無(wú)人機(jī)在大型天線場(chǎng)巡護(hù)中的應(yīng)用

楊吉祥 尹訓(xùn)鋒

摘? 要：天線場(chǎng)的定期巡查維護(hù)是確保天線性能的重要保障手段，大型天線場(chǎng)地域跨度較大，地形地物復(fù)雜，人工巡查維護(hù)成本高、效率低、存在安全隱患。針對(duì)大型天線場(chǎng)傳統(tǒng)人工巡視存在的困難問題，結(jié)合近年來快速發(fā)展的無(wú)人機(jī)技術(shù)、圖像識(shí)別以及導(dǎo)航定位等先進(jìn)技術(shù)手段，提出采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行智能線路巡護(hù)，解決日常巡護(hù)、重點(diǎn)巡查、故障定位以及安全監(jiān)測(cè)等問題。

關(guān)鍵詞：天線場(chǎng)? 無(wú)人機(jī)? 巡護(hù)? 重點(diǎn)巡查

中圖分類號(hào)：TN820;V279? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(chǎng)地由于占地面積廣，地形地貌復(fù)雜以及人工成本逐年增加等原因，導(dǎo)致大型天線巡查維護(hù)存在諸多困難，安全巡護(hù)存在死角，且容易出現(xiàn)意外事故和人力資源浪費(fèi)。研究采用新型技術(shù)手段進(jìn)行大型天線場(chǎng)地的巡查巡護(hù)具有事半功倍的效果。無(wú)人機(jī)是一種新興的高科技手段，和傳統(tǒng)的人工巡視相比，具有人力占用少，巡視效率高，不受地形環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，無(wú)人機(jī)使用成本逐步下降，許多人工巡視的領(lǐng)域，已逐步采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡視。為更好服務(wù)高壓電網(wǎng)運(yùn)維工作，國(guó)家電網(wǎng)公司自2013開始輸電線路無(wú)人-人工巡檢協(xié)同試點(diǎn)工作，有效提高了運(yùn)維巡護(hù)質(zhì)量和效率。南方電網(wǎng)“十三五”規(guī)劃明確提出全面推行“機(jī)巡+人巡”的巡線模式，并在2020年底基本實(shí)現(xiàn)“機(jī)巡為主，人巡為輔”的協(xié)調(diào)巡檢目標(biāo)。國(guó)家電網(wǎng)江西上饒公司為提升輸電線路檢修效率和人檢負(fù)擔(dān)，2018年5月起采用無(wú)人機(jī)承擔(dān)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(wú)人機(jī)在輸電線路巡護(hù)中逐步得到廣泛應(yīng)用，而在大型天線場(chǎng)巡護(hù)中的應(yīng)用還有待探究。本文針對(duì)所屬的大型天線場(chǎng)，分析介紹采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行線路巡護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)，分析了幾種典型應(yīng)用。

1? 無(wú)人機(jī)線路巡護(hù)組成結(jié)構(gòu)

天線場(chǎng)無(wú)人機(jī)巡護(hù)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

無(wú)人機(jī)采用六旋翼無(wú)人機(jī)，由大容量電池組進(jìn)行供電，無(wú)人機(jī)搭載帶云臺(tái)的高清攝像機(jī)，云臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰、橫滾和水平方位三個(gè)軸向180度自由旋轉(zhuǎn)，能夠采集各個(gè)方向的高清圖像信息。高清攝像機(jī)采集的視頻信息通過圖傳系統(tǒng)傳回地面控制中心，由地面控制中心對(duì)圖像信息進(jìn)行分析處理，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或存在的安全隱患?？刂葡到y(tǒng)由地面飛控終端組成，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的遙控飛行和定點(diǎn)巡視等功能。傳感器由溫度傳感器、慣性傳感器、風(fēng)速傳感器、GPS或北斗等器件構(gòu)成，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量巡護(hù)區(qū)域環(huán)境信息，控制無(wú)人機(jī)周界，防止越界等。特殊功能模塊由微型驅(qū)鳥器，廣播告警器等模塊組成，根據(jù)特殊需要進(jìn)行搭載，以實(shí)現(xiàn)特殊巡護(hù)目的。

2? 無(wú)人機(jī)天線巡護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于5G的數(shù)字圖傳技術(shù)

圖像傳輸特別是視頻傳輸一直是無(wú)線通信的瓶頸問題，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是5G技術(shù)快速發(fā)展和商業(yè)應(yīng)用，基于5G技術(shù)的圖像傳輸技術(shù)，為無(wú)人機(jī)的大容量無(wú)線圖傳提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐手段。5G技術(shù)具有高數(shù)據(jù)率以及低延遲等技術(shù)特點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10Gbit/s，而傳輸延遲僅為毫秒級(jí)，搭載5G平臺(tái)能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)提供安全、穩(wěn)定和可靠的數(shù)字圖像傳輸和無(wú)人機(jī)控制鏈路，大大提升無(wú)人機(jī)線路維護(hù)的效率和質(zhì)量。

2.2 周界巡護(hù)技術(shù)

采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行天線場(chǎng)地巡護(hù)雖然能夠提升維護(hù)效率，節(jié)省人力資源，但無(wú)人機(jī)如使用不當(dāng)，存在入侵私人領(lǐng)地，侵犯別人隱私的問題，容易產(chǎn)生法律糾紛。為加強(qiáng)無(wú)人機(jī)天線場(chǎng)地巡護(hù)的周界意識(shí)，在無(wú)人機(jī)上搭載GPS或北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在無(wú)人機(jī)飛行巡護(hù)過程中實(shí)時(shí)確定自身位置信息，通過與預(yù)先設(shè)置的周界領(lǐng)地進(jìn)行比對(duì)，確定是否越界，一旦越界自動(dòng)對(duì)飛行航線進(jìn)行校正，確保不越界。

2.3 天線部件故障識(shí)別技術(shù)

無(wú)人機(jī)天線場(chǎng)地的巡護(hù)不僅僅是簡(jiǎn)單的飛行巡查，而是為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和排查隱患，要具備對(duì)天線桿塔、天線幕、振子以及拉線等天線部件的故障識(shí)別能力，能夠發(fā)現(xiàn)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(chǎng)地形復(fù)雜，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)地貌、地物以及光照變化較大，天線部件懸掛在高空，無(wú)人機(jī)采集的部件信息存在較大的環(huán)境干擾，無(wú)人機(jī)天線部件故障識(shí)別是決定天線巡查維護(hù)效果的關(guān)鍵。天線部件故障識(shí)別的關(guān)鍵是圖像識(shí)別技術(shù)，無(wú)人機(jī)高清攝像機(jī)拍攝的高清天線部件信息通信圖傳系統(tǒng)傳回地面控制中心，地面控制中心利用圖像識(shí)別技術(shù)，采用圖像分割提取，利用形態(tài)學(xué)特征、遺傳算法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)方法，對(duì)圖像進(jìn)行技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)天線故障部件的提取和檢測(cè)。

3? 典型應(yīng)用分析

3.1 日常巡護(hù)

日常巡護(hù)是大型天線場(chǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患的重要手段，傳統(tǒng)的日常巡護(hù)主要采用分區(qū)域，逐片區(qū)對(duì)每副天線的桿塔、天線幕等天線組成部件進(jìn)行目測(cè)檢查，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受天氣、季節(jié)影響較大，夏季植被茂盛的時(shí)候日常巡護(hù)困難，漏檢概率較大。采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行日常巡護(hù)，不受季節(jié)限制，能夠大大提升巡護(hù)效率。巡護(hù)時(shí)由操作人員控制無(wú)人機(jī)對(duì)天線場(chǎng)地進(jìn)行日常巡查維護(hù)，采用固定區(qū)域和定速巡航相結(jié)合的方法，遍巡天線場(chǎng)的每副天線，在GPS或北斗定位系統(tǒng)輔助下，控制無(wú)人機(jī)飛行周界。傳感器采集天線場(chǎng)溫度等氣象環(huán)境信息，無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)傳輸?shù)囊曨l圖像信息由地面中心進(jìn)行識(shí)別和故障判斷，并將巡查結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為基礎(chǔ)維護(hù)數(shù)據(jù)，便于后續(xù)維護(hù)、故障判別和趨勢(shì)研判。

3.2 重點(diǎn)巡查

針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域、特殊時(shí)間點(diǎn)以及特殊場(chǎng)合進(jìn)行有針對(duì)性的重點(diǎn)巡查。在進(jìn)行工程施工、土地耕種或其他建設(shè)的區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)區(qū)域，采用重點(diǎn)巡查，重點(diǎn)察看施工有無(wú)對(duì)天線造成損壞，側(cè)重收集資料證據(jù)和音頻廣播告警。春季鳥類繁殖期等特殊時(shí)間端，重點(diǎn)巡視有無(wú)鳥類筑巢等現(xiàn)象，并搭載驅(qū)鳥器等特殊功能模塊進(jìn)行驅(qū)鳥。針對(duì)清明以及冬春季節(jié)干旱的特點(diǎn)，重點(diǎn)巡查火災(zāi)隱患，夏季汛期重點(diǎn)巡查天線基礎(chǔ)受損情況等。

3.3 故障定位

針對(duì)個(gè)別天線駐波比升高，天線性能下降等故障問題或趨勢(shì)，重點(diǎn)進(jìn)行故障定位的巡查，針對(duì)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(guān)情況，通過研判后，派遣人工進(jìn)行重點(diǎn)巡護(hù)和故障維修。

3.4 安全監(jiān)測(cè)

天線桿塔通常較高，屬于超高作業(yè)，如操作人員在天線桿塔上不按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，存在較大的安全隱患，而傳統(tǒng)天線維修時(shí)，安全員在地面觀察指揮，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)桿塔上操作人員的操作過程，存在安全盲區(qū)。人工進(jìn)行天線維護(hù)維修時(shí)，采用無(wú)人機(jī)跟蹤巡視維護(hù)過程，即能檢查發(fā)現(xiàn)人工維護(hù)是否合乎安全規(guī)范和操作規(guī)程，也能及時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境，起到安全員作用，及時(shí)對(duì)安全隱患進(jìn)行預(yù)警，防止發(fā)生安全事故。

4? 結(jié)語(yǔ)

天線及時(shí)維護(hù)檢修是確保天線使用壽命及技術(shù)指標(biāo)滿足性能要求的重要保障手段，采用新技術(shù)手段進(jìn)行天線檢修維護(hù)，能夠大大提升維護(hù)效率。隨著信息技術(shù)以及無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，采用無(wú)人機(jī)智能巡查和人工維護(hù)維修相協(xié)同的天線維護(hù)手段，能夠節(jié)約人力成本，提高天線維護(hù)質(zhì)量和效率，確保天線時(shí)刻處于良好的工作狀態(tài)。

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