基于复合式无人机的输电通道监测与图像分类

针对现在输电通道巡视问题，本文搭建了可以垂直起飞降落的固定翼无人机平台，用于解决普通四旋翼续航短，普通固定翼起降场地要求严格的问题。并针对输电通道巡视照片的分类问题提出了一种改进型的卷积神经网络，通过对数据的预处理以及网络模型的优化，使图像分类性能得到了明显提升。

随着我国经济迅速发展，国家各行各业对电网的供电可靠性要求越来越高，而针对电力线路的巡检是提高供电可靠性的重要手段。输电线路巡检方式主要有三类：人工巡检、直升机巡检和无人机巡检。

传统的人工巡检方式，由于输电线路走廊地形环境复杂，人员劳动强度大，工作条件艰苦，安全得不到保障，线路运行情况也无法及时反馈[1]。直升机巡检作业效率较高，但直升机数量有限，巡检成本和技术门槛高，无法对所有线路展开巡检。而无人机巡检方式由于飞机机体小、成本低、载重轻和操作简便等显著优点而逐渐受到电力企业的高度重视，在输电线路巡检领域中扮演着日益重要的角色[2]。

目前电网企业在输电线路巡视中主要使用三类无人机：固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机[3]，这些机型虽然可以适用于不同的工作环境，但也有各自的缺点。固定翼无人机的起降有较严格的场地需求，在应对突发事件时无法快速响应。无人直升机与多旋翼机可以垂直起飞和降落，对起降场地没有严格的要求，但是由于自身结构问题，飞行速度较低，续航能力较弱。

本文所研究的复合式无人机是一种新型可垂直起降的固定翼无人机，能够以四旋翼模式进行垂直起飞或降落，同时又能以固定翼模式进行高速巡航飞行[4]。在输电线路巡视中针对复杂恶劣的地形环境可以顺利起飞，而且能保证高速和长续航。所以对于这种复合式无人机的研究具有非常重要的意义。

2. 复合式无人机平台 2.1. 平台搭建 经过对比目前市场飞行性能较为优秀的固定翼无人机，最终选定了TALON mini 这款机身轻便，机舱容量大，飞行性能优异，且便于改装的机型。基于该固定翼无人机平台进行改装，对机翼进行轻量化加固，截取合适尺寸的碳纤维骨架并加装四旋翼系统，使其位置合理分布在飞机重心上，再对整个系统的线路、各部件重量分布进行优化，最终完成复合式无人机平台的搭建，如图1。

2.2. 复合式无人机飞行阶段划分 针对复合式无人机，将飞行过程设计为5 个阶段： 1) 四旋翼垂直起飞阶段：四旋翼电机启动， 依靠四旋翼的推力进行垂直起飞， 此时尾推电机不工作； 2) 垂直起飞–平飞转换阶段：无人机依靠四旋翼系统稳定在特定高度点，尾推电机启动并进入最大功率状态，螺旋桨向无人机施加最大推力，使飞机在最短时间达到预定转换速度，接着四旋翼电机停止工作； 3) 固定翼平飞阶段：无人机仅依靠尾推电机进行飞行，实现起飞点–作业区转移飞行，任务巡航， 任务区作业，任务区–着陆点返回飞行。到达着陆起始区域后减速到预定转换速度； 4) 平飞–垂直着陆转换阶段：与2)过程基本相反；