淺談無人機在天線巡檢中的應(yīng)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(yīng)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(tǒng)天線巡檢工作中存在的不足，結(jié)合現(xiàn)代無人機的技術(shù)特點，探討了無人機技術(shù)應(yīng)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(tǒng)的重要組成部分，功能是有效地發(fā)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(guān)重要。天線及其饋線系統(tǒng)，由于其特性決定，需要長期曝露在野外，受到持續(xù)的機械張力、雷擊閃電、臺風(fēng)吹刮、天氣潮濕、器件老化，容易發(fā)生銹蝕、斷幕、倒塔等現(xiàn)象。中短波天線一般塔身較高、拉線較多、構(gòu)造復(fù)雜，給運行維護工作帶來很大的不便。傳統(tǒng)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(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、影視航拍及定向巡航等領(lǐng)域，在天線巡檢中應(yīng)用無人機技術(shù)，能有效克服天線場地地形復(fù)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(fā)展趨勢。

1.傳統(tǒng)天線巡檢

傳統(tǒng)的天線巡檢工作，工作人員通常是帶著檢測設(shè)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(shè)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(jié)較長，天線場地濕滑、水浸現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，致使排查天線故障，恢復(fù)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(zhí)行特定航空任務(wù)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(dǎo)；既能一次性使用也能進行回收；能夠攜帶較小型負(fù)載。

無人機飛行控制系統(tǒng)集成了高精度的感應(yīng)器元件，主要由陀螺儀（飛行姿態(tài)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(nèi)核，能夠精準(zhǔn)地感應(yīng)并計算出飛行器的飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，再通過主控制單元實現(xiàn)精準(zhǔn)定位懸停和自主平穩(wěn)飛行。根據(jù)機型的不同，可以有不同類型的飛行輔助控制系統(tǒng)，有支持固定翼、多旋翼及直升機的飛行控制系統(tǒng)。

主要功能：

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

（2）實現(xiàn)自動巡航和自動返航。飛行員能預(yù)先設(shè)置無人機飛行路線，實現(xiàn)自動巡航。飛行過程中，飛行控制系統(tǒng)將對飛機按指定路線引航，根據(jù)既定路線進行拍攝跟蹤。飛行途中，飛行員也可根據(jù)需要調(diào)整攝像頭觀察目標(biāo)情況。計劃任務(wù)完成后，飛機將自動返航至預(yù)定地點，實現(xiàn)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(xiàn)穩(wěn)定拍攝。飛行過程中，受風(fēng)力和操作等影響，飛機無法避免顛簸。無人機內(nèi)置的云臺系統(tǒng)起到了穩(wěn)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(xiàn)定點環(huán)繞。在GPS信號良好的情況下，將飛行器當(dāng)前所在的坐標(biāo)點記錄為熱點。飛行器就會實現(xiàn)360度的定點環(huán)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(yīng)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(jù)既定的巡查路線制定巡航線路，無人機根據(jù)巡檢事前編好的巡查GPS坐標(biāo)點，利用無人機其精準(zhǔn)定位和定點環(huán)繞功能，在每付天線設(shè)置單個或多個懸停點，進行自動飛行巡檢，巡檢內(nèi)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(huán)境有無超范圍生長的植物、雜草等。無人機執(zhí)行巡檢監(jiān)控中，將信息實時同步傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備，便于巡查人員觀察。任務(wù)完成后，巡檢人員根據(jù)巡檢內(nèi)容信息判斷巡檢結(jié)果，并根據(jù)具體情況制定相應(yīng)的解決措施。

3.2突發(fā)事件處理

在遭遇雷擊或者臺風(fēng)后，有些天線性能嚴(yán)重下降，維護人員須快速反應(yīng)，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(huán)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(xiàn)場進行檢查，大大縮短了故障恢復(fù)時間。故障天線檢查完畢后，可進一步進行較大區(qū)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(jù)。

4.無人機在天線巡檢中存在的問題

無人機發(fā)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(xù)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(wěn)定飛行、拍攝及數(shù)據(jù)采集工作，又要保證較長的續(xù)航時間，對電池而言，無疑是一個比較大的考驗?，F(xiàn)在民用無人機的續(xù)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(xiàn)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(fā)展方便天線巡檢的無人機電池，應(yīng)能保持至少60分鐘的續(xù)航時間。

4.2抗風(fēng)能力

無人機正常飛行與氣候，尤其與風(fēng)力有密切關(guān)系，特別在定點懸停的時候，如果沒有相應(yīng)的抗風(fēng)設(shè)計，無人機將被大風(fēng)吹走而失控。在天線陣?yán)?，極易撞擊到天線塔體或振子，導(dǎo)致天線或飛行器損壞。因此，無人機巡檢除能在常態(tài)天氣環(huán)境下作業(yè)，也應(yīng)能適應(yīng)部分極端氣候下的應(yīng)急檢修作業(yè)，抗風(fēng)級別應(yīng)大于八級。

4.3攝像模式

在天線巡檢作業(yè)中，除了要檢查天線鐵塔變形、斷裂等較易發(fā)現(xiàn)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(xì)微跡象。普通民用無人機搭載的攝像系統(tǒng)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(yīng)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(yīng)考慮具有一定變焦能力、拍攝更穩(wěn)定的攝像系統(tǒng)。

5.應(yīng)用展望

隨著科技的發(fā)展，無人機技術(shù)日趨成熟。無人機應(yīng)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(jié)約了人力、物質(zhì)成本，大大提高了工作效率。作為有效的技術(shù)支撐，必將在巡檢等多個領(lǐng)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(yīng)用[J].中國科技信息,2016,16.