电力巡线无人机产品设计方法浅谈

王子琦，孙昕，吕卉，刘丹

（1.尚良仲毅（沈阳）高新科技有限公司，辽宁 沈阳 110000；2.辽宁壮龙无人机科技有限公司，辽宁 沈阳 110136）

0 引言

随着对无人机的研究逐渐深入，无人机的功能被极大的开发，被应用于各行各业。传统的电力巡线领域巡查通常以人工巡查为主，直升机巡查为辅，但这两种巡查方式存在着工作效率低，人力成本高，工作量大，技术门槛高，运行费用高等缺点。因此，在电力巡线技术革新的过程中，引入了无人机进行电力巡线。无人机小巧灵活，运行成本不高，可以轻易快速地到达需要巡查的线路区段。通过搭载摄像机和红外探测系统，将所拍摄的图像实时传输给电力巡线的技术人员，便于技术人员及时了解线路运行状况。可见，相比于传统电力巡线方式，无人机电力巡线具有更高的工作效率，更高的安全性，并且受环境因素影响较小。因此，国内外当前都致力于由传统电力巡线方式向无人机电力巡线迈进[1]。

1 国内外电力巡线无人机产品研究现状

1.1 国外电力巡线无人机产品研究现状

由于发达国家最先开始将无人机运用在电力巡线领域，所以这些国家的技术较为先进，除了电力巡线无人机设计技术较为先进外，还优化了处理图像、数据的软件系统。

西班牙马德里理工大学将计算机视觉技术应用于无人机巡线导航系统上，利用GPS、跟踪技术和图像数据处理算法，对无人机的巡线进行导航，并对无人机巡线过程中可能出现的问题，以及巡线中可能遇到障碍物的问题提出解决的办法。

英国Bangor大学在无人机的起降方式上做出重大创新，研发了垂直起降式无人机，并为无人机装置了能源提取装置，可以从线路上自动获取电能。

澳大利亚联邦科学与工程研究组织将无人机的研究重心放在飞行线路中障碍物的自动探测和自动躲避系统上，主要研究对象是小型的T21型无人直升机，但当前仍未实际应用。

1.2 国内电力巡线无人机产品研究现状

由于我国无人机研究起步较晚，与国外发达国家相比，我国电力巡线无人机的研究相对逊色。我国无人机研发要解决的主要问题仍然停留在硬件的开发上，相比于国外的技术还有一定的差距，需要研究人员不懈努力，推动电力巡线无人机产品的设计和研发。国家电网公司的相关研究人员进行过巡线实验，通过无人机搭载的高清相机和红外热成像仪，发现了部分线路问题，使电力巡线无人机的研究更进了一步；湖南省电力科学研究院改进了冬季巡线过程中无人机出现的一些缺陷；辽宁省本溪市供电公司以及江西、安徽电网也都进行过无人机巡线的尝试。当前国内的电力巡线无人机相关研究不够完善，多数停留在试验阶段，对技术的研究不够深入，还需要不断的完善和提高[2]。

2 当前电力巡线无人机产品的缺陷

2.1 当前采用的系统和技术无法满足多样化需求

可见光和红外热成像是当前电力巡线无人机经常使用的两种图像采集系统。红外热成像技术检测放电的方法是测量设备温升，一般情况下，电晕放电会产生温度升高的现象，但高压电力设备是个例外，一般不会有明显的温度升高的现象出现。除此之外，没有找到合适的方法对放电绝缘子进行检测。另外，外部环境对于这种方法的检测结果有较大的影响，会影响检测结果的准确性。

除了技术层面的问题，当前的电力巡线无人机产品还要克服霜冻、雷雨、高温、闪电等自然气候的影响。例如在低温地区会使产品的续航能力大大降低，严重影响巡检效果。不同的地区有不同的气候、地形、人文等特点，当前配置基本相同的电力巡线无人机无法满足不同地区的个性化需求，在电力巡线无人机产品的功能方面仍需要完善和改进[3]。

2.2 设计逻辑混乱影响实际操作

电力巡线无人机的设计与操作的人员并不是同一批人员，设计人员在设计监测系统的过程中，缺乏对无人机功能的整体规划和布局，导致电力巡线无人机的功能布局不清晰，甚至不合理。由于设计人员一般不是实际的操作者，所设计的无人机系统还可能出现逻辑混乱等问题，给操作人员的实地操作造成了很多不必要的麻烦。设计者如果无法统筹整个无人机巡查过程，就无法使电力巡线无人机产品的设计具有整体性和系统性，会导致各个功能区之间相互矛盾，不能协同作用并且影响操作人员的实际操作和工作效率，也会使无人机的研发具有局限性[4]。

2.3 疏于外观设计

虽然技术上的研发创新对于无人机来说是最主要的，但无人机的外观也是需要得到充分考虑的部分。我国的电力巡线无人机产品存在着形象较差和外形同质化的问题，各地区、各部门、各研究所研发出的无人机外形千篇一律，缺乏创新性的设计。虽然将大量的人力资金投入到技术中无疑是正确的做法，但通过外形的创新提高辨识度和关注度，也有利于电力巡线无人机的发展。更加新颖、更加具有科技感的外形能吸引更多青年人才、投资企业、社会力量投入到电力巡线无人机产品的发展中。

3 电力巡线无人机设计改进方法

3.1 引进先进的技术，采用适合的材质

要使电力巡线无人机更好地完成电力巡线领域的任务，必须要积极引进国外先进技术，同时提升自主研发能力。在制作电力巡线无人机时，要选用良好的符合需要的材料。所选用的材料应该具有良好的抵抗外部天气条件变化的能力，满足电力巡线无人机飞行的所有要求，同时还需要解决相机搭载的问题。承载不同类型相机的无人机材料选取有所不同，例如，相比于白光红外相机来说，紫外相机要重很多，那么承载紫外相机的电力巡线无人机的材料的重量就要相对较小，但还需要保证对于电力巡线无人机的强度要求。这个时候碳纤维、T700塑料是比较好的可选材料，可以应用于承载紫外相机的电力巡线无人机的制作。针对不同地区的气候特点，选用不同的材料制作电力巡线无人机。例如在低温的环境中，电力巡线无人机的续航能力会大大降低，这时电池保温仓的材料选择就十分重要。相比于常温下，经常工作于低温环境中的电力巡线无人机的电池保温仓的材料首先就需要具有保温功能，其次，为了保证电力巡线无人机的稳定飞行，还需要在电池仓内部加热，所以电池保温仓的材料还需要具有较好的耐热性。例如具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性、电绝缘性的聚四氟乙烯，具有密度小、缓冲耐热性强等特点的聚乙烯泡沫塑料，以及酚醛树脂、像素海绵等材料都可以作为电池仓的材料[5]。

3.2 加强操作人员与设计人员之间的交流，统筹系统设计

由于操作人员与设计人员之间缺乏沟通，电力巡线无人机在实际工作的过程中会出现种种问题。针对这种情况，应该加强操作人员与设计人员之间的交流，设计人员及时向操作人员反映自己的设计理念和合理的操作方法、操作方式。同时，操作人员应该对操作过程中出现的问题及时向设计人员进行反馈，提出改进建议，帮助完善电力巡线无人机产品的设计。设计人员应该熟悉电力巡线无人机工作的整个流程，在完善自身所负责的功能设计时，要统筹兼顾其他环节，思考自身负责环节的变动是否影响其他功能的使用。统筹功能系统，合理安排功能布局，理顺操作逻辑，提高电力巡线无人机工作效率，打通设计人员与操作人员之间的障碍。

3.3 对外观和形象进行创新和改善

在电力巡线无人机产品的外观设计方面，可以进行适当的创新。结合电力巡线无人机工作地区的气候环境和人文特点，选用让人感觉挺拔的直线条或是让人感觉绵延的流线性。在配色方面，结合不同的设计理念尽可能选用能够体现设计理念的配色，可选用醒目的红色、让人舒适的蓝色、具有科技感的灰色或者是低调的黑色。再搭配一些图案，对电力巡线无人机进行一些创新性的加工，使其美感有所提高，同时更加符合大众的审美需求[6]。

4 结语

作为电力巡线领域的一种新型巡线工具，电力巡线无人机搭载白光、红外相机进行电力巡线，将所拍摄的图像实时传输给电力巡线的技术人员，便于技术人员及时了解线路运行状况，为保证电力线路的安全做出贡献。本文研究了国内外电力巡线无人机的研究情况和进展，挖掘当前电力巡线无人机产品存在的问题，如当前采用的系统和技术无法满足多样化需求、设计逻辑混乱影响实际操作、疏于外观设计等，针对性地提出相关改进措施，如引进先进的技术，采用适合的材质，加强操作人员与设计人员之间的交流，对外观和形象进行创新和改善等，期望能促进电力巡线无人机功能的优化，提高电力巡线无人机的工作效率。