無人機(jī)在發(fā)射臺天饋線系統(tǒng)維護(hù)和測試中的應(yīng)用

黃潤升 林 磊 周崗健

1.2.3.國家廣電總局東南廣播電視維護(hù)中心 福建省 福州市 350001

1 引 言

據(jù)研究，南方電網(wǎng)公司使用無人機(jī)進(jìn)行巡檢工作的業(yè)務(wù)已經(jīng)基本成熟，機(jī)巡覆蓋已不少于80%，廣泛開展使用無人機(jī)進(jìn)行巡線、應(yīng)急救援、災(zāi)情查勘等電力作業(yè)，實現(xiàn)精益化運維模式轉(zhuǎn)變。相對于電力系統(tǒng)，將無人機(jī)應(yīng)用于中短波天饋線系統(tǒng)大修維護(hù)中的發(fā)展前景更加廣闊。國家廣播電視總局所屬中短波發(fā)射臺大多都是分布在沿海和偏遠(yuǎn)山區(qū)，其地形地貌十分復(fù)雜，對天饋線系統(tǒng)進(jìn)行人工巡檢時，存在很大的難點。天饋線系統(tǒng)在正常運行過程中，很容易受自然因素、人為因素的影響，使得天饋線系統(tǒng)受到破壞，從而對整個發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運行造成影響，因此，需要及時找出天饋線的故障點，并做好故障搶修工作至關(guān)重要。將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在巡檢中，能極大的提高故障發(fā)現(xiàn)率，以下就對無人機(jī)在天饋線系統(tǒng)巡檢、維保中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 現(xiàn)今無人機(jī)在中短波天線的日常巡檢中及日常維護(hù)中存在的問題

目前大多廣播發(fā)射臺站天線工在日常巡檢工作中，依舊停留在步行至天線場地依靠望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行肉眼觀察的階段，毫無利用先進(jìn)科技的創(chuàng)新思路。然而在使用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行巡檢時需要找到有利地形，且天線場地不能有任何遮擋，因國家廣電總局所屬廣播電臺，大多坐落于邊遠(yuǎn)山區(qū)，海島等條件惡劣地區(qū)。機(jī)房離天線場地甚遠(yuǎn)，中間多山坡、耕田、水渠、公路、小河、魚塘等。所以在日常巡檢中需要步行至各個有利觀察點，故使巡檢時間拉長，增加工作量。且長時間的露天作業(yè)，容易使作業(yè)人員感到疲勞，降低工作效率。故將先進(jìn)的無人飛行器技術(shù)融入廣播發(fā)射臺天饋線系統(tǒng)巡檢維護(hù)中，是大勢所趨。

3 無人機(jī)在運用中突顯的技術(shù)優(yōu)勢

無人機(jī)巡檢其擁有可精準(zhǔn)懸停、不受地形和高度影響、更高效快捷等優(yōu)點，具有可搭載高清攝像頭、紅外熱成像儀、電磁環(huán)境檢測儀等特性，非常適用于廣播發(fā)射臺日常巡檢、維保等工作中。自2018年國家廣電總局東南廣播電視維護(hù)中心引進(jìn)無人機(jī)以來，就對無人機(jī)如何在中短波天饋線系統(tǒng)大修、維護(hù)、巡檢、測試等方面起到積極作用，做了多項研究和試驗。使用無人機(jī)對天饋線系統(tǒng)巡檢進(jìn)入常態(tài)化階段，不但降低了巡檢人員的勞動強(qiáng)度，同時還降低了高空作業(yè)的安全風(fēng)險，使巡檢效率得到了顯著提高。在特殊節(jié)假日等重要保障期間無人機(jī)已經(jīng)發(fā)揮了十分突出的積極作用。因此，無人機(jī)的加入對臺站天饋線路的巡檢和對電臺智能化的發(fā)展都起到了十分積極的促進(jìn)作用，將成為臺站運行維護(hù)不可或缺的重要技術(shù)手段。據(jù)調(diào)查和試驗效果分析，大疆經(jīng)緯M300 RTK搭載禪思H20T高分辨率相機(jī)非常適合中短波天饋線的巡檢，其擁有55分鐘的超長續(xù)航能力，及15米/秒的抗風(fēng)能力，內(nèi)置的RTK模塊，可提供強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，可設(shè)置65535個航點在線任務(wù)錄制，利用精準(zhǔn)復(fù)拍的功能，確保每次自動化巡檢都能拍取到同一目標(biāo)區(qū)域的照片，提升了精細(xì)化、自動化，達(dá)到了準(zhǔn)確性的要求。

4 無人機(jī)在發(fā)射臺站中的運用

4.1 無人機(jī)在日常巡檢中的應(yīng)用

無人機(jī)根據(jù)日常巡檢人員巡檢的線路進(jìn)行GPS坐標(biāo)點錄制，利用無人機(jī)其精準(zhǔn)定位和精準(zhǔn)復(fù)拍功能，在每付天饋線主要觀測點設(shè)置多個懸停點，進(jìn)行自動飛行巡檢。圖1為無人機(jī)對中短波天饋線系統(tǒng)進(jìn)行巡檢，巡檢結(jié)束后，技術(shù)人員可通過無人機(jī)反饋的高清圖片，分析研判有無故障，并為準(zhǔn)備相應(yīng)搶修工具備件提供準(zhǔn)確支持。

圖1 無人機(jī)對中短波天饋線系統(tǒng)進(jìn)行巡檢

圖2 無人機(jī)發(fā)現(xiàn)燒壞的泄放電阻

圖3 地面?zhèn)淝谌藛T進(jìn)行故障維修

4.2 無人機(jī)在突發(fā)事件中的應(yīng)用

在機(jī)房突發(fā)停機(jī)故障后，機(jī)房人員與維修室人員必須快速做出反應(yīng)，機(jī)房人員進(jìn)行機(jī)房巡檢，天線人員在確定符合無人機(jī)飛行要求的天氣環(huán)境下，利用無人機(jī)的自動飛行巡檢功能，對停機(jī)相應(yīng)的天線進(jìn)行有針對性的自動巡檢或人工操作巡檢的方式，進(jìn)行故障排查，在無人機(jī)巡檢期間，可以組織維護(hù)班人員做好應(yīng)急搶修準(zhǔn)備，同時根據(jù)巡查的結(jié)果，制定相應(yīng)的搶修方案，這樣可以大大縮短故障恢復(fù)時間，待正常停機(jī)檢修時，再大范圍對其它天饋線系統(tǒng)進(jìn)行有針對性的檢查，為制定維修計劃提供有力依據(jù)。下例為某中波臺發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)偶爾出現(xiàn)短暫封鎖后又恢復(fù)正常狀態(tài)的情況，因觀測角度及故障點在中波鐵塔拉線的最高點，臺站人員在地面進(jìn)行巡檢時很難發(fā)現(xiàn)問題點。東南廣電維護(hù)中心技術(shù)人員在利用無人機(jī)進(jìn)行天饋線巡檢時，及時發(fā)現(xiàn)距地面120米處4蓬拉線2U絕緣架泄放電阻有燒斷現(xiàn)象（圖2），地面?zhèn)淝谌藛T馬上進(jìn)行故障維修（圖3）。

4.3 無人機(jī)在天饋線系統(tǒng)故障前的應(yīng)用

固定思維中只有出現(xiàn)故障，才啟動應(yīng)急搶修預(yù)案來解決。那么是否可以在故障前進(jìn)行隱性故障排除呢？傳統(tǒng)巡檢中，對于天饋線系統(tǒng)的打火、燒斷天饋線的故障，只能在晚上用肉眼去觀察有無火花來判斷。當(dāng)已經(jīng)出現(xiàn)火花，就很有可能會出現(xiàn)燒斷現(xiàn)象，造成發(fā)射機(jī)停機(jī)事故。在發(fā)現(xiàn)故障之前使用無人機(jī)巡檢，可以用掛載熱成像鏡頭的無人機(jī)在發(fā)射機(jī)工作時對天饋線系統(tǒng)進(jìn)行熱成像掃描，通過設(shè)置等溫線和高溫線，故障點溫度相對于正常工作溫度較高，所以能很好的發(fā)現(xiàn)到有無發(fā)熱點，在發(fā)生打火、燒斷前進(jìn)行故障清除。把被動搶修轉(zhuǎn)變成主動維修。在某中波臺利用熱成像技術(shù)對饋線系統(tǒng)進(jìn)行巡檢（如圖4）可以很直觀的看到饋線中各個節(jié)點的溫度有沒有很大差異，是否有發(fā)熱現(xiàn)象。

4.4 無人機(jī)在天線場強(qiáng)測試中的應(yīng)用

4.4.1 場強(qiáng)測試的意義

天線輻射的電磁波的強(qiáng)弱一般用電場強(qiáng)度來表示。信號的場強(qiáng)直接關(guān)系到收聽收視效果，在廣播電視的覆蓋區(qū)內(nèi)要求接收信號場強(qiáng)必須達(dá)到一定值以上，才能算作有效覆蓋。場強(qiáng)大小取決于發(fā)射機(jī)功率、天饋線系統(tǒng)的損耗和增益、天線安裝方式（高度、仰角、下傾角）、收發(fā)距離等因素，同時受到電波傳播路徑上地形地貌、建筑物等影響。收測場強(qiáng)有助于了解信號發(fā)射覆蓋的效果，對于天線安裝架設(shè)的質(zhì)量和運行維護(hù)狀況提供參考。

圖4 熱成像模式下的饋線系統(tǒng)

4.4.2 場強(qiáng)測量標(biāo)準(zhǔn)

按照測量場地要求，中波天線要在以天線陣相位中心為圓心的圓周上布點測量。圓周半徑不小于1000m，在主向和偏向角度的±10°范圍內(nèi)，增加到1.5°一個測量點，測量點越多越準(zhǔn)確。測量點周圍環(huán)境應(yīng)平坦，坡度不得大于2°，測量點25米半徑內(nèi)，應(yīng)無障礙物，遠(yuǎn)區(qū)障礙物仰角不得高于4°。短波天線的場強(qiáng)測量點與天線之間的距離，應(yīng)為5λ～10λ，圓周不小于500m，沿圓周每3°一個測量點，在主向和偏向角度的±10°范圍內(nèi)，增加到1.5°一個測量點。

4.4.3 場強(qiáng)測試在實際工作中的問題

根據(jù)場強(qiáng)的大小，可以判斷出天線輻射的方向，天線輻射的方向性包括水平面和垂直面內(nèi)的方向性，一般近場場強(qiáng)的方向性是測量水平面的方向性，現(xiàn)在以某中波臺天線調(diào)試進(jìn)行場強(qiáng)收測時遇到的問題進(jìn)行解讀。

2015年某城市道路建設(shè)工程與該臺2號天線的2T1發(fā)射塔部分地網(wǎng)存在327m交叉重疊問題，對天線系統(tǒng)性能指標(biāo)產(chǎn)生影響，使得天線的方向圖發(fā)生畸變，主向發(fā)生偏移；天線的效率降低，阻抗發(fā)生變化。因此，要先對輻射方向場強(qiáng)進(jìn)行測量，判斷水平面方向性是否偏離，再對主調(diào)室、分調(diào)室的匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試，最后進(jìn)行場強(qiáng)的復(fù)測。（如圖5）

圖5

4.4.4 水平方向性測量

根據(jù)該臺現(xiàn)場的實際情況，結(jié)合Google地圖進(jìn)行模擬定位，在對水平面方向性測量時發(fā)現(xiàn)，2號中波天線發(fā)射主向128°，地處海灘旁邊，天線前方2km以外均是灘涂或大海，2km以內(nèi)是魚塘。背向308°2km以外是高山，2km以內(nèi)是農(nóng)田和村莊。

如果按照測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，受到地形限制，許多測試點無法到達(dá)，經(jīng)實地勘查，只有在主向128°1938m處沿海岸線的一條海堤處有進(jìn)行測量的條件，最后決定，在主向1938m向兩側(cè)每1.5°進(jìn)行一次測量，測量時使用GPS定位測量點，通過經(jīng)緯度計算與天線相位中心的距離與角度，最后再使用近場場強(qiáng)測試儀進(jìn)行測量。測量結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)存在一定的誤差。（如圖6）

若使用無人機(jī)進(jìn)行測試，無人機(jī)本身自帶GPS芯片，能通過計算機(jī)編程提前計算出各個測試點的坐標(biāo)和高度，攜帶場強(qiáng)測試儀后，將測試路線錄入無人機(jī)系統(tǒng)，無人機(jī)就能自行前往測量點進(jìn)行測量，測量結(jié)束返回起飛點，再將測量結(jié)果導(dǎo)出就能進(jìn)行天線輻射的方向性的判斷。這樣測試的優(yōu)勢是，無人機(jī)可以無視地形的影響，飛行速度快，只要前期規(guī)劃好路線，確保在同一水平面內(nèi)無障礙物影響無人機(jī)的飛行路線。（如圖7）

4.4.5 前后比的測量

在被測天線的輻射主向和正后方距離天線幾何中心等距離的兩點上，用場強(qiáng)儀分別測量出這兩點處的場強(qiáng)值，根據(jù)公式計算出前后比。

圖6

圖7

圖8

在測量工作中，為了在發(fā)射天線主向正前方和正后方，找到便于場強(qiáng)測量的等距離點，必須進(jìn)行多次現(xiàn)場勘查，并使用GPS隨時定位人工能方便進(jìn)入的測量地點。通過Google地圖可以看到，除了正向1938m處能到達(dá)之外，只有1200m左右的道路中段處于正向可到達(dá)的測量位置，而背向1200m左右是農(nóng)田，基本符合測量要求，因此只能從中挑出一對可測量的等距離點做前后比的測量。

如果使用無人機(jī)進(jìn)行前后比測量，只要在測量最小距離之外任意一個正向測量點通過坐標(biāo)計算得出與相位中心的距離進(jìn)行場強(qiáng)測量，再到背向的等距離點將測得的場強(qiáng)值與正向場強(qiáng)值進(jìn)行公式計算，就能得出前后比。（如圖8）

4.4.6 垂直方向性測量

天線輻射的方向性還包括垂直面內(nèi)的方向性，一般近場場強(qiáng)的方向性是測量水平面的方向性，垂直面方向性測量非常困難，大都不具備測量條件，因此一般不進(jìn)行實測。如果使用無人機(jī)，在進(jìn)行水平面的方向性測量并調(diào)整之后，就可以進(jìn)行垂直面內(nèi)的方向性測量，能更加精確的將廣播電視信號發(fā)送到覆蓋區(qū)域，提高發(fā)射效率。

4.5 無人機(jī)在發(fā)現(xiàn)人為破壞廣播設(shè)備時的應(yīng)用

我局所屬臺站的中、短波天線系統(tǒng)，多架設(shè)于農(nóng)田、河流、魚塘邊，在春耕或者秋收時有農(nóng)戶會使用大型機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，秋收結(jié)束后會在天線場區(qū)焚燒稻草，會有百姓在河流邊釣魚等，這些操作如有不當(dāng)會對天饋線系統(tǒng)造成一定的破壞，所以在日常巡檢中可使用掛載喊話器的無人機(jī)進(jìn)行場地巡檢，對這些有隱患的操作人員進(jìn)行實時溝通，給他們普及廣播發(fā)射條例保護(hù)法，能及時有效的制止他們對天饋線系統(tǒng)的破壞。

4.6 無人機(jī)在災(zāi)后評估中的應(yīng)用

國家廣電總局東南廣播電視維護(hù)中心所屬臺站分布在中國大江南北，戶外的天饋線系統(tǒng)每年都經(jīng)歷著暴雪、暴雨、冰災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的破壞。在自然災(zāi)害過后第一時間要對天饋線系統(tǒng)進(jìn)行巡查評估，確保繼續(xù)安全播出。自然災(zāi)害有可能會對道路、橋梁等進(jìn)行破壞，傳統(tǒng)人工巡檢出行受阻并且外出依然存有較大的安全隱患。因此使用無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)后評估至關(guān)重要，無人機(jī)可無限制地巡航飛行，保證人身安全的同時，技術(shù)人員在屋內(nèi)就可以清晰的巡查天饋線系統(tǒng)，評估受損情況，制定恢復(fù)方案。

4.7 無人機(jī)在冰雪災(zāi)后故障搶修中的應(yīng)用

南方的冬天雖不像北方那樣白雪飄飄，但是南方的冬天有時會有凍雨的出現(xiàn)，最嚴(yán)重的一次莫過于2008年的南昌冰災(zāi)，低溫雨雪冰凍天氣，一夜之間，不少地方被冰封，對居民生活、道路橋梁、電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重不利影響。圖9為國家廣電總局東南廣播電視維護(hù)中心所屬某臺，天饋線系統(tǒng)受損嚴(yán)重。在啟動應(yīng)急搶修預(yù)案后，東南廣播電視維護(hù)中心搶修人員即刻出發(fā)前往現(xiàn)場，為保障傳輸發(fā)射爭分奪秒。在后續(xù)搶修中，隨著溫度慢慢上升，鐵塔及天線幕上的冰塊開始融化墜落。給搶修人員帶來了不少安全隱患。如再次面臨災(zāi)害時，是否還要冒著這樣的危險呢？其實可以利用六旋翼無人機(jī)攜帶噴火裝置，采用燃燒的方法，對鐵塔及天線幕上的冰塊進(jìn)行加熱去冰處理，待處理完后再進(jìn)行搶修，能很大程度上保障了我們搶修人員的人身安全。

圖9 被凍雨覆蓋的短波天線

5 臺站無人機(jī)專用控制室的打造設(shè)想

在臺站至高辦公樓中，找一間有陽臺，且前方無遮擋的辦公室，以一面墻至少能裝下2*2拼接屏為佳，窗口處用遮陽簾進(jìn)行遮光處理，安裝一部能與維修室直接對話的對講機(jī)，安裝1臺電腦，專門用來無人機(jī)巡檢信息的存儲。待每次巡檢時，可用對講機(jī)通知維修室人員把無人機(jī)放到指定起飛降落地點，開機(jī)進(jìn)行自動巡檢。一人或多人在控制室里可使用無人機(jī)實時圖傳功能投屏到大屏幕上，利用高清的大屏進(jìn)行身臨其境的巡檢。有發(fā)現(xiàn)問題可記錄下來，利用對講機(jī)通知維修室人員準(zhǔn)備相應(yīng)的維修預(yù)案。在有其它突發(fā)事件發(fā)生時，無人機(jī)操作人員可在陽臺上利用遙控器臨時接管無人機(jī)控制權(quán)，再進(jìn)行相應(yīng)操作。無人機(jī)專用控制室能作為日常無人機(jī)及無人機(jī)掛載儀器的保養(yǎng)存放場所，也能根據(jù)季節(jié)特點、特殊節(jié)假日做出的加強(qiáng)性、防范性及針對性巡檢的臨時觀測場地。

6 總 結(jié)

天饋線系統(tǒng)的運行狀態(tài)對整個廣播發(fā)射的持續(xù)運行有十分重要的意義，做好天饋線系統(tǒng)的巡檢工作是十分重要的，將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在巡檢、維保中能有效地提高巡檢效率，提高安全播出的可靠性，因此，在實際工作中，要加大無人機(jī)巡檢技術(shù)的應(yīng)用，從而確保電臺的安全傳輸發(fā)射。