复合翼无人机在海底电缆保护区巡视中的应用

2019-12-25吕泰龙吴青帅岑贞锦

通信电源技术 2019年12期

吕泰龙，陈政，吴青帅，岑贞锦

（南方电网有限公司超高压输电公司海口分局，海南海口 570100）

1 500 kV 海缆运维情况

500 kV 海缆虽然敷设在海床上并通过海缆冲埋、路由抛石、混凝土盖板、套管等多种方式进行保护，但面对海洋水文和地质条件等诸多环境因素的变化，以及海上船舶抛锚、拖锚、海上施工、港口疏浚、非法渔业作业等海缆外力破坏风险，其安全、稳定运行仍受到挑战。

目前，海缆保护区巡视主要采用巡视船舶沿着海缆路由对海缆保护区海面进行巡视。船舶一般配备船长、轮机长、水手及巡视作业人员等人员。主要巡视内容为检查海缆保护区内是否存在船舶抛锚、海上施工、港口疏浚和非法渔业作业等。但该方法存在巡视作业时间较长、巡视效率低、巡视成本高及存在人员人身安全风险的问题。

使用无人机对海缆保护区进行巡视，不仅能快速发现海缆保护区内船舶抛锚、海上施工、港口疏浚和非法渔业作业等损害海缆的风险，以及时通知人员前往现场进行处置，更能有效提升巡视效率，降低巡视成本和避免人员落海等人身安全风险问题。

2 无人机分类对比和机型选择

目前，市面上常见的无人机，从飞行平台构型分类，可分为旋翼无人机、固定翼无人机等，其他小种类的无人机平台还包括有伞翼无人机、扑翼无人机及无人飞艇等。旋翼无人机在空中飞行时，其升力由一个或多个旋翼与空气进行相对运动的反作用获得，其中常见的旋翼无人机包括无人直升机平台、多轴飞行器及旋翼机。固定翼无人机在空中飞行时，由动力装置产生推力或拉力，由机体上的固定的机翼产生升力。多旋翼无人机具有小巧、轻便、机动性强的特点，且其可垂直起降，不需要弹射装置，可悬停、侧飞和倒飞，安全性优良，易于维护，但存在飞行高度低、移动速度相对较慢及飞行距离短的缺点。固定翼无人机具有飞行距离长、巡航面积大、飞行速度快、飞行高度高及可设置飞行航线的优点，但是同时存在不能悬停、机动性相对较差的缺点[1]。结合海缆保护区航程较长、海缆保护区范围较大的特点，可选用复合翼无人机对海缆保护区进行巡视。复合翼无人机既能发挥固定翼无人机飞行距离长、巡航面积大、飞行速度快的特点，在飞机起降方面可利用多旋翼进行垂直起降，也可采用滑跑方式进行起降，降低无人机对起降场地、起降配套装置和设施的要求。

3 海缆保护区巡视应用案例

500 kV 海缆保护区巡视内容主要为检查海缆保护区内是否存在船舶抛锚、海上施工、港口疏浚和非法渔业作业等。通过使用复合翼无人机图传系统对海缆保护区进行实时巡查，同时对海缆保护区进行视频录制和拍照。后期可对拍照照片进行拼接处理，生成一张海缆保护区拼图。在发现海缆保护区内存在船舶抛锚、海上施工、港口疏浚和非法渔业作业时，可通过后台获取目标船舶位置信息，并利用复合翼无人机定点对目标船舶进行跟踪。地面人员将立即通知应急处置人员赶往现场对目标船舶进行处置。

3.1 无人机系统配置

复合翼无人机系统包括无人机飞行器、飞行控制器、无人机地面站、图像传输系统、高清摄像机及云台等。复合翼系统起降可通过滑跑起降，也可通过多旋翼起降。固定翼系统由油动系统驱动，多旋翼系统由电动系统驱动。复合翼无人机系统性能如表1 所示。

表1 复合翼无人机系统性能表

3.2 人员配备

人员配置如表2 所示。

3.3 路线规划

复合翼无人机的起飞地点即为降落地点。本次飞行任务中，海缆保护区内最外侧海缆两侧等宽，飞行范围近似于矩形。但由于海缆保护区范围较大，航程长，而单程复合翼无人机飞行可拍摄的海面宽度是一定的，因此需要复合翼无人机飞行多个来回才能覆盖海缆保护区。此外，在海缆保护区拼图制作过程中，需要保证照片重叠率，因此路线规划如图1 所示。

图1 路线规划图

3.4 作业流程

作业流程如图2 所示。

表2 人员配置表

图2 复合翼无人机巡视作业流程

3.5 飞行结果

本次飞行任务按照图2 作业流程开展。在试飞阶段，复合翼无人机飞行平稳，飞行器平台和任务荷载工作无异常，附近无障碍物和飞行信号干扰物。使用复合翼无人机对海缆保护区进行巡视期间，按照规划路线完成海缆保护区的巡视，飞行器平台和任务荷载工作无异常。利用图传系统实时查看海缆保护区内船舶情况，未发现船舶抛锚、海上施工、港口疏浚和非法渔业作业等。飞行天气为阴天，风力为3 级，总计飞行时间为77 min，飞行架次为4 个架次。拍摄视频和照片清晰。拼图清晰可见，进一步放大后可辨认细节。