无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中的应用

引言

随着全球能源结构的转型，作为清洁能源重要组成部分的光伏发电的装机容量不断上升。但是，很多光伏发电工程都位于山区，地形复杂，存在坡度大、沟壑多、植被茂密等特点，对建筑材料的输送提出了很大的要求。传统的交通工具不仅效率低，而且成本高，且会对山区的生态系统产生一定的危害 [1]。在这种情况下，具有灵活、高效和自适应能力的无人机正逐步为山区光伏施工的材料输送问题提供新的思路。无人及运输无需专用的起降场地，可以直接跨越地形障碍，在风速低于6 级的条件下实现精准投送，不仅运输效率高，还能有效节约运输成本，因此，研究无人机在山地光伏施工运输中的应用，对平衡工程进度、成本控制与生态保护具有重要现实意义。

1 工程概况

某项目位于云南省昆明市禄劝县翠华镇，场址区整体上属于中山缓坡侵蚀、剥蚀地貌，地势在南北方向上呈现南低北高。区内物理地质现象以岩体风化为主，局部存在滑坡、崩塌、泥石流等不良物理地质现象，自然山坡稳定，场地工程地质条件较好 , 但地势变化较大。部分区域沟壑纵横交错，局部伴有小型水冲沟或高原岩石残丘，可利用地相对分散、运输道路崎岖等各种复杂环境因素，以及生态保护相关的国土、林业等限制因素多，导致物料运输困难。为此引入无人机技术很有必要。

2 山地光伏发电项目施工物料运输特点与挑战

2.1 山地光伏项目施工物料类型与运输需求

山地光伏项目建设需要的材料类型很多，根据其重量与体积可以划分为重型物料和轻型物料两类。前者主要包括光伏支架、逆变器、变压器等，此类材料重量大、体积大，一般都要采用大的搬运装备和特殊的起重机械来进行运输，对运输路线有很高的需求。轻型材料包括线缆、螺丝、焊条和小工具等，它们重量和体积都比较小，但需求量大，运输频率高，经常要将其运往不同的建筑工地。山区地势复杂，施工地点分布广，给轻质材料输送带来了更大的挑战，对运输的灵活性与精度提出了更高的要求。

2.2 传统运输方式的局限性

在传统的山地光伏项目中，材料运输方法有人工搬运、骡马搬运、机动车搬运等，但这些方式都存在一定的缺陷。人工搬运适合短途和轻型材料的运输，但是其工作效率非常低下，并且需要较大的劳动强度，并且在陡坡地带作业有很大的安全风险。骡马运输在某些地形较为复杂的地区虽有一定的应用，但其运量受限，易受到保育、大风等气候条件的干扰，并且，骡马在行进中，会进行踩踏，加之其粪便排放易对地表植被造成破坏[2]。 机动车运输需设置临时道路，这会直接提高工程的造价，道路开挖会破坏山体植被与土壤结构，违背了生态保护的需求

2.3 无人机运输的适配性分析

在山地光伏项目中，无人机运输具有很好地适配性。首先，无人机无需专门的跑道，可实现垂直起飞和降落，适合山区等复杂地貌环境，并可将材料直接运送至零散的工地，极大提升了其运输灵活性与覆盖面。其次，无人机具有更高的作业效率，特别是针对轻质材料的短距离运送，可以迅速地对货物的运输需求做出反应，降低库存 [3]。此外，无人机的运输不需要建设临时道路，能有效减轻山区的生态破坏，满足生态保护的需求。加之，无人机的运输成本相对较为低廉，尽管前期的装备投资会造成一些损失，但是从长远来看，可节省道路建设及人力等方面的开支。

3 无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中的应用

3.1 无人机运输系统选型与配置

根据山地光伏项目的物料运输需求和地形特点，应选择合适的无人机运输系统。在无人机类型方面，多旋翼无人机的优势明显，其具有较好的机动性和悬停能力，非常适用于短途、精准的物料运输场景，因此成为山地光伏项目的首选机型。在载重能力方面，要结合运输物料的实际重量来挑选。通常情况下，载重 5-20 公斤的无人机就能满足大部分轻型物料的运输需求，比如光伏板固定螺丝、小型电缆接头等。同时，续航能力也不能忽视，应优先选择续航时间较长的无人机，这样可以减少中途返航充电的次数，从而提高整体运输效率。此外，在设备配置时，需根据项目的规模大小和具体运输任务量，合理调配多架无人机，组建运输梯队，以此保证物料运输能够连续不间断地进行，避免因运输中断影响施工进度。

3.2 负载装置与物料适配设计

为保证无人机能够安全稳定地运输材料，必须对其进行合理的负载装置设计。负载装置应该是稳定可靠的，可以将材料牢牢地固定住，不会在搬运中脱落。为了提高无人机的续航能力，负载装置的重量必须尽量减轻。根据材料种类的差异，进行自适应设计。比如，针对长条材料，比如线缆，可以专门为其设置挂载架；对于小型的散料如螺丝，电极等，可以采用密闭箱来装。另外，负载装置必须具有良好的减震性能，以应对搬运时的颠簸和振动，防止材料受损。

3.3 辅助系统配置

为保证无人机的安全高效运行，必须配备相关的辅助系统。首先，必须装备高精度 GPS 定位系统及 导航系统，以保证无人机可以精确地对工程地点进行精确的定位、精准地投放材料 [4]。其次，在无人机上应加装视觉、超声波等多种传感器，以保证无人机在山区的行驶过程中，可以有效规避树木、岩石等障碍物，从而保证飞行的安全。最后，要构建一套地面监控系统，实现对无人机的飞行状态、运输过程、物料分布等进行实时监测，以帮助操作员及时调整运输方案，以应对紧急状况。同时，为保证无人机的持续运行，还需在建筑工地设置应急充电站，站内要配备备用电池和充电设备。

4 结语

无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中具有显著的优势，能够有效解决传统运输方式在复杂地形下的局限性，提高物料运输效率，降低运输成本，减少对生态环境的破坏。通过合理选择无人机运输系统、设计适配的负载装置和配置完善的辅助系统，可充分发挥无人机在山地光伏项目物料运输中的作用。尽管目前无人机载重能力（普遍 5-20 公斤）和续航时间仍有限制，无法替代重型设备运输，且受暴雨、强风等天气影响较大，但在螺丝、电缆接头等 “关键小件” 运输中已展现不可替代的价值。未来，随着氢燃料动力、自主避障算法的不断发展，无人机的载重能力、续航能力和抗干扰能力将不断提升，无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中的应用将更加广泛和深入，为山地光伏项目的高质量建设提供有力支持。

参考文献

[1] 马少真 . 浅谈无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中的应用 [J]. 红水河 ,2023,42(4):65-68.

[2] 赵志旋 , 覃柏钧 , 王凯 , 等 . 陡坡山地光伏电站物料运输研究与应用 [J]. 红水河 ,2024,43(4):81-85,89.

[3] 吴利强 , 刘丹 , 邓崯峰 . 基于无人机运输的应急物流路径优化研究 [J]. 物流科技 ,2024,47(18):86-90,177.

[4] 王杰 , 马兰 . GPS 导航无人机运输路径最优化生成方法 [J].计算机仿真 ,2021,38(11):37-41.

中建八局科技研发立项项目(2024-3-21)