無人機在大型天線場巡護中的應用

楊吉祥 尹訓鋒

摘? 要：天線場的定期巡查維護是確保天線性能的重要保障手段，大型天線場地域跨度較大，地形地物復雜，人工巡查維護成本高、效率低、存在安全隱患。針對大型天線場傳統人工巡視存在的困難問題，結合近年來快速發展的無人機技術、圖像識別以及導航定位等先進技術手段，提出采用無人機進行智能線路巡護，解決日常巡護、重點巡查、故障定位以及安全監測等問題。

關鍵詞：天線場? 無人機? 巡護? 重點巡查

中圖分類號：TN820;V279? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0109-03

Abstract：Regular inspection and maintenance of antenna field is an important means to ensure the performance of antenna. Large antenna field has a large area and complex terrain. There are some problems in manual inspection， such as high maintenance cost， low efficiency and blind area. In recent years， with the rapid development of UAV technology， image recognition， navigation and positioning and other advanced technology， according to the problem of traditional manual inspection of large antenna field， this paper proposes to use UAV for intelligent line patrol， which solves the problems of daily patrol， key patrol， fault location and safety monitoring.

Key Words： Antenna field; Unmanned Aerial Vehicle;Daily patrol; Key inspection

大型天線場地由于占地面積廣，地形地貌復雜以及人工成本逐年增加等原因，導致大型天線巡查維護存在諸多困難，安全巡護存在死角，且容易出現意外事故和人力資源浪費。研究采用新型技術手段進行大型天線場地的巡查巡護具有事半功倍的效果。無人機是一種新興的高科技手段，和傳統的人工巡視相比，具有人力占用少，巡視效率高，不受地形環境限制等優點。隨著無人機技術的不斷成熟，無人機使用成本逐步下降，許多人工巡視的領域，已逐步采用無人機進行巡視。為更好服務高壓電網運維工作，國家電網公司自2013開始輸電線路無人-人工巡檢協同試點工作，有效提高了運維巡護質量和效率。南方電網“十三五”規劃明確提出全面推行“機巡+人巡”的巡線模式，并在2020年底基本實現“機巡為主，人巡為輔”的協調巡檢目標。國家電網江西上饒公司為提升輸電線路檢修效率和人檢負擔，2018年5月起采用無人機承擔110余條35kV及以上輸電線路的巡檢工作，取得了很好的效果。無人機在輸電線路巡護中逐步得到廣泛應用，而在大型天線場巡護中的應用還有待探究。本文針對所屬的大型天線場，分析介紹采用無人機進行線路巡護的系統結構、關鍵技術，分析了幾種典型應用。

1? 無人機線路巡護組成結構

天線場無人機巡護系統組成結構如圖1所示。

無人機采用六旋翼無人機，由大容量電池組進行供電，無人機搭載帶云臺的高清攝像機，云臺能夠實現俯仰、橫滾和水平方位三個軸向180度自由旋轉，能夠采集各個方向的高清圖像信息。高清攝像機采集的視頻信息通過圖傳系統傳回地面控制中心，由地面控制中心對圖像信息進行分析處理，以便及時發現故障或存在的安全隱患。控制系統由地面飛控終端組成，實現無人機的遙控飛行和定點巡視等功能。傳感器由溫度傳感器、慣性傳感器、風速傳感器、GPS或北斗等器件構成，能夠實時測量巡護區域環境信息，控制無人機周界，防止越界等。特殊功能模塊由微型驅鳥器，廣播告警器等模塊組成，根據特殊需要進行搭載，以實現特殊巡護目的。

2? 無人機天線巡護關鍵技術

2.1 基于5G的數字圖傳技術

圖像傳輸特別是視頻傳輸一直是無線通信的瓶頸問題，隨著信息技術的飛速發展，特別是5G技術快速發展和商業應用，基于5G技術的圖像傳輸技術，為無人機的大容量無線圖傳提供了強有力的技術支撐手段。5G技術具有高數據率以及低延遲等技術特點，數據傳輸速率最高可達10Gbit/s，而傳輸延遲僅為毫秒級，搭載5G平臺能夠為無人機提供安全、穩定和可靠的數字圖像傳輸和無人機控制鏈路，大大提升無人機線路維護的效率和質量。

2.2 周界巡護技術

采用無人機進行天線場地巡護雖然能夠提升維護效率，節省人力資源，但無人機如使用不當，存在入侵私人領地，侵犯別人隱私的問題，容易產生法律糾紛。為加強無人機天線場地巡護的周界意識，在無人機上搭載GPS或北斗導航定位系統，在無人機飛行巡護過程中實時確定自身位置信息，通過與預先設置的周界領地進行比對，確定是否越界，一旦越界自動對飛行航線進行校正，確保不越界。

2.3 天線部件故障識別技術

無人機天線場地的巡護不僅僅是簡單的飛行巡查，而是為了能夠及時發現問題和排查隱患，要具備對天線桿塔、天線幕、振子以及拉線等天線部件的故障識別能力，能夠發現天線幕、振子、拉線等部件的斷裂、異物懸掛、變形以及脫落等故障。天線場地形復雜，場區范圍內地貌、地物以及光照變化較大，天線部件懸掛在高空，無人機采集的部件信息存在較大的環境干擾，無人機天線部件故障識別是決定天線巡查維護效果的關鍵。天線部件故障識別的關鍵是圖像識別技術，無人機高清攝像機拍攝的高清天線部件信息通信圖傳系統傳回地面控制中心，地面控制中心利用圖像識別技術，采用圖像分割提取，利用形態學特征、遺傳算法以及神經網絡等技術方法，對圖像進行技術處理，實現天線故障部件的提取和檢測。

3? 典型應用分析

3.1 日常巡護

日常巡護是大型天線場及時發現故障隱患的重要手段，傳統的日常巡護主要采用分區域，逐片區對每副天線的桿塔、天線幕等天線組成部件進行目測檢查，費時費力，受天氣、季節影響較大，夏季植被茂盛的時候日常巡護困難，漏檢概率較大。采用無人機進行日常巡護，不受季節限制，能夠大大提升巡護效率。巡護時由操作人員控制無人機對天線場地進行日常巡查維護，采用固定區域和定速巡航相結合的方法，遍巡天線場的每副天線，在GPS或北斗定位系統輔助下，控制無人機飛行周界。傳感器采集天線場溫度等氣象環境信息，無人機圖傳系統傳輸的視頻圖像信息由地面中心進行識別和故障判斷，并將巡查結果存入數據庫，作為基礎維護數據，便于后續維護、故障判別和趨勢研判。

3.2 重點巡查

針對重點區域、特殊時間點以及特殊場合進行有針對性的重點巡查。在進行工程施工、土地耕種或其他建設的區域為重點區域，采用重點巡查，重點察看施工有無對天線造成損壞，側重收集資料證據和音頻廣播告警。春季鳥類繁殖期等特殊時間端，重點巡視有無鳥類筑巢等現象，并搭載驅鳥器等特殊功能模塊進行驅鳥。針對清明以及冬春季節干旱的特點，重點巡查火災隱患，夏季汛期重點巡查天線基礎受損情況等。

3.3 故障定位

針對個別天線駐波比升高，天線性能下降等故障問題或趨勢，重點進行故障定位的巡查，針對特定天線采用低空巡視駐留，高清拍攝等措施，檢查天線幕是否斷裂，集合線是否松散，天線振子是否損壞。地面控制中心收到相關情況，通過研判后，派遣人工進行重點巡護和故障維修。

3.4 安全監測

天線桿塔通常較高，屬于超高作業，如操作人員在天線桿塔上不按照規范要求進行操作，存在較大的安全隱患，而傳統天線維修時，安全員在地面觀察指揮，不能及時發現桿塔上操作人員的操作過程，存在安全盲區。人工進行天線維護維修時，采用無人機跟蹤巡視維護過程，即能檢查發現人工維護是否合乎安全規范和操作規程，也能及時監測周圍環境，起到安全員作用，及時對安全隱患進行預警，防止發生安全事故。

4? 結語

天線及時維護檢修是確保天線使用壽命及技術指標滿足性能要求的重要保障手段，采用新技術手段進行天線檢修維護，能夠大大提升維護效率。隨著信息技術以及無人機技術的快速發展，采用無人機智能巡查和人工維護維修相協同的天線維護手段，能夠節約人力成本，提高天線維護質量和效率，確保天線時刻處于良好的工作狀態。

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