直升机巡线问题及解决方案——卫星监控指挥系统在直升机巡线中的应用

随着我国电网的迅猛发展和科技应用水平的不断提高, 利用直升机开展电力巡线和停电检修、带电检修已成为现实。目前在东北电网、华北电网及国内各地都有开展相关的作业, 并且这种作业越来越多。在作业过程中作业部门和人员掌握了大量的直升机电力作业经验, 同时也遇到了一些困难和问题, 本文以分析了直升机巡线过程中遇到的部分典型问题并介绍了具体解决方案。

1 直升机巡线中遇到的典型问题

1.1 与导线安全距离的控制

直升机是靠旋翼旋转过程中与空气相互作用产生动力从而保持空中悬停和各种飞行动作的。线路巡视是超低空贴近杆塔及导线的精确慢速飞行。这种飞行作业危险性相对较大, 飞行区域属常规的回避飞行区域。这种区域受地形微气候影响严重, 直升机操控难度加大。

机上巡线效果要求尽量靠近导线。如果过近将影响飞行安全, 过远又无法保证巡线质量。通过实践我们知道15倍望远镜小于50米无阻挡可看清销钉。最佳巡视距离为15至2 5米 (距边导线水平距离) 。

直升机巡线过程中直升机与导线距离既是影响巡线效果的质量线也是危及飞行安全的生死线。飞行中只能靠飞行员目测杆塔及导线距离凭经验确定, 实际巡线过程中经常影响巡视质量, 有时又危及飞行安全。保证安全提高巡线效果必须解决这个问题。

1.2 通讯和实时监控指挥问题

直升机巡线机动灵活、速度快效率高, 特别适合线路故障特巡, 外力破坏例行检查等巡线工作。直升机巡线作业范围多不在地面人员监控视野内, 其巡线过程无法实时监控, 机上作业人员更无法即时向地面报告巡线作业情况, 机载电台用于飞行通讯不允许长时间占用。并且山区超低空飞行作业时该电台基本处于通讯盲区, 只有特意提升高度后才能正常通讯。

可以说, 起飞后直升机对地面人员来说就像断线的风筝, 不知道它确切在那里、正在如何巡线或者在干什么。当然也有一些事后管理的技术, 如GPS航迹分析等。这些技术都无法满足即时通讯和临时调度指挥的需要。

1.3 优化作业路径和提高巡线效率问题

直升机起飞后飞向作业开始地点一般用机载GPS进行导航, 该GPS存航点数量有限 (一般不超过1000个) 无法把全部线路所有杆塔位置坐标都存进去。并且查找和导航相对复杂, 不利于飞行员飞行中观察和更改。通常的做法是由机上作业人员凭经验指挥飞行员来导航。这样势必导致飞行过程的随意性。我们统计后发现, 无效飞行路径常导致增加5%~10%飞行作业成本。

机上巡线员巡视效率直接决定飞行时间的长短, 出于保持巡线员队伍稳定的要求, 经常有巡线员对所巡视线路不熟悉的情况发生。尽管巡线前已作了预习准备但仍会花费一定时间去适应和熟悉陌生线路、陌生型号的金具和部件。另外陌生线路及杆塔的历史情况巡线员不清楚无法确定巡视重点, 只能全面细致的进行检查。这样不但浪费时间而且可能遗漏重点。

2 直升机巡线卫星监控指挥系统的研制及应用

针对以上遇到的问题我们开发了《线路巡视卫星监控指挥系统 (暨直升机巡线自动提示系统) 》2007年12月通过鉴定并获东北电网有限公司科技进步一等奖。通过应用实践取得了良好的效果。现将该系统应用情况简要介绍如下。

2.1 系统组成及主要特点

2.1.1 系统组成

该系统由卫星部分、作业部分和指挥部分三部分组成。

卫星部分:本系统使用了北斗卫星系统、GPS定位导航卫星系统和海事卫星系统的部分资源。

作业部分:包括机载卫星通讯导航系统 (《直升机巡线自动提示系统》软件及笔记本终端、高精度GPS、机载卫星通讯终端) 和地面卫星手持终端及车载终端

指挥部分:地面卫星监控指挥中心、网管中心硬件及《线路巡视卫星监控指挥系统 (暨直升机巡线自动提示系统) 》软件

2.1.2 主要特点

本系统综合运用国防科技最新成果—北斗卫星系统、GPS全球定位系统、海事卫星链路高精差分技术等, 实现了高精度定位、双向短信通讯功能、实时监控指功能;综合了计算机网络、地理信息系统 (GIS) 、Oracle数据库等比较先进的技术。以“直升机巡线自动提示系统”为主扩展了“输电线路地面巡检监控指挥系统” (以下简称监控指挥系统) 。

2.2 系统功能简介

本系统主要有以下6方面功能。

自动提示功能:安全距离提示、巡视重点及设备信息提示、远程监控及提示

自动记录功能:飞行过程记录及历史回放、缺陷报告记录。

查询分析功能:线路主要设备参数查询、线路及周边地理信息查询、缺陷信息查询、通讯信息查询

监控及信息通讯功能:位置及直升机运动状态监控、短信通讯、激发定位。

导航功能:具有可视化的自主导航能力, 可实现远程领航。

其它功能:各种数据记录及分析预留有office软件接口, 通过internet远程登陆、用调度监控系统。

2.3 工作流程及部分主要功能介绍

自动提示功能是为全面提高直升机作业的安全性、有效性、巡线的针对性、监控指挥的可视性而开发设计的。其主要功能旨在对直升机作业时飞行是否可靠、安全;巡视作业是否有效;是否对设备重点部位、线路重点地段进行了详细检查, 按照设定的规则进行了有效的自动提示, 并将上述的参数、数据、指标通过监控端可视化界面显示出来, 便于指挥部进行全方位的掌握与指挥。

2.3.1 监控指挥系统的工作流程 (见图1) 。

1) 机载卫星通讯导航系统工作流程.首先, 将监控指挥中心数据与机载终端进行同步;其次, 执行起飞命令, 使监控指挥中心得到起飞时间;第三, 机载通讯导航系统中装设的SF-2050G高精度GPS实时将直升机飞行点的定位数据经海事卫星差分后传送到机载终端设备上, 并由北斗卫星以通信的形式传送到监控指挥中心。以实现地面监控与空中的自主导航功能;第四, 作业过程中, 当发现缺陷及其它情况需要进行通信时, 利用北斗卫星的通信功能实现监控指挥端与机载端的双向通信功能;第五, 结束作业后, 执行结束作业及降落操作, 监控指挥端将完整的纪录本次巡检线路、操作者、飞行总距离、飞行总时间、架次号等数据。

(2) 地面卫星手持及车载终端工作流程.首先, 地面手持及车载终端可根据实际情况利用北斗卫星的定位功能实现自主定位;当发现缺陷或紧急情况时, 可利用北斗卫星的通信功能实现与监控指挥中心及其它终端设备的双向通讯;其次, 在监控指挥中心随时想要明确作业人员、车辆的具体位置时, 可采用单次或连续激发定位的方式对多终端点进行单次或连续的激发定位与监控。

(3) 地面监控指挥系统工作流程.按工作计划及设置规则进行必要的参数设置, 在北斗卫星的支持下, 实现对机载通讯导航系统、地面卫星手持及车载终端的多点监控功能, 同时根据可视化界面显示的终端点的地理位置及通信信息, 通过通信的方式指挥终端点的作业, 并详细记录下操作过程中的传输的各种数据。

2.3.2 部分主要功能介绍

(1) 危险区域报警及与导线距离提示功能.由于直升机在靠近杆塔及导线作业时, 由于受地势及山区多变风向影响, 存在着较为严重的安全风险, 飞行距铁塔及导线的距离是通过飞行驾驶人员的目测掌握不够准确。我们在巡视线路的两侧设置一定的危险区域, 并以声光报警来提示飞行员与带电体的水平安全距离, 以此来确保直升机作业的安全性。在危险区域的周围扩展出作业区 (考核作业的有效性) , 作业准备区 (提示即将进行作业) 。各区域可自行手工灵活设置, 也可沿线路按距导线距离输入自动生成。不同区域将以不同的颜色。当直升机进入上述区域中时, 监控窗体的功能栏上的警示灯将以不同颜色进行显示, 并配以相应语音提示或声光报警。

(2) 远程多点监控指挥和即时通讯功能.为便于地面监控指挥中心随时了解直升机作业过程中的地理位置、飞行速度、有效作业时间、作业是否安全 (与导线水平距离) 等信息, 以便根据实际情况进行地面指挥与通讯, 我们开发了监控功能。

通过此窗体中的工具栏、杆塔列表栏、鹰眼显示窗口、通信信息栏、监控主界面、定位信息栏、状态栏七个子栏目, 能够清楚地对机载、手持、车载终端的定位信息、所在位置、通讯信息等进行实时监控 (受通讯频度限制, 地面较直升机端滞后约5秒) , 并可以以通讯的方式对各终端设备进行指挥和即时通讯。并且我们综合了Internet网管中心后备管理、局域网及VPN (虚拟局域网) 等技术, 将单点监控的状态改变为多点同时在线监控, 并根据不同权限进行统一指挥。方便可异地监管 (有Internet即可接入本系统服务器)

(3) 巡视重点和相关信息提示功能.根据作业现场的实际, 我们在直升机作业前, 设置以直升机当前所在位置为半径的搜索区域 (半径的具体数值可自行设定, 最小值为900米) 。当直升机搜索半径内出现线路杆塔时 (即直升机飞到杆塔附近时) , 该杆塔的相关信息将自动显示在监控窗体中的杆塔列表栏中, 对于进行了重点巡视设置的铁塔可用不同的颜色加以区分。双击杆塔列表栏中杆塔号时, 系统将弹出杆塔信息窗口, 使巡视人员能够清除的掌握该杆塔的详细参数、历史缺陷、图纸和照片等信息。

3 与传统GPS巡检系统的比较

输电线路卫星监控指挥系统, 将地理信息系统 (GIS) 、大型数据库的强大数据处理功能与北斗系统入站容量大、传输时延小的特点有机地结合起来, 综合运用北斗卫星定位及双向通讯功能、GPS全球定位系统以及海事卫星链路高精差分技术, 为地面巡视检修及直升机巡视工作提供了一套稳定、可靠、灵活、经济的实时监控通信传输解决方案。

摘要：作为一种重要方式直升机巡线已进入送电线路运行维护日常工作中, 目前该作业的安全控制和过程管理仍缺乏有效手段。综合应用北斗卫星通讯及定位功能、海事卫星高精度链路高精差分GPS、计算机网络、地理信息系统 (GIS) 、数据库等多种前沿技术, 结合生产实际, 齐齐哈尔超高压局与神州天鸿联合开发了“直升机巡线自动提示系统”。将直升机巡线中“看不见”的“盲目”状态, 转变为“看得见”的“透明”状态, 为确保直升机作业安全、提高作业效率和考核作业的有效性、提供了行之有效的手段。

关键词：直升机,巡线,安全,管理