董灵鹏,丁建,汤培良,曹浩楠,邹国平,杨仕友
DONG Lingpeng,DING Jian,TANG Peiliang,CAO Haonan,ZOU Guoping,YANG Shiyou

• 1:浙江大学电气工程学院
• 2:国网浙江省电力有限公司检修分公司
• 3:杭州格创新能源有限公司

摘要(Abstract)：

目前巡检无人机与输电线之间的距离主要依据目视判断,存在巨大的安全隐患,而现有的安全距离判断方法各有优缺点,难以直接应用于无人机巡检。对此,基于有限元算法及Maxwell软件建立了500 kV架空输电线路的仿真模型,并对比分析了二维仿真模型与三维仿真模型的计算结果。计算结果表明,可以利用二维仿真模型代替三维模型进行电场分析。在此基础上提出了直接利用电场有效值、电场有效值与高度相结合2种方法来确定无人机飞行的安全距离范围,并在实际500 kV线路上进行了现场测试。测试结果表明,电磁场测距技术的实际最大误差不超过10%,可以满足工程应用需求。该方法可为输电线路无人机巡检距离控制、航向规划和安全避障提供参考。
At present, the distance between the inspection UAV and the power line is mainly judged by the naked eye, which is a great potential safety hazard. However, the existing methods for judging safe distance have their own advantages and disadvantages, which are difficult to be directly applied to UAV inspection.Therefore, a simulation model of 500 kV overhead transmission line is established based on finite element method and Maxwell, and the calculation results of two-dimensional simulation method and three-dimensional method are compared and analyzed. It shows that the two-dimensional model can replace three-dimensional model for electric field analysis. On this basis, two methods, namely, electric field effective value and electric field effective value combined with height, are proposed to determine the safe distance range of UAV flight, and field tests are carried out on the actual 500 kV line. According to the analysis of the test results,the actual maximum error of the electromagnetic field ranging technology is less than 10%, which can meet the needs of engineering applications. This method can provide a reference for UAV inspection distance control, course planning and obstacle avoidance.

关键词(KeyWords)： 无人机;输电线路;电磁场;有限元;避障;路径规划
UAV;transmission line;electromagnetic field;finite element method;obstacle avoidance;path planning

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国网浙江省电力有限公司科技项目（5211MR170003）

作者(Author): 董灵鹏,丁建,汤培良,曹浩楠,邹国平,杨仕友
DONG Lingpeng,DING Jian,TANG Peiliang,CAO Haonan,ZOU Guoping,YANG Shiyou

DOI: 10.19585/j.zjdl.202102001

参考文献(References)：

• [1]汤明文，戴礼豪，林朝辉，等.无人机在电力线路巡视中的应用[J].中国电力，2013,46(3):35-38.
• [2]邵瑰玮，刘壮，付晶，等.架空输电线路无人机巡检技术研究进展[J].高电压技术，2020,46(1):14-22.
• [3]彭向阳，易琳，钱金菊，等.大型无人直升机电力线路巡检系统实用化[J].高电压技术，2020,46(2):384-396.
• [4]彭向阳，钱金菊，麦晓明，等.大型无人直升机电力线路全自动巡检技术及应用[J].南方电网技术，2016,10(2):24-31.
• [5]LARRAURI J I,SORRROSAL G,GONZ魣LEZ M.Automatic system for overhead power line inspection using an Unmanned Aerial Vehicle—RELIFO project[C]//2013 International Conference on Unmanned Aircraft Systems(ICUAS).Atlanta,GA,USA:IEEE,2013.
• [6]李栋，林靖宇，高鹏宇，等.无人机输电线路巡检中安全距离测量方法[J].广西大学学报（自然科学版），2016,41(2):498-505.
• [7]BIRNBAUM Z,DOLGIKH A,SKORMIN V,et al.Unmanned Aerial Vehicle security using behavioral profiling[C]//2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems(ICUAS).Denver,CO,USA:IEEE,2015.
• [8]彭向阳，陈驰，饶章权，等.基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断[J].高电压技术，2015,41(1):159-166.
• [9]陈驰，彭向阳，宋爽，等．大型无人机电力巡检LiDAR点云安全距离诊断方法[J].电网技术，2017,41(8):2723-2730.
• [10]彭向阳，陈驰，徐晓刚，等.基于无人机激光扫描的输电通道安全距离诊断技术[J].电网技术，2014,38(11):3254-3259.
• [11]彭福先，张玮，祝晓军，等.基于激光点云精确定位的输电线路无人机自主巡检系统研究[J].智慧电力，2019,47(7):117-122.
• [12]付红安，王学平，田帅，等．基于无人机激光雷达技术的输电线路走廊清理方法[J]．电测与仪表，2019,56(23):146-152.
• [13]XU S,VOSSELMAN G,OUDE ELBERINK S.Multipleentity based classification of airborne laser scanning data in urban areas[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2014,88:1-15.
• [14]黎炎，李哲，胡丹晖，等．基于雷达监测信号的输电线路安全预警系统[J]．电测与仪表，2019,56(4):70-74.
• [15]张文峰，彭向阳，钟清，等.基于遥感的电力线路安全巡检技术现状及展望[J].广东电力，2014,27(2):1-6.
• [16]彭向阳，梁福逊，钱金菊，等.基于机载红外影像纹理特征的输电线路绝缘子自动定位[J].高电压技术，2019,45(3):922-928.
• [17]郑天茹，孙立民，娄婷婷，等.基于电磁场计算的输电线路无人机巡检安全飞行区域确定方法[J].山东电力技术，2018,45(2):27-30.
• [18]刘壮，杜勇，陈怡，等.±500 k V直流输电线路直线塔无人机巡检安全距离仿真与试验[J].高电压技术，2019,45(2):426-432.
• [19]吴军，刘壮，吴向东，等.直流输电线路中无人机巡检安全距离电场仿真分析[J].湖北电力，2017,41(4):14-19.
• [20]吴立远，毕建刚，常文治，等.配网架空输电线路无人机综合巡检技术[J].中国电力，2018,51(1):97-101.
• [21]彭旭飞，佀荣，李立功，等.导航与定位中RTK技术研究[J].测绘与空间地理信息，2019,42(1):116-118.
• [22]刘金海，涂锐，张鹏飞，等.GPS/GLONASS/BDS组合的RTK模型与精度分析[J].测绘科学，2019,44(1):144-150.
• [23]曾懿辉，何通，郭圣，等.基于差分定位的输电线路多旋翼无人机智能巡检[J].中国电力，2019,52(7):24-30.