近年民用无人机技术快速发展，逐渐深入各个行业领域。虽然无人机在电力上开始了广泛的应用，但应用技术弱，专业性不强，未做到深入融合。同时，输电线路的运维检修、数字化管理等应用领域都需要无人机搭载多种任务设备完成相应作业，但这需要多个无人机飞行平台配套相应任务载荷，使得成本高、通用性差、功能单一。所以，研究一套一体化多任务智能运检无人机系统具有重要意义。
1 一体化装置设计
本文研究的一体化装置主要包括一体化无人机、一体化地面站、一体化任务装置等，其中一体化任务装置又包括毫米波雷达线树测距装置[1]、喊话抛投装置、导地线清障装置、三维摄影装置等。
1.1 一体化无人机
一体化无人机设计除了无人机自身机体一体化成型设计外，还包含机体任务接口、避障结构等一体化设计。这类无人机具备有强大处理能力的飞行控制系统、高精度定位系统、全方位避障系统、强劲的动力系统、稳定的无线通信系统、多功能的任务控制系统等[2-5]。
1.1.1 飞行控制系统
飞行控制系统具备双控功能，正常情况下，采用一套飞行控制器作为飞行控制系统运行，当出现应急情况或人为有意接管时，切换至另一套飞行控制系统。
1.1.2 定位系统
由于电力系统中的输电线路环境存在一定的电磁干扰，同时线路周围环境复杂，需要精准定位，为避免碰撞其他固定障碍物和屏蔽一定电磁干扰，采用RTK定位系统。
1.1.3 避障系统
双目视觉、红外、超声波等避障方式都是短距离避障且避障对象都是面状障碍物，因此避障系统采用毫米波雷达。该避障系统由6个毫米波雷达传感器和避障控制器组成，对无人机上下、前后、左右等6个方向进行全方位避障。此外，无人机下方的雷达传感器还可供无人机的升降和仿地飞行使用。
1.1.4 动力系统
氢燃料电池、石墨烯电池价格昂贵，行业无人机无法民用化，虽然油电供电方式的续航时间长，但其噪声大、稳定性相对较差，因此采用纯电动的智能锂电池作为动力电源。动力部件采用无刷电调、无刷电机和折叠螺旋桨，其中无刷电机防水。
1.1.5 无线通信系统
无线通信系统用于数字、图像、飞行控制的无线传输，主要包括数字图传、2.4GHz和5.8GHz无线传输及4G/5G无线传输系统。机载端通信设备集成于无人机飞行平台中，地面站通信设备集成于一体化无人机地面站平台中[6-8]。
1.1.6 任务控制系统
任务控制系统指的是无人机在输电线路上进行各项任务作业的控制系统，主要包括任务控制链路、任务控制接口和任务控制台等。任务控制链路采用无人机飞行平台已有无线通信链路，如2.4GHz和4G/5G无线通信;任务控制接口集成于无人机飞行平台底部且采用一体化防水设计，任务控制台集成于无人机地面站平台中。
1.2 一体化地面站
无人机地面站采用防水、防尘、防沙设计，地面平台包含飞行控制平台、显示平台、通信平台、任务控制平台等。
(1)飞行控制平台，是飞行控制的操作台，具备半自动/自动飞行控制功能，主要实现飞行器的飞行控制和应急控制。
(2)显示平台，主要显示无人机地面站软件、实时飞行图像、实时测距系统等。
(3)通信平台，是无人机所有机载通信与地面通信的基站，也是运检中心的通信点。
(4)任务控制平台，是控制无人机飞行平台任务装置的操作平台，主要控制任务装置的机械动作和工作状态。
1.3 一体化任务装置
一体化任务装置主要包括输电线路通道线树测距装置、导地线异物清障装置、抛投喊话装置和三维摄影装置。
(1)线树测距装置，采用毫米波雷达传感器作为测距仪，包括线距装置和树距装置，这两套测距装置包括毫米波雷达传感器、微型摄像头、角度传感器、转动装置等。
(2)一体化清障装置，具备喷火除异物和激光清障功能。处理环境无易燃物或有风筝异物时，采用喷火方式除异物;处理环境有易燃物或无风筝异物时，采用激光方式除异物。
(3)喊话抛投装置，采用一体化成型设计，包括喊话器、抛投器和摄像头，主要用于新建输电线路牵引线架设、高空运输轻量设备和对线路通道违规建筑/施工进行喊话和取证。
(4)三维摄影装置，采用五镜头的一体成型倾斜相机，主要用于输电线路通道三维建模的数据采集。
2 运检系统
运检系统主要配合一体化运检装置的使用，主要包括无人机运检系统、雷达测距系统、数字化管理系统。
2.1 无人机巡检系统
该系统包含无人机巡检系统和无人机数据管理系统。无人机巡检系统集成于无人机地面站软件，在地面站软件中可操控飞行器动作、任务装置作业和智能巡检。
2.2 雷达测距系统
雷达测距系统是输电线路通道线树测距系统的地面软件系统，实时显示对线和对树的实时图像、实时数据、实时曲线及危险点提示等。
2.3 数字化管理系统
数字化管理系统主要管理运检采集的数据，包括线路运检情况、运检人员、运检设备等内容。
3 试验
试验主要对一体化无人机的喊话抛投功能、通道测距功能、异物清除功能和三维扫描功能进行测试和应用。
3.1 一体化无人机试验
试验内容主要为一体化无人机的操作性、稳定性、适用性。
(1)操作性。无人机可折叠展开、安装拆卸方便，标记明确清晰，同时可手动、自动起降，飞行操作简单、易懂。
(2)稳定性。无人机在500kV输电线路15m处飞行稳定，姿态也稳定，定点悬停平稳，无线数据通信和图像传输也很稳定。
(3)适用性。适用于电压等级35kV以上的输电线路;适用范围:线路新建规划、线路运检和线路建模等;可应用于电力、消防公安、城市规划等领域。
3.2 喊话抛投试验
试验内容为喊话范围和运输抛投效果。飞行高度50m，水平扩音距离200m时测得50dB;可运输抛投4kg的轻量物体，拍摄的画质为1080P。
3.3 通道测距功能
试验内容为雷达测距范围及测距精度、实时图像和数据的精准性。在110kV输电线路测试，距架空线40m以内，能测得对线距离;在35kV线路测试，距架空线35m以内，能测得对线距离。单目标测距精度为2cm，地面测距软件能实时显示线距、树距画面和相应距离值。
3.4 异物清除功能
试验内容为清障设备的操作性及稳定性、清障范围、清障适用性。喷火除异，加油稍微有点耗时，作业环境不能有易燃物，但能用于清除任何异物。采用一体成型折叠的喷火装置作业，操作简单、携带运输方便，安装展开及加油小于5min，喷火最远距离超过5m，持续喷油时间超过50s。
3.5 三维扫描功能
试验内容为三维扫描的操作性，三维模型的精度及线路杆塔成像模型。装置能自动规划通道航线，自动巡航作业，外业数据采集简单快速，而内业数据处理和建模则较耗时。处理后获得的三维模型中，线路和杆塔不全，需要线路和杆塔的详细设计图纸建模，才能实现真实的三维通道模型。
4 结语
输电线路运维检修一体化装置的研究与应用，是电力行业发展的必然趋势。毫米波雷达测距、一体化无人机、自动巡检系统和数字化管理系统的研究与应用，虽然存在很多缺陷和不足，但其对无人机在电力行业的快速发展起着推动作用。
参考文献
[1]向敬成，张明友．毫米波雷达及其应用[M]．北京：国防工业出版社，2005.
[2]高冰，杨治，孔占亮，等．电力无人机技术在智能电网中的应用探索及展望[C]．天津：中国电机工程学会，2013.
[3]彭向阳，刘正军，麦晓明，等．无人机电力线路安全巡检系统及关键技术[J]．遥感信息，2015(1):51-57.
[4]郭新海．智能电网技术的研究现状及发展趋势[J]．电子世界，2013(19):58-59.
[5]徐嘉龙．架空输电线路无人机巡检系统技术与应用[M]．北京：中国电力出版社，2017.
