一种无人机

1.一种无人机，其特征在于，包括：
拍照系统，设置于机身头部，用于自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录，并实时反馈航点位置数据信息；
飞行控制系统，设置于机身内部，用于控制所述无人机按照预置的飞行参数及航线航行；
电力驱动系统，用于为所述无人机提供电力驱动。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述电力驱动系统包括：驱动螺旋桨、锂电池组及无刷电机，其中，所述锂电池组为所述无刷电机提供供电，所述无刷电机带动所述螺旋桨为所述无人机产生推动力。
3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述驱动螺旋桨采用碳纤维材质。
4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，还包括：
陀螺稳定系统，用于在所述无人机航行的过程中，保持所述拍照系统的稳定性。
5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述飞行控制系统还用于：在所述无人机的航行过程中，接收地面控制站发送的新的飞行参数或航线信息，改变所述无人机的飞行姿态或航线。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机采用固定型机翼。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述机翼的最大相对厚度在弦长的
30.7％处位置，最大中弧线高度在弦长的43.3％处位置。
8.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述机翼的外侧具有负扭转。
9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述机翼的上反角为12度。
10.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的机身采用碳纤维材质。

一种无人机\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及电力线路巡检维护技术领域，特别涉及一种用于电力线路巡检的无人机。\n背景技术\n[0002] 目前，线路巡检是电力线路维护的重要基础，线路巡检的开展状况直接制约着送配电线路乃至电网的整体维护水平。\n[0003] 传统的电力线路巡检流程是工作人员亲自到现场巡视线路，巡视对象主要是电力设施，例如：杆塔、导线、变压器、绝缘子、横担、刀闸等设备，并以纸质介质方式记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。\n[0004] 我国电力线路走廊的地理环境复杂，给电力巡线工作带来很多困难。特别是对于电力线路穿越森林边缘地区、高海拔、冰雪覆盖区、地质灾害区和自然天气灾害区的电力线路巡检工作，已经成为困扰电力行业的一个重大问题。\n[0005] 由此可见，传统电力线路巡检方式受过多人为因素、地形因素和天气因素的影响，在危险地段会危机到巡线工人的生命安全，并且人工录入数据量大，数据手工录入过程容易出现错误，由此造成巡检工作效率低下等问题。\n[0006] 现有技术中已经出现油动固定翼机型的无人机，这种无人机速度快，飞行高度不能太低，发动机振动剧烈，故障率高，一旦发生坠机容易引起火灾或是爆炸，将对电力线路构成巨大的威胁和损害。\n[0007] 此外，电网巡查的特点是：部分航线折点多，直线航程短，转折点处拍摄目标重要，转弯稳定性要求高；航线高度低，距离拍摄目标近，航线精度要求高；部分航线高度变化剧烈，爬升下降频繁；航线范围地形多变，近地气流复杂，强对流，强侧风，乱流等突发气流现象频繁，而传统油动固定翼无人机很难适应电力选线任务的需要。\n实用新型内容\n[0008] 本实用新型解决的问题是提供一种无人机，应用于电力线路巡检，能够提高电力线路巡检工作的效率。\n[0009] 为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：\n[0010] 一种无人机，包括：拍照系统，设置于机身头部，用于自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录，并实时反馈航点位置数据信息；\n[0011] 飞行控制系统，设置于机身内部，用于控制所述无人机按照预置的飞行参数及航线航行；\n[0012] 电力驱动系统，用于为所述无人机提供电力驱动。\n[0013] 优选的，所述电力驱动系统包括：驱动螺旋桨、锂电池组及无刷电机，其中，所述锂电池组为所述无刷电机提供供电，所述无刷电机带动所述螺旋桨为所述无人机产生推动力。\n[0014] 优选的，所述驱动螺旋桨采用碳纤维材质。\n[0015] 优选的，所述无人机还包括：\n[0016] 陀螺稳定系统，用于在所述无人机航行的过程中，保持所述拍照系统的稳定性。\n[0017] 优选的，所述飞行控制系统还用于：在所述无人机的航行过程中，接收地面控制站发送的新的飞行参数或航线信息，改变所述无人机的飞行姿态或航线。\n[0018] 优选的，所述无人机采用固定型机翼。\n[0019] 优选的，所述机翼的最大相对厚度在弦长的30.7％处位置，最大中弧线高度在弦长的43.3％处位置。\n[0020] 优选的，所述机翼的外侧具有负扭转。\n[0021] 优选的，所述机翼的上反角为12度。\n[0022] 优选的，所述无人机的机身采用碳纤维材质。\n[0023] 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：\n[0024] 本实用新型提供了一种能够应用于电力线路巡检的无人机，通过无人机航拍技术，可以实现电力线路巡检区域资料的快速搜集；能够解决自然灾害中以及复杂地形条件下，人工能以对电网进行巡检作业的难题，可以不受复杂地形、灾区条件所限，从而深入电力线路的各个区域，大大节约了人力物力，提高电力线路巡检的工作效率，降低人工作业的危险程度；此外，由于该无人机采用电力驱动，无需携带燃油，一旦发生事故不会对线路造成损害，更不会引起火灾。\n附图说明\n[0025] 通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。\n[0026] 图1为本实用新型实施例提供的无人机的硬件系统结构示意图；\n[0027] 图2为本实用新型实施例提供的无人机上各种天线布置的示意图；\n[0028] 图3是本实用新型实施例提供的无人机的机翼示意图。\n具体实施方式\n[0029] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。\n[0030] 其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。\n[0031] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。\n[0032] 本实用新型的技术方案提供一种应用于电力线路巡检的无人机，如图1所示，所述无人机的硬件系统主要包括以下几部分：\n[0033] 拍照系统101，设置于机身头部，用于自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录；\n[0034] 飞行控制系统102，设置于机身内部，用于控制所述无人机按照预置的飞行参数及航线航行，并实时反馈航点位置数据信息；\n[0035] 电力驱动系统103，用于为所述无人机提供电力驱动。\n[0036] 本发明实施例通过利用携带拍照系统及导航系统的无人机，按照预置的航线自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录，并实时反馈航点位置数据信息，因此，根据所述影像数据分析结果可以发现故障，并查找出现故障的影响数据中携带的航点位置数据信息，即可定位电力线路中出现的故障点。\n[0037] 可见，本实用新型技术将无人机技术应用于电力线路巡检领域。无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器，是由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。\n[0038] 随着计算机技术、自动控制技术、数字通讯技术、数码相机技术、3S技术的发展，目前，无人机上加载GPS、数码相机等设备后，应用在航空摄影测量、地球物理勘探、灾情监测、土地利用调查等民用领域，并发挥着重要的作用。\n[0039] 本实用新型实施例中，由无人机携带拍照系统及导航系统，按照预置的航线自动对电力线路的实时状况进行影像数据记录。在设置具体航线时，可以按照预先编制好的线塔GPS坐标和根据塔高和设定的安全航高进行低速巡航飞行，定时或定距启动拍照装置对线路进行拍照，并同时记录每张航片的GPS坐标位置，飞行结束后对航片进行分析，找出电力线路中的故障点，并根据航片位置属性确定其位置。\n[0040] 可见，本实用新型采用无人机进行电力线路巡检，通过无人机航拍技术，便于绘制电力线路影像平面图，可以实现电力线路巡检区域资料的快速搜集；并且，采用无人机进行电力线路巡检，能够解决自然灾害中以及复杂地形条件下，人工能以对电网进行巡检作业的难题，可以不受复杂地形、灾区条件所限，从而深入电力线路的各个区域，大大节约了人力物力，提高电力线路巡检的工作效率，降低人工作业的危险程度。\n[0041] 需要说明的是，本实用新型实施例中的无人机为电力驱动。\n[0042] 目前大部分无人机系统都采用活塞内燃发动机，具有飞行速度快(70km/h以上)，飞行高度高(相对高度400m以上)的特点，其主要用来进行军事侦查、电影电视航拍等任务。国内也有部分科研单位采用油动无人机平台搭载传感器进行电力巡线的尝试，但油动无人机操作复杂、体大笨重，需专业操作手操作；其巡航速度较快(80km/h以上)，相对目标物体需要保持较高的安全飞行高度，发动机振动剧烈，机动性相对较差；其本身携带燃油驱动，一旦发生事故会对线路造成损害，严重的会引起火灾，严重损毁电力线路。\n[0043] 而本实用新型采用电动无人机，从而克服油动无人机的上述缺陷。本实用新型同油动无人机最大的区别在于：采用小型、甚至微型电动发动机，相比于内燃发动机，电动发动机具有振动低(不会对机载的精密仪器造成影响)、运行可靠性高、操作简单、运行成本低、维护便捷、运输方便、干净环保等特点；而且，电动无人机可以实现较低的巡航速度(40km/h)，较低的飞行高度(相对高度50m至100m)，因此，电动无人机具备操作迅捷简便、成本低廉、可重复使用的特点，到达现场几分钟内起飞的特点，更适合于电力线路巡视。更为突出的是，由于电动无人机无需携带燃油，一旦发生事故不会对线路造成损害，更不会引起火灾。此外，电动无人机还具有振动低(不会对机载的精密仪器造成影响)、运行可靠性高、操作简单、运行成本低、维护便捷、运输方便、干净环保等特点。当然，为了进一步提高拍照系统在无人机航行过程中的稳定性，可以为拍照系统设置陀螺稳定系统，以消除拍照系统在无人机航行过程中产生的微小振动。\n[0044] 早期的微型电动无人机由于飞行控制系统和电池技术的限制，载荷和续航时间及稳定性都非常差，无法进行电网巡查任务作业。本实用发明由于集成了最新的专门开发电网巡查电动固定翼无人机飞控系统、大容量锂电池、新型无刷电调和电机、最优化的流线型碳结构机翼和机体等新技术新材料，大大提高了电动无人机的有效载荷和续航时间，使其能搭载各种数字传感器对电力线路进行检测和监控。\n[0045] 同普通电动无人机相比，本实用新型中无人机的碳纤维机身机体大大加强了飞机的强度和安全性，而且，将飞行控制系统所涉及的各种机载电子设备安装在机身内部还较好的解决了电力线路上空复杂电磁环境下机载软硬件设备的电磁干扰问题。此外，如图2所示，合理分布天线分布位置，较好的解决了各种机载电子设备电磁的兼容问题，相较传统无人机提高了飞机的可靠性。图2中，飞行控制系统中用于进行航点位置定位的GPS天线\n201设置于机身头部的上侧；机身的腹部位置设置有数传天线202，用于向地面控制站反馈例如航点位置的数据信息，并通过该数传天线202，接收地面控制站发送的控制信号，包括飞行参数或航线等数据信息，据此来改变无人机当前的飞行参数或航线；此外，在尾翼处还设置有图传天线203，通过该图传天线203，将机身头部的拍照装置204拍摄到的影像反馈至地面控制站。\n[0046] 本实用新型中，拍照系统主要由专业数码相机、摄像机组成的拍照装置以及传感器检测仪构成。拍照系统按照控制系统指令脉冲定时摄影或是录像，影像数据自动存入拍照装置附带的存储卡内，存储速度和容量与相机参数和存储卡类型有关。\n[0047] 对于无人机的动力系统来说，由于采用电力驱动系统，因此，克服了使人燃油驱动的弊端。该电力驱动系统包括：驱动螺旋桨、锂电池组及无刷电机，其中，所述锂电池组为所述无刷电机提供供电，所述无刷电机带动所述螺旋桨为所述无人机产生推动力。为了降低无人机的自重，驱动螺旋桨也采用碳纤维材质。\n[0048] 通常，电动无人机可以分为电动无人固定翼飞机和电动无人旋翼飞机两种。其中，固定翼飞机的优势是飞行速度快，续航时间长，作业效率高，但其缺点是不能进行悬停，无法多角度观测目标物体从而更好的发现故障；而旋翼飞机的特点的能够进行悬停。因此，本实用新型上述实施例中可以采用电动无人固定翼飞机和电动无人旋翼飞机进行配合使用。\n可以先使用电动无人固定翼飞机找出疑似故障点，并根据航片位置属性确定其位置；对疑似故障点不能准确判定而需要进一步勘查时，使用电动无人旋翼飞机对目标位置进行安全距离外的精确多方位的飞行观察，同时回传视频图像供进一步判定使用。通过在电动无人机电网巡视工艺中将上述两种机型有机结合，能够在保证电网自身安全的前提下很好地提高电网巡查的工作效率和及时发现线路故障的能力。\n[0049] 由于电网巡查任务的特点主要有：部分航线折点多，直线航程短，转折点处拍摄目标重要，转弯稳定性要求高；航线高度低，距离拍摄目标近，航线精度要求高；部分航线高度变化剧烈，爬升下降频繁；航线范围地形多变，近地气流复杂，强对流，强侧风，乱流等突发气流现象频繁。因此，对于固定翼无人机来说，需要其功能特性满足上述特定需要。为此，本实用新型中无人机的机翼采用DAE51翼型。\n[0050] 传统的无人机一般选用经典的CLARK Y翼型，通过大量飞行试验发现该翼型气动效率较偏低，转向下沉偏大，盘旋效率低，低速转弯有失速倾向；根据电力巡线任务的飞行特点，为了进一步提高飞行效率，改善飞行特性，在上千种翼型中最终选择了DAE51翼型。该翼型最大相对厚度9.38％在弦长的30.7％位置，最大中弧线高度4.02％在弦长的\n43.3％位置，该翼型的机翼在海平面高度能够以35km的时速起飞，50公里巡航时速时机翼升力系数CL＝0.58，机翼迎角1.2度，盘旋状态CL＝0.58-0.82(盘旋坡度不超过45度)，迎角小于3.2度，均处在机翼阻力系数CD的低阻范围0.4-1.1内，最大升力系数1.3，盘旋爬升状态最大升阻比均明显优于经典CLARK Y翼型，采用该翼型的无人飞机更适合电力巡线任务的盘旋，爬升等机动动作。\n[0051] 除此之外，和传统无人机机翼不同的是，如图3所示，本实用新型提供的无人机机翼采用两段拆接，为改善低速状态下的失速特性和改善机翼载荷的分布，外侧机翼增加了一度负扭转，使得机翼上反角达到12度，负扭转有效改善了飞机的失速性和盘旋特性，通过多次试验飞行，效果已经得到实际验证。\n[0052] 可见，本实用信息中的无人机与传统电动无人机最大的不同在于，虽然电网巡查任务需要频繁的转向、爬升机动以及精确的压航线操控，这些都会增大电能损耗，但采用新型无刷电调、电机和大容量高能电池，并配合专门应用于电网巡查选择的高效翼型——DAE51翼型，使得该电动固定翼无人机即使在净载荷超过1公斤的情况下续航时间达到甚至超过了90分钟。此外，可以实现较低的巡航速度(40km/h)，较低的飞行高度(相对高度\n50m至100m)，较高的有效载荷，其特点更适合于电力线路巡视；更为突出的是，由于电动无人机本身不携带燃油驱动，一旦发生事故不会对线路造成损害，更不会引起火灾。\n[0053] 为了更好地理解本实用新型技术方案，下面对本实用新型实施例中的电动无人机的机载硬件系统中的飞行控制系统进行详细介绍。\n[0054] 飞行控制系统主要用于完成飞行器的导航定位，具体包括引导飞行器按预定航线飞行、控制飞行器飞行姿态和轨迹、按照预编程控制任务系统完成航摄；在危险情况下控制飞行器进入自动着陆状态并安全降落。导航与飞行控制系统可以包括以下几个功能单元：\n[0055] 任务管理和导航微处理机，用于导航、任务控制以及与地面控制站的通讯；\n[0056] 飞行控制微处理机，用于飞行控制和增稳控制；\n[0057] 飞行控制传感器，用于检测飞机当前各种飞行参数信息；例如：空速传感器、高度传感器、GPS、姿态传感器分别记录飞行速度、飞行高度、飞行轨迹、飞行姿态；各种飞行参数能够通过数传台实时传达至地面监控站；\n[0058] 飞行通道控制器，根据飞行控制微处理机反馈的当前实际飞行参数的偏差值，向舵机输出消除偏差的控制信号，从而实现自主飞行。\n[0059] 在无人机的航行过程中，还可以由地面控制站向所述机的导航系统发送新的导航控制信息，改变预置的航线；也可以由地面控制站向所述无人机的飞行控制系统发送新的飞行参数，改变所述无人机的飞行姿态。\n[0060] 除此之外，需要说明的是，地面控制站测控系统可由笔记本电脑、地面控制软件、通信电缆、数传电台组成。地面控制站提供地图图形界面，通过该图形界面，根据飞行控制系统反馈回的各种飞行参数信息，实时在地图上精确标定飞机的当前位置、飞行路线和飞行轨迹；速度表，高度表，地平仪实时显示出当前速度，高度和飞行姿态，地图窗口具有移动和缩放功能，可以更容易观察飞机的飞行状况。\n[0061] 通过地面控制站，在飞行期间可以实时监控飞行器的飞行、修改飞行器的任务设置和飞行参数。提高和增强了飞行器执行任务的能力，在飞行期间可以实时改变预定的任务。通过地面控制站软件可用键盘或鼠标直接输入任务航点，寻找和修改以前保存的任务航点文件，以及在地图上直接标定航点位置等，从而大大增强了对飞行器的实时控制性能。\n[0062] 为了便于对巡检过程中发现的故障数据进行管理，可以在地面控制站设置故障信息数据库，利用所述故障信息数据库存储故障信息。在故障信息数据库中，建立线路分析处理的数据目录结构和各个数据库字段。将基本不变的架空输电线路杆塔结构作为数据保存的结构，如果线路结构发生变化，如新建线路，则增加相应的目录并更新线路信息数据库。\n在每个故障处理单元(以杆塔编号标记)中，以巡检任务的执行时间建立子目录，存放此次任务采集到的原始数据以及检测结果。\n[0063] 可见，通过本实用新型提供的电动无人机对电力线路进行航拍，绘制电网路径影像平面图，为电网日常巡视和应急抢修提供路径优化方案，并对电网故障排查提高直观现场资料。电动无人机解决了人工巡线工作一直受限于复杂地理条件限制的情况，可以深入地理环境复杂人迹罕至的特殊区段内代替人工巡线，最大限度的节约人力物力，提高巡线工作效率，降低人工作业危险程度；并且，解决了普通油动无人机操作复杂、体大笨重，需专业操作手操作的难题，具备操作迅捷简便、成本低廉、可重复使用的特点，到达现场3分钟内起飞，“傻瓜式”操作，自动生成航线，自主执行任务，手掷全自动起飞，自动降落，可执行夜航任务，单人可携带并完成全部操作，它可以按预设航线飞行，也可以在地面操作人员控制下随时更改航线、更改高度、点哪飞哪、就地盘旋等功能；更重要的是，解决了普通电动无人机续航时间短、复杂电磁环境下抗干扰性差、负载小的难题，具备了搭载各种照相和摄像仪器的能力，同时续航时间超过一个小时，抗干扰能力强，可以在100-150米的低空低速采集传输数据。本实用新型提供的无人机使用大展弦比，高置上单翼，具有良好的飞行特性，不仅能完成任务目标，还具有可靠的扩展能力。电动无人机巡线技术，以获取高分辨率数字影像为目标，以自动驾驶飞机为飞行平台，以高分辨率数码相机或摄像机为传感器，通过各种系统的集成应用，最终获得电力线路真色彩、大比例尺、现实性强的影像数据，能够满足电力线路巡检的各种需求。\n[0064] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。\n[0065] 虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。