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輸電線路的巡檢工作是保障電網(wǎng)安全運行的重要一環(huán)，而高效精準(zhǔn)的避障又是保障無人機安全工作的關(guān)鍵。在無人機巡檢輸電線路時，為了盡可能靠近巡檢對象（輸電線路、桿塔等），同時為提高作業(yè)的安全性，防止碰撞事故發(fā)生并減小人工操作成本，可為巡檢無人機配備一套高精準(zhǔn)性、高靈敏度的避障系統(tǒng)，以實現(xiàn)避障目的，從而保障無人機巡檢工作順利進(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線服務(wù)技術(shù)（general packet radio service, GPRS）避障和基于輸電線路電磁場原理的避障幾種。

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，且機翼對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，對于空間和載荷都十分有限的無人機來說，其應(yīng)用存在很大的缺陷；三維地圖GPRS避障存在地圖實時更新代價過大、存儲空間要求過大、讀取速度較慢等方面的問題，也不是十分適合無人機巡檢避障。

相對來說，基于輸電線路電磁場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)原點為圓心，那么在上半圓周其電場強度存在很大的波動特性；同樣，在電場強度不變的情況下，與之對應(yīng)的觀測點與原點的間距也存在很大的波動性。故現(xiàn)有的基于直角坐標(biāo)原點的電場強度分布的避障技術(shù)無法實現(xiàn)等電場強度線的避障。此外，無人機巡檢時的半圓形飛行軌跡實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)系電場強度均值的無人機巡檢避障策略。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)原點的確定，同時總結(jié)推導(dǎo)出極坐標(biāo)原點取值的表達(dá)式；然后以水平排列方式為例研究對應(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，分別研究這兩個避障等級對應(yīng)的避障參量的確定。

圖1 坐標(biāo)變換示意圖

他們再通過對500kV水平排列的單回輸電線路空間電場的實測，最終得出測試點與邊相導(dǎo)線直線距離的區(qū)間范圍，并對比區(qū)間避障兩個等級的區(qū)間距離要求，從而驗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測數(shù)據(jù)，因此這兩種排列方式的避障策略未得到驗證。

研究人員最后總結(jié)表示，雖然目前基于輸電線路電磁場的避障策略是比較新穎且實效性較高的方法，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)的無人機巡檢避障方案。該避障技術(shù)仍然以輸電線路的電場強度為避障參數(shù)，但是基于經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的極坐標(biāo)系下的電場強度均值，因此該技術(shù)仍具有前者對硬件要求少、避障精度高、避障效率高等的優(yōu)點，同時，又彌補了直角坐標(biāo)系的不足，使避障原理更符合實際情況，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)的無人機避障策略”，作者為宋福根、呂學(xué)偉。