缩短照明无人机无效作业时间的研究

赵军 陈益平

[摘    要]通过对应急系留照明无人机无效作业时间的测定与分析，确定造成无效作业时间的关键因素。通过对关键因素的分析对比找出影响无效作业时间的直接原因，采取改造加装电动散热装置、电动卷线器，改用LED多面向光源等措施，缩短了照明无人机无效作业时间。

[关键词]无人机;照明;电动散热;电动卷线;多面向光源

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–0–02

Research on Shortening the Ineffective Operation Time of Illuminated UAV

Zhao Jun， Chen Yi-ping

[Abstract]Through the measurement and analysis of the invalid operation time of the emergency moored lighting UAV， the key factors causing the invalid operation time are determined. Through the analysis and comparison of key factors to find out the direct causes that affect the invalid operation time， measures such as retrofitting and installing electric heat sinks， electric wire reels， and switching to LED multi-faceted light sources have shortened the invalid operation time of the illuminated UAV.

[Keywords]UAV; lighting; electric cooling; electric winding; multi-faceted light source

广东位于台风高发地区，输配电线路极易面临飘挂物、断线、跳闸甚至倒塔事故，若不及时消缺，将带来巨大的威胁和损失。因此，消缺工作经常需在夜间抢修完成。夜晚作业时，在条件允许的情况下使用系留照明无人机进行照明，能够大大提高夜间登高作业的安全性和效率。通过统计，白天和夜晚同类作业时长相差最高达到102 min。

通过对比，缩短夜晚登高作业时间可以有效地减少线路停电时间，挽回停电损失，其意义重大。而降低系留照明无人机的无效作业时间对缩短夜晚作业时间起着关键作用。

1 无效作业时间因素

现阶段常用的应急系留照明无人机是使用柴油机供电，通过电缆向如风4无人机传输电能，如风4无人机上配备照明灯的一种特种作业无人机。为了分析数据更精确，按照无人机作业分成8个过程进行耗时统计，如图1所示。

通过对数据进行分析可知，“现场工具规划”“飞行中调整”这两项耗时占比很高，所以最终确定“现场工具规划耗时过长”“飞行中调整耗时过长”是重点制约因素。

2 原因分析确定

根据调查，目前使用中在线盘过热时无法进行散热，需要花费很多时间等待线盘冷却。经过人工测试和计量发现有优化的散热方式可以有效减少无人机等待线盘冷却的时间。

在卷放线测试工作中，起降匹配率远远大于110 %，说明飞机的起降速度大大高于卷放线速度。因此通过改进卷线装置有希望进一步减少卷放线时间，制作合适的卷线装置，就可以有效地缩短20 %的卷放线时间。

通过对作业的观察，目前主要照明方式为单向点束源照射，照射范围小。当作业人员需要调整作业位置时，需要飞手调整无人机悬停位置，而系留照明无人机收放系留电缆调整位置所花费的时间较长。

通过上述分析，得出结论：“缺少优化的散热方式”“没有合适的卷线装置”“照明灯照射范围小”是主要影响因素。

3 制定对策

3.1 针对“缺少优化的散热方式”要因

使用电动散热装置，经调研统计电动散热装置平均仅重12 kg，改进的措施在重量上无明显增加。同时电动装置可长时间进行散热工作，故该对策具备一定的可行性。

对线盘散热装置进行了改装，并最终加装完成了符合使用要求的电动散热装置。通过对加装电动散热装置后线盘的作业时间的统计，使用电動散热装置降低线盘导线温度的对策实施达到了预期的效果和目标要求，缩短飞行位置调整时间的目标实现了。

3.2 针对“没有合适的卷线装置”要因

加装电动卷线装置，通过调查研究，利用电动装置进行卷线操作，重量增加仅为20 kg，目前已应用在了很多领域，技术较为成熟，且装置本身具备稳定的能源输入与输出，也相对轻便，故该对策具备一定的可行性。

选择市面上较为常见的电缆收线盘轮进行优化。电缆收线盘依靠转盘把手以及内部的伸缩拉杆，沿着卷线轴的方向来回卷放线。

将电动散热装置装在电动卷线装置上，并且通过直流电机带动转动轴进行收放线，同时在内部结构中，设置双层防乱轴承，减少线缆拉伸的摩擦力，再搭接定位球固定器，以调节拉伸高度。对实施结果进行检查，其优化的项目都能满足优化程度系数的要求。

通过表1可以看出，使用加装移动轮滑底座设计的电动卷线装置实现了缩短飞行中收放线时间20 min以上，也达到了预定的目标。

3.3 针对“照明灯照射范围小”要因

经调查实验知道使用多向束光源光照面积相较原有照明面积，但调整角度较小不利于调整照射范围，故该对策的可行性较低。使用多向面光源的光照面积最大，有利于调整照射范围，因此该对策具备一定的可行性。

3.3.1 无人机光源由单向点光源升级为多向面光源

系留无人机使用单向点光源照射时，由于光线过于集中，使工作范围的覆盖较为困难，需要频繁调整无人机位置，往往占用大量时间。照射时如果角度不佳，往往会使塔上工作人员由于强光照射，无法睁眼，从而影响塔上作业，决定将系留无人机原本使用的单向点光源升级成多向面光源。

3.3.2 使用LED灯替换白炽灯

由于夜间抢修工作时间往往不能准确估计，而系留无人机续航需要柴油机发电，柴油机发电则受到柴油数量的制约。因此，降低系留无人机功耗既保证了经济性，又减少了柴油的携带量，减少了准备时间。对比发现使用LED灯与白炽灯的照明效果，但LED灯的耗能只有白炽灯的一半，更为经济实用，因此选择使用LED灯代替白炽灯作为系留无人机的照明手段。

3.3.3 对于改良前后的无人机在实际工作的耗费时间进行了测试

选择试验场四基不同的杆塔进行，要求作业人员从A相依次转移到B相和C相，对照明时间进行统计，得到表2。

由表2可知，改良无人机光源可以节约超过24 min的照明时间，也完成缩短原照明时间25 %的目标，因此该对策实施已按要求完成。

4 成果应用

在改进措施完成之后，以2018年9月16日—2019年2月11日的10次检修测量时间作为基准，对比2020年1—3月的5次检修，选择塔型和地势相似检修位置进行对照，以系留照明无人机作业环境（气温、路程、地形）、塔型及工作内容为参考（改进前），选条件相似作业的系留照明无人机作业（改进后）进行症结耗时对比（见表3）。

实施了一系列的巩固措施之后，所有检修作业的症结耗时相比实施前症结耗时能稳定地保持在缩减50 %以上，并随着巩固措施实施的时间推移有小幅度的增长。

5 结束语

从对改良版无人机使用效果来看，改良版系留无人机对各地夜间抢修工作都能缩短其症结耗时38.2 min之内，其效率都提升到50 %以上，取得了理想的效果。

参考文献

[1] 贾海瀛，陈健德，关山.无人机技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2020.

[2] 榮浩磊.城市夜景照明工程设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.