淺談無人機在天線巡檢中的應用

◎ 何恩南 楊曉勤 廣州通信中心

淺談無人機在天線巡檢中的應用

◎ 何恩南 楊曉勤 廣州通信中心

本文基于中短波天線的日常巡檢工作，分析了傳統天線巡檢工作中存在的不足，結合現代無人機的技術特點，探討了無人機技術應用到天線巡檢的可行性，提出了提高天線巡檢效率的一些思考。

無人機 天線 巡檢

通信天線是無線電通信系統的重要組成部分，功能是有效地發射或者接收電磁波，通信天線的好壞對通信效果的影響至關重要。天線及其饋線系統，由于其特性決定，需要長期曝露在野外，受到持續的機械張力、雷擊閃電、臺風吹刮、天氣潮濕、器件老化，容易發生銹蝕、斷幕、倒塔等現象。中短波天線一般塔身較高、拉線較多、構造復雜，給運行維護工作帶來很大的不便。傳統的人工巡檢工作，時間長、難度大、工作效率低。今天，無人機已廣泛應用于環境監測、影視航拍及定向巡航等領域，在天線巡檢中應用無人機技術，能有效克服天線場地地形復雜、地大面廣、塔高檢測難度大的困難，大大提高工作效率。利用無人機進行天線巡檢將是未來的發展趨勢。

1.傳統天線巡檢

傳統的天線巡檢工作，工作人員通常是帶著檢測設備、望遠鏡及梯子，步行在天線場地，逐付天線檢查振子、拉線的松緊度，天線及地錨的銹蝕情況，饋線及接頭有無異常，懸掛、絕緣瓷件接觸是否牢靠。巡檢時間長，工作量大，且天線場地不能有任何遮擋，巡檢人員需在露天長時間工作，工作效率較低。

中短波天線出于其物理特性，高度為15米至150米不等。巡檢人員日常只能通過望遠鏡在地面觀察天線鐵塔是否有形變，天線幕有否脫落。觸點松緊、銹蝕以及機械損傷情況，只能在天線完全停止使用后，通過人工攀爬方式在塔體的一定高度，使用望遠鏡進行觀察，可視范圍非常有限。

許多中短波天線架設在山上，極易遭受雷擊，即使天線塔體安裝了避雷裝置，也無法完全避免雷電造成的損害。南方雷雨季節較長，天線場地濕滑、水浸現象經常出現，致使排查天線故障，恢復通信及其不便。

2.無人機介紹

無人機就是利用無線遙控或程序控制來執行特定航空任務的不載人飛行器，指不搭載操作人員的一種動力空中飛行器。其采用空氣動力為飛行器提供所需的升力，能夠自動飛行或遠程引導；既能一次性使用也能進行回收；能夠攜帶較小型負載。

無人機飛行控制系統集成了高精度的感應器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態感知），加速計，角速度計，氣壓計，GPS及指南針模塊，以及控制電路等部件組成。通過高效的控制算法內核，能夠精準地感應并計算出飛行器的飛行姿態等數據，再通過主控制單元實現精準定位懸停和自主平穩飛行。根據機型的不同，可以有不同類型的飛行輔助控制系統，有支持固定翼、多旋翼及直升機的飛行控制系統。

主要功能：

（1）實現精準定位懸停。利用GPS指南針模塊，可以實現鎖定經緯度和高度的精準定位。即使碰到有風或者其它外力的作用下，飛行控制系統也能通過主控制單元發出的定位指令來自主控制飛行器以實現精準定位懸停。

（2）實現自動巡航和自動返航。飛行員能預先設置無人機飛行路線，實現自動巡航。飛行過程中，飛行控制系統將對飛機按指定路線引航，根據既定路線進行拍攝跟蹤。飛行途中，飛行員也可根據需要調整攝像頭觀察目標情況。計劃任務完成后，飛機將自動返航至預定地點，實現自動返航和降落，使飛行或航拍更加安全可靠。利用避碰傳感器，飛機能在自動巡航中，安全避開障礙物，保證巡航安全。

（3）實現穩定拍攝。飛行過程中，受風力和操作等影響，飛機無法避免顛簸。無人機內置的云臺系統起到了穩定拍攝的作用，能有效避免鏡頭的晃動，提高拍攝效果。

（4）實現定點環繞。在GPS信號良好的情況下，將飛行器當前所在的坐標點記錄為熱點。飛行器就會實現360度的定點環繞飛行，機頭方向始終指向定點的方向。

3.無人機在天線巡檢中的應用

3.1日常巡檢

使用無人機進行天線巡檢的操作非常簡單，天線巡查人員根據既定的巡查路線制定巡航線路，無人機根據巡檢事前編好的巡查GPS坐標點，利用無人機其精準定位和定點環繞功能，在每付天線設置單個或多個懸停點，進行自動飛行巡檢，巡檢內容包括：防雷引流線有無斷股、鐵塔有無鳥窩、損壞、變形、松脫或被盜，絕緣子有無閃落、破損、污穢、異物懸掛跡象、振子有無變形或存在異物，地面環境有無超范圍生長的植物、雜草等。無人機執行巡檢監控中，將信息實時同步傳輸到地面設備，便于巡查人員觀察。任務完成后，巡檢人員根據巡檢內容信息判斷巡檢結果，并根據具體情況制定相應的解決措施。

3.2突發事件處理

在遭遇雷擊或者臺風后，有些天線性能嚴重下降，維護人員須快速反應，第一時間了解天線損害情況。在確定符合無人機飛行要求的天氣環境下，可利用多旋翼或者固定翼無人機，采用定點自動巡航或人工操作的方式，駕駛無人機第一時間到達故障現場進行檢查，大大縮短了故障恢復時間。故障天線檢查完畢后，可進一步進行較大區域范圍的檢查，查看其他天線是否也有一定程度的耗損，第一時間掌握事故隱患點，為制定維修計劃提供依據。

4.無人機在天線巡檢中存在的問題

無人機發展迅猛，但要完全適用于天線巡檢工作，還需注意及改進如下問題。

4.1續航時間

大部分民用多旋翼無人機采用電池供電，既要保持穩定飛行、拍攝及數據采集工作，又要保證較長的續航時間，對電池而言，無疑是一個比較大的考驗。現在民用無人機的續航時間約15-30分鐘左右，而一次簡易的天線巡檢工作，需要兩個小時，全面巡檢每付天線須30分鐘以上。用現有無人機進行天線巡檢，需要多次更換電池才能完成全部檢查工作。發展方便天線巡檢的無人機電池，應能保持至少60分鐘的續航時間。

4.2抗風能力

無人機正常飛行與氣候，尤其與風力有密切關系，特別在定點懸停的時候，如果沒有相應的抗風設計，無人機將被大風吹走而失控。在天線陣里，極易撞擊到天線塔體或振子，導致天線或飛行器損壞。因此，無人機巡檢除能在常態天氣環境下作業，也應能適應部分極端氣候下的應急檢修作業，抗風級別應大于八級。

4.3攝像模式

在天線巡檢作業中，除了要檢查天線鐵塔變形、斷裂等較易發現的問題，更多是檢查觸點及天線幕是否有松動、斷裂或者銹蝕等細微跡象。普通民用無人機搭載的攝像系統大多采用定焦模式，在對局部進行特寫檢查中，需要無人機距觀察點越近越好，但考慮氣候因素，無人機的安全工作距離應不少于10米，這個矛盾必須通過改變攝像模式解決。因此，在天線巡檢工作中選用無人機，應考慮具有一定變焦能力、拍攝更穩定的攝像系統。

5.應用展望

隨著科技的發展，無人機技術日趨成熟。無人機應用于天線巡檢，有效降低人工巡檢的故障率及出錯率，降低了巡檢難度，節約了人力、物質成本，大大提高了工作效率。作為有效的技術支撐，必將在巡檢等多個領域有更廣泛的利用。

陶承志.黃禹銘.李宇程.鄒毅立.無人機在輸電線路巡檢中的應用[J].中國科技信息,2016,16.