感器CS3040光纖傳感器等外部傳感器、以及零位傳感器和限位傳感器等控制傳感器。7) 微控制器日本FUTEBA對(duì)無人機(jī)進(jìn)行起飛輔助。8) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一美國TSM-FORD ISD3(FOR UF)

26、動(dòng)力提供9) 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)一美國CNTPDA-II,無人直升機(jī)的自動(dòng)巡檢支持模塊。10) 無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用美國 Microwave Data System 公司生產(chǎn)的無線高速SCADA數(shù)傳電臺(tái)9. 外委的工作內(nèi)容和工作量；1) 桿塔坐標(biāo)采集： 30 天2) 設(shè)備動(dòng)力測(cè)試： 30 天3) 測(cè)試試驗(yàn)： 30 天10. 根據(jù)項(xiàng)目情況提出適合的應(yīng)用實(shí)施方案。輸電線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)具體實(shí)施方案:方案一：配置無人直升機(jī)系統(tǒng)方案二：租賃無人直升機(jī)系統(tǒng)方案效果1 為電力巡線開辟一種新的巡檢平臺(tái)，提高輸電線路的巡線自動(dòng)化水 平；2. 采用了自動(dòng)駕駛技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)，對(duì)無人巡檢 直升機(jī)的飛行姿

27、態(tài)，飛行參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控，保證實(shí)時(shí)了解無人直升 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，通過飛行控制系統(tǒng)控制無人巡檢直升機(jī)按照預(yù)先設(shè)定 的航線自動(dòng)巡航。3. 無人直升機(jī)搭載的攝像機(jī)或照相機(jī)等設(shè)備將輸電線路情況傳輸至 地面站，保障地面站人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障。4. 能夠用來代替許多高危的輸電線路巡檢工作， 并可在許多惡劣的地 理環(huán)境下進(jìn)行巡檢，為應(yīng)對(duì)突發(fā)的事件，米取有效的措施，保障輸 電線路的安全運(yùn)行，起到了良好的作用。方案優(yōu)勢(shì)1. 能夠自主地協(xié)調(diào)工作安排，具有 完全的自主權(quán)；2. 巡檢成本低，只需要低維護(hù)成本；3. 可充當(dāng)固定資產(chǎn)1. 無需專業(yè)人員參與，只需配合作業(yè)即可；2. 不需要進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)3. 節(jié)約人員方案不足1.

28、需要1-2專門人員進(jìn)行日常維護(hù)2. 需要對(duì)操作人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。1. 自主性不強(qiáng)，無法處理突發(fā)事件2. 巡檢成本較咼，長(zhǎng)期費(fèi)用咼。（按巡檢公里數(shù)計(jì)算收取費(fèi)用）方案費(fèi)用購置方案與租賃方案相當(dāng)（詳見“九、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算”五、預(yù)期目標(biāo)和成果形式1. 闡明項(xiàng)目研究預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)；一、直接帶來巡線管理成本的降低，提高經(jīng)濟(jì)效益。以輸電線路1000公里巡檢任務(wù)而言，輸電線路架設(shè)地理位置比較惡劣，巡線比較 困難，若按照3人一組，每天人工巡視6公里（折算2公里/人*日），人工每月一次巡視 1000公里線路需要500人*日。按照每天每人費(fèi)用300元計(jì)算，一年人工巡視費(fèi)用為180 萬（500*12*300=180萬元

29、）。采用無人直升機(jī)巡線系統(tǒng)近進(jìn)行輸電線路的巡視， 4人一組操作該設(shè)備， 平均每天 巡視60公里（按照無人機(jī)的平均巡檢速度 30公里/ 小時(shí)；每天巡檢 2小時(shí)計(jì)算，折算 15 公里/人*日），因此巡視萬1000公里線路需要66.7人*日，按照每天每人費(fèi)用 300元計(jì)算， 一年的人工費(fèi)用為 （66.7*12*300=24.012 萬元）。無人直升機(jī)的使用壽命為 5年，按照 5 年的使用期， 無人直升機(jī)的設(shè)備折舊費(fèi)為 33萬/年（總研發(fā)費(fèi)用為 165萬元）。無人直升 機(jī)每年巡線費(fèi)用約為 57萬元（ 24.012+33=57.012萬元）。因此，利用無人直升機(jī)與人工巡線相比較， 每年可節(jié)省費(fèi)用約 10

30、8萬元。設(shè)備的成 本回收周期為： 1.53 年，使用壽命周期 5年內(nèi)，能夠節(jié)約成本 540萬元。二、全面提高巡檢工作的自動(dòng)化水平，有效提高巡線工作效率、質(zhì)量和安全性。我國已有超高壓線路約 23 萬公里，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展還在進(jìn)一步加長(zhǎng)， 保障電網(wǎng)輸電 安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。超高壓輸電線路巡檢目前主要采用人工巡檢作業(yè)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著工業(yè)發(fā) 展，電網(wǎng)容量的增大和額定電壓等級(jí)提高，對(duì)輸電安全性、可靠性提出了更高的要求。 因此做好輸電線路的巡檢工作意義重大。無人直升機(jī)沿著輸電線路上方直線飛行，從高空俯視角度進(jìn)行全程記錄，巡檢結(jié) 果詳盡（包括導(dǎo)地線、絕緣子、壓接管、金具附件、鐵塔、線路走廊等） 。并能懸

31、停仔 細(xì)觀測(cè)問題所在，巡檢效率高。而人工巡視采用簡(jiǎn)單的目測(cè)或用望遠(yuǎn)鏡檢查，準(zhǔn)確度 低；或在停電檢修時(shí)人工走線檢查，次數(shù)少；人工巡視有時(shí)還受到高山深谷的影響， 需要變換地點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，可能就存在沒有發(fā)現(xiàn)的問題。目前，國內(nèi)相當(dāng)多電力企業(yè)都存在對(duì)超高壓輸電線路無人直升機(jī)機(jī)巡檢系統(tǒng)的需 求。而迄今為止， 我國的超高壓輸電線路無人巡檢直升機(jī)的應(yīng)用研究還處在研制階段， 尚無成熟的產(chǎn)品應(yīng)用于輸電線路巡檢作業(yè)。輸電線路無人直升機(jī)巡線的應(yīng)用，不僅提高了線路巡檢的精度，提高了巡檢的效 率。也標(biāo)志著我國電力行業(yè)的科技應(yīng)用達(dá)到了國際先進(jìn)水平，體現(xiàn)了巨大的社會(huì)效益 與效應(yīng)。三、提升線路運(yùn)檢應(yīng)急反應(yīng)能力，達(dá)到減負(fù)增效的目的

32、，為電力系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確 獲取輸變線路第一手信息，實(shí)現(xiàn)高效、科學(xué)決策，保證輸電線路安全運(yùn)行提供了最新 的技術(shù)解決方案，同時(shí)也是電力應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。甘肅省電網(wǎng)河?xùn)|地區(qū)的覆冰情況比較嚴(yán)重，覆冰時(shí)節(jié)，人工檢查工作特別危險(xiǎn)， 因此，利用無人直升機(jī)進(jìn)行特殊巡視，能夠第一時(shí)間掌握災(zāi)害發(fā)生的危害情況，為搶 修工作提供科學(xué)直觀的指導(dǎo)依據(jù)。2. 明確敘述提高研究成果的形式， 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)； 要求成果提供的形式能夠被其 他研究人員掌握，使成果的使用權(quán)具有可轉(zhuǎn)移性。研究成果為：無人直升機(jī)巡檢系統(tǒng) 1 套 地面控制站系統(tǒng) 1 套 地面通訊裝置 1 套 操作說明書 1 份無人直升機(jī)電力巡線飛行工作規(guī)程 1

33、 份 以上所提供的成果均由專業(yè)飛行隊(duì)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。 備注：無人直升機(jī)電力飛行工作規(guī)程的知識(shí)產(chǎn)權(quán)由酒泉超高壓局與廈門加能電 力科技有限公司共同獲得。2.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參數(shù)1）無人直升機(jī)機(jī)體參數(shù)? 機(jī)體參數(shù)：主旋翼長(zhǎng) 2146mm尾旋翼長(zhǎng) 403mm機(jī)體總長(zhǎng) 1778mm機(jī)體全寬 508mm機(jī)體全高 711mm 重 量大約16kg （全負(fù)載加燃油起飛重量約32kg）? 航行時(shí)間： 1.5-2 小時(shí)? 最大燃料容量 :10L? 最大有效載荷： 15kg? 飛行速度： 0-60km/h （可懸停）? 飛行高度： 0-4000m? 任務(wù)設(shè)備：高清攝像機(jī)： 1080線? 使用燃料：汽油 +潤滑油

34、混合? 緊急狀況：可設(shè)置失控保護(hù)保持飛機(jī)原地不動(dòng)（如信號(hào)干擾）? 飛行穩(wěn)定儀：能夠協(xié)助飛行人員增加飛機(jī)穩(wěn)定性和安全性， 在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)， 飛行人員只要控制油門即可維持飛機(jī)懸停處于平穩(wěn)狀態(tài)。2）地面基站組成? 物理層硬件組成： 主要電源管理器、筆記本電腦、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視器、圖像接收 監(jiān)視器、圖像接收電臺(tái)、圖像接收天線、數(shù)據(jù)傳輸天線等組成。? 軟件組成： 地面站操作軟件（用于操作訓(xùn)練的模擬器、飛行中增益可調(diào)、飛行 中航點(diǎn)可調(diào)、地面站可遙控負(fù)載伺服舵機(jī)、支持鼠標(biāo)點(diǎn)擊編輯航點(diǎn)功能、可在 線調(diào)整和保存所有控制參數(shù)，附帶使用方便的獨(dú)立式參數(shù)調(diào)整軟件可實(shí)時(shí)遙測(cè) 飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并記錄所有遙測(cè)數(shù)據(jù)）、GPS精度

35、檢測(cè)、自駕儀溫度檢測(cè)、設(shè) 計(jì)航線、實(shí)時(shí)切換航線、電子地圖、航跡回放等功能等軟件。六、合作單位或依托工程單位落實(shí)情況1. 如需同其他單位進(jìn)行合作，說明合作單位的落實(shí)情況； 合作單位為：廈門加能電力科技有限公司 該單位主要落實(shí)：運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，設(shè)備的總體設(shè)計(jì)，設(shè)備的功能設(shè)計(jì)，功能 設(shè)備的集成，設(shè)備試驗(yàn)測(cè)試，設(shè)備的改進(jìn)，設(shè)備研究總結(jié)交流等各項(xiàng)工作。2. 如需結(jié)合依托工程進(jìn)行試點(diǎn)研究， 說明依托工程及其與本項(xiàng)目結(jié)合的情況， 出具依 托工程單位承諾提供相關(guān)條件的證明文件。本系統(tǒng)不需要依托工程進(jìn)行，獨(dú)立系統(tǒng)完成。七、項(xiàng)目承擔(dān)單位的條件1. 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的情況介紹；酒泉超高壓輸變電公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 劉世斌

36、，電力系統(tǒng)自動(dòng)化 ，高級(jí)工程師，負(fù)責(zé) 項(xiàng)目的調(diào)研與實(shí)施，負(fù)責(zé)多個(gè)大型工程項(xiàng)目的策劃實(shí)施 。廈門加能電力科技有限公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：宋彩珠，總經(jīng)理，電氣自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí) 工程師，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的聯(lián)系研究，曾擔(dān)任多個(gè)大型項(xiàng)目的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，包括：貴州電網(wǎng) 公司凱里供電局無人機(jī)巡檢系統(tǒng)，貴州超高壓運(yùn)檢公司無人機(jī)系統(tǒng)，廈門超高壓局巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，貴州超高壓局巡檢機(jī)器人系統(tǒng)等重大項(xiàng)目。2. 項(xiàng)目承擔(dān)人員的專業(yè)、特長(zhǎng)、工作量和在本項(xiàng)目中的應(yīng)用;序 號(hào)姓名職務(wù)職稱專業(yè)本項(xiàng)目中分工工作單位12345宋彩珠總經(jīng)理咼工電氣自動(dòng)化項(xiàng)目研究聯(lián)系廈門加能電力科 技有限公司6章賢煜項(xiàng)目經(jīng)理工程師計(jì)算機(jī)技術(shù)項(xiàng)目研究廈門加能電力科 技有限公司7劉天和技術(shù)員工程師電氣自動(dòng)化項(xiàng)目實(shí)施廈門加能電