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輸電線路的巡檢工作是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要一環(huán)，而高效精準(zhǔn)的避障又是保障無(wú)人機(jī)安全工作的關(guān)鍵。在無(wú)人機(jī)巡檢輸電線路時(shí)，為了盡可能靠近巡檢對(duì)象（輸電線路、桿塔等），同時(shí)為提高作業(yè)的安全性，防止碰撞事故發(fā)生并減小人工操作成本，可為巡檢無(wú)人機(jī)配備一套高精準(zhǔn)性、高靈敏度的避障系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)避障目的，從而保障無(wú)人機(jī)巡檢工作順利進(jìn)行。

目前常用的避障系統(tǒng)有紅外避障、超聲波避障、雷達(dá)避障、三維地圖通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（general packet radio service, GPRS）避障和基于輸電線路電磁場(chǎng)原理的避障幾種。

前幾種傳統(tǒng)的避障方法都存在一定的缺陷：紅外避障由于作用距離很短，所以在室外光線強(qiáng)的情況下基本不能使用；超聲波避障的有效作用距離很難超過10m，且機(jī)翼對(duì)空氣的干擾使其更難應(yīng)用；雷達(dá)避障存在反射波過濾較難、識(shí)別避障目標(biāo)較難等問題，另外雷達(dá)避障設(shè)備體積較大、質(zhì)量較重，對(duì)于空間和載荷都十分有限的無(wú)人機(jī)來說，其應(yīng)用存在很大的缺陷；三維地圖GPRS避障存在地圖實(shí)時(shí)更新代價(jià)過大、存儲(chǔ)空間要求過大、讀取速度較慢等方面的問題，也不是十分適合無(wú)人機(jī)巡檢避障。

相對(duì)來說，基于輸電線路電磁場(chǎng)的避障方案是最為優(yōu)越的，但是其中大部分是基于直角坐標(biāo)系，這使得其也存在一些不足之處。

從理論分析推導(dǎo)來看，若輸電線路周圍空間以直角坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心，那么在上半圓周其電場(chǎng)強(qiáng)度存在很大的波動(dòng)特性；同樣，在電場(chǎng)強(qiáng)度不變的情況下，與之對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)與原點(diǎn)的間距也存在很大的波動(dòng)性。故現(xiàn)有的基于直角坐標(biāo)原點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的避障技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)等電場(chǎng)強(qiáng)度線的避障。此外，無(wú)人機(jī)巡檢時(shí)的半圓形飛行軌跡實(shí)際上是以輸電線路周圍空間區(qū)域中心為圓心，而不是以直角坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心。因此，基于直角坐標(biāo)系的避障方案的理論基礎(chǔ)是存在缺陷的。

福州大學(xué)的科研人員研究了基于極坐標(biāo)系電場(chǎng)強(qiáng)度均值的無(wú)人機(jī)巡檢避障策略。首先以單回線路正三角排列為例說明了坐標(biāo)變換的主要思想及原理，并研究了極坐標(biāo)原點(diǎn)的確定，同時(shí)總結(jié)推導(dǎo)出極坐標(biāo)原點(diǎn)取值的表達(dá)式；然后以水平排列方式為例研究對(duì)應(yīng)的具體避障策略，主要結(jié)合預(yù)警避障和極限避障的區(qū)間避障思想，分別研究這兩個(gè)避障等級(jí)對(duì)應(yīng)的避障參量的確定。

圖1 坐標(biāo)變換示意圖

他們?cè)偻ㄟ^對(duì)500kV水平排列的單回輸電線路空間電場(chǎng)的實(shí)測(cè)，最終得出測(cè)試點(diǎn)與邊相導(dǎo)線直線距離的區(qū)間范圍，并對(duì)比區(qū)間避障兩個(gè)等級(jí)的區(qū)間距離要求，從而驗(yàn)證了所提避障策略的準(zhǔn)確性和可行性。但是，研究人員也指出本次工作只驗(yàn)證了水平排列方式的避障策略，由于倒三角和正三角排列方式缺少實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因此這兩種排列方式的避障策略未得到驗(yàn)證。

研究人員最后總結(jié)表示，雖然目前基于輸電線路電磁場(chǎng)的避障策略是比較新穎且實(shí)效性較高的方法，但其中基于直角坐標(biāo)系的避障方案仍存在一定缺陷，所以提出了一種基于坐標(biāo)變換技術(shù)的無(wú)人機(jī)巡檢避障方案。該避障技術(shù)仍然以輸電線路的電場(chǎng)強(qiáng)度為避障參數(shù)，但是基于經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的極坐標(biāo)系下的電場(chǎng)強(qiáng)度均值，因此該技術(shù)仍具有前者對(duì)硬件要求少、避障精度高、避障效率高等的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，又彌補(bǔ)了直角坐標(biāo)系的不足，使避障原理更符合實(shí)際情況，提高了避障結(jié)果的可信度、精準(zhǔn)度和效率。

本文編自2021年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于坐標(biāo)變換技術(shù)的無(wú)人機(jī)避障策略”，作者為宋福根、呂學(xué)偉。