无人机动态跟踪展示系统设计

高妙仙++胡天硕

摘 要

本文从电力系统实际应用出发，利用无人机体积小、可执行高风险任务等特点，结合高分辨率遥感影像和输电线路三维仿真，设计实现了无人机动态跟踪展示系统，帮助地面工作人员很好地把握无人机飞行区域的总体状况，并对无人机飞行进行监控，确保无人机飞行安全。

【关键词】无人机 电线路动态 跟踪展示 系统

1 引言

无人机（Unmanned Aerial Vehicle）简称UAV，又名无人空中飞行器或空中机器人（Aerial Robotics）。无人机因其体积小、隐蔽性好、可执行高风险任务的特点被越来越多的行业所应用，发展前景广阔。

随着超高压、特高压远距离输电技术的发展，输电线路距离长、沿线地形复杂、输电线路塔体高等因素导致常规的线路巡检作业方法已难以满足输电线路的巡检要求。无人机航巡输电线路成为一种新的线路巡检方法，它不受地形环境限制，具有效率高、作业范围广的优势。无人机大范围地参与巡线、带电作业和线路施工，相应的无人机系统相关研究也随即展开。

一套完整的无人机系统是由无人机和无人机地面站系统组成，无人机地面站作为整个无人机系统的“神经中枢”对整个无人机系统起到非常重要的作用。在无人机航巡输电线路作业中，巡线无人机通过信号发射装置将数据发送至地面工作站，从而实现对无人机的监视、导航和控制，完成既定巡线任务。这就需要一个适用于无人机的电子导航地图，实时显示无人机的位置和飞行路径，方便操作人员对无人机进行监控，并将无人机的定位信息实时存储到数据库中，以便对数据进行分析与处理并实现轨迹回放再现功能。图1所示的流程图概括了无人机动态跟踪展示系统的设计过程。

2 无人机动态跟踪展示实现

采用无人机航巡输电线路，可以对输电线路本体缺陷、通道隐患进行快速探测，在各种复杂地形、恶劣气候、灾害天气下，可做到及时、准确、高效地获取现场资料。

本文设计实现的无人机动态跟踪展示系统采用GIS、RS和虚拟现实技术，集成了多源（包括影像数据、DEM、三维模型数据）海量数据，客户端可实现三维影像数据快速浏览和电网三维模型高速渲染。系统通过串口数据对接技术，能够实时接收地面工作站发送的报文数据，在三维系统中实时显示无人机飞行位置，及相关飞行姿态信息，辅助工作人员进行无人机飞行监控，并通过高分辨率遥感影像和高精度电力设备模型把握无人机飞行区域的总体状况，控制无人机的飞行线路，确保无人机飞行安全。

2.1 基于高清晰度遥感影像的飞行监控环境

无人机动态跟踪展示系统通过使用实验区0.5米分辨率遥感影像数据、高精DEM数据，对电网设备所在区域进行仿真，再现电网设备所在区域的自然环境，建立系统所需要的输电运行监控区域。同时，在三维场景中，实现基于鼠标、键盘的场景缩放、移动、翻转等交互操作。

2.2 高精度电力设备仿真

建立杆塔、电线、变电站等电力设备的三维模型，并植入三维场景中，对输电区域内的电力设备进行仿真再现，如图2。

2.3 无人机实时动态跟踪展示

无人机动态跟踪展示基于高清晰度遥感影像的飞行监控环境和杆塔线路数据、电力设施数据，采用串口形式实现与地面工作站的信号接收装置对接，实现无人机实时动态跟踪展示。

根据通讯规约，系统对接收到的加密报文数据进行解析，并将其编译为EV-Globe平台支持的数据格式。

通讯规约报文通讯格式如表1。

表1

AA 功能码 数据 FF

其中AA为开始位，FF为结束位。解析的数据内容包括转动角、俯仰角、偏航角、经度、纬度、高度、速度等信息。解析后的数据内容能够在系统中进行实时显示。

2.4 轨迹飞行模拟

无人机地面工作站将设计好的飞行路径文件（kml格式，数据内容主要是路径关键点坐标信息），导入三维GIS系统中，实现无人机模拟飞行，如图3。

2.5 与三维数字地理信息系统无缝集成

无人机动态跟踪展示系统能够无缝集成到已有的三维数字地理信息系统中，沿输电线路进行模拟巡线。无人机上装备稳定的可见光检测仪与成像仪等载荷，对输电线路进行检查和录像，具有高科技、高效率，不受地域影响等优点。巡线无人机通过悬停、定点拍照，将设备状况、线路通道等画面实时传送至地面控制台，如图4。

三维数字地理信息系统集成地面控制台接收到的设备多媒体信息，并通过查询线路详细信息，对获得的资料进行查询、显示。

3 总结

无人机智能巡线广泛应用于高山、河流地区的输电线路巡线，以此降低电力行业的直接投资成本、劳动强度和人力资源消耗，大量节省输电线路巡检和电路故障解决时间，提高电力行业在自然灾害发生后的应急抢险速度，有助于提高电网运行的稳定性。

无人机实时动态跟踪展示与导航是无人机完成各项任务的重要前提。通过开发本系统，在规划航迹、动态监视、组合导航定位过程中，结合高分辨率遥感影像和输电线路三维仿真，可以更加直观、更加精确、更加人性化，因此具有较好的应用价值和前景。

参考文献

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作者单位

1.地理空间信息技术国家地方联合工程研究中心，福建省空间信息工程研究中心，福州大学 福建省福州市 350002

2.北京国遥新天地信息技术有限公司 北京市 100101