一种具有近电预警功能的新型无人机的研制

张 威 纳 森 孟 贺

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

当前，消费级无人机市场已经有采用双目测距法、具备自动避障功能的无人机，但其在电力系统内应用时，经过多次试验发现，搭载自动避障功能的无人机不能完全有效避开电线、电杆、铁塔等电力设备，以致电力系统的无人机操控人员因对带电体距离判断失误或误操作而误碰带电体的事件时有发生。

为有效避免无人机误碰带电体，保障电力线路设备安全稳定运行，使无人机更安全可靠地应用在电力设备各类巡视中，本文提出通过在无人机上搭载近电预警专业集成电路，达到当无人机与带电部位距离过近时向地面飞手发送预警信号，以使其及时调整无人机飞行姿态及位置的目的。该新型无人机不仅能有效避免无人机误碰带电体，同时可利用其非接触验电电子模块作为飞行验电器。

1 项目技术方案与实施

项目的具体技术方案如下：如图1所示，一种具有近电预警功能的新型无人机，包括无人机本体1、近电预警模块2、近电预警模块的探测天线3、传输天线5、报警音传输模块6、云台相机7、报警音接收模块以及信号接收装置，还有图中没有标明的无人机模块整体外壳4。

图1 新型无人机连接关系图

具有近电预警功能的新型无人机实物模型如图2所示。无人机本体1用于搭载近电预警模块。近电预警模块2、报警音传输模块6设于无人机本体1上。近电预警模块2包括探测天线3、报警发生器，探测天线3与报警发生器电气连接。近电预警模块2用于收集环境中由高压输电线产生的电磁波信号，并发出报警信号。该模块耗电量极小，因此使用内置纽扣电池的方式供电，减少外部供电使用的线材，使模块整体更加简洁美观。报警音传输模块6用于采集近电预警模块2发出的报警信号，将报警信号转换为无线信号传输给报警音接收模块。报警音接收模块设于信号接收装置上，用于接收报警音传输模块6发出的无线信号。

图2 新型无人机整体结构图

探测天线3包括信号采集模块和滤波器，信号采集模块与滤波器电气连接，滤波器与报警发生器电气连接。采集到的电磁波信号经过滤波器后，仅保留50 Hz的工频信号，可防止其他信号干扰测量结果，降低误报率。

报警音传输模块6包括预警采集模块、信号转换模块，预警采集模块用于采集报警发生器发出的报警信号，将报警信号传输给信号转换模块。信号转换模块用于将报警信号转换为无线传输信号，并发送给报警音接收模块。报警音传输模块6工作在433 MHz频段，避免了无人机的信号干扰以及高压线产生的信号干扰。报警音传输模块6上还设有传输天线5，该天线为50 Ω的433 MHz无线传输天线，报警音无线传输模块的无线传输信号通过天线发送出去。无线传输天线5与报警音传输模块6的工作频率相同，可以有效避免信号传输过程中高压线产生的信号干扰，提高传输效率。

信号接收装置上设有警示灯和蜂鸣器，警示灯、蜂鸣器分别与报警音接收模块电气连接。当报警音接收模块接收到报警信号后，将信号再传递给警示灯和蜂鸣器，报警灯亮，蜂鸣器发出警报声，操作人员看到警示灯或听到警报声便能知道无人机靠近输电设备，可调整无人机运行线路，及时避开。信号接收装置上还设有显示屏。信号接收装置接收到报警信号后，报警信号可在显示屏上显示。无人机上还设有云台相机7，云台相机7通过无线网络与信号接收装置连接。云台相机7用于提供实时画面给地面操作人员，地面操作人员可通过信号接收装置的显示屏观看无人机飞行画面，方便操控无人机。

在一些实施例中，还包括外壳4，其通过螺丝将近电预警模块以及无线传输模块包裹成一个整体，实现密封连接。近电预警模块2、报警音传输模块6设于外壳4内，外壳4固定于无人机本体1上。将近电预警模块2、报警音传输模块6设于外壳4内，可避免外部影响，提高近电预警模块2与报警音传输模块6之间的信号传输效率。其中，外壳4上设有透气孔。加强了外壳4内的空气流通，可有效防止装置在工作过程中过热导致报警失效。

在一些实施例中，还包括电源，近电预警模块2、报警音传输模块6分别与电源连接，电源设于外壳4内。电源采用充电锂电池或普通电池；电池可内置于近电预警模块2、报警传输模块6内，减少无人机外部线路，使得无人机内部线路更为简洁。

2 项目应用与效果分析

2.1 项目具体应用

操作人员操作无人机飞行，当靠近输电线路时，传输天线5和探测天线3上的信号采集模块便能及时采集到电磁波信号，将电磁波信号传递给滤波器，滤波器仅保留电磁波信号50 Hz工频信号，防止其他信号干扰测量结果；同时报警发生器发出报警信号；报警音传输模块6上设置的预警采集模块采集报警信号，经信号转换器将报警信号转换为无线信号，通过传输天线5将无线信号发射给信号接收装置；信号接收装置内设有报警音接收模块，可及时接收报警音传输模块6发出的无线报警信号；同时通过警示灯、蜂鸣器提醒操作人员，并将报警信号在显示屏上显示；操作人员接收到报警信号后，可通过显示屏观看无人机上的云台相机7实时传输的无人机周围的画面，调整无人机飞行线路，及时避开输电线路等电力设备，避免无人机撞击输电线路等电力设备，提高无人机工作效率。

2.2 项目应用效果

该新型无人机最关键的技术在于：（1）将近电预警装置与无人机相结合，通过在合理的位置安放天线，实现精准检测高压输电线感生电磁场的功能。近电预警电子模块2通过检测环境中高压输电线路的感生磁场实现近电预警的功能，且可通过不同电压等级设定不同距离触发报警信号。（2）该新型无人机根据不同电压等级，设定不同的距离触发值，需不断优化集成电路，克服各类干扰信号，通过反复试验，使无人机在同一电压等级临近带电体时触发预警信号的距离值保持稳定。通过无线传输模块采集报警音并传输至地面端，实时通知地面操作人员，有效保护无人机飞行安全。（3）外壳的下部设有透气孔，可有效防止装置在工作过程中过热导致报警失效。（4）近电预警装置通过内置电池的方式减少外部连线，使得无人机内部线路更为简洁。（5）外壳两部分采用斜分断面的形式，保证电流互感器固定在外壳后其开口还能够完全打开，有利于安装。

3 结语

该新型无人机将近电预警装置与无人机相结合，通过在合理的位置安放天线，实现精准检测高压输电线感生电磁场的功能；同时，通过无线传输模块采集报警音并传输至地面端，实时通知地面操作人员，有效保护无人机飞行安全。