無人機(jī)技術(shù)在廣播發(fā)射臺(tái)站的應(yīng)用

王穎

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010010

無人機(jī)是一種使用可見光及紅外熱成像儀等技術(shù)手段的飛行設(shè)備，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于線路設(shè)施的巡檢工作中，我們作為廣播電視行業(yè)的技術(shù)人員，開始對這項(xiàng)新的科技手段進(jìn)行廣泛探索，并提出了采用無人機(jī)對廣播電視臺(tái)站鐵塔進(jìn)行巡視檢查的全新巡檢技術(shù)。運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行缺陷識(shí)別，可以查找出人工難以發(fā)現(xiàn)的缺陷，并且極大的降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了巡檢效率。

1 項(xiàng)目背景

伴隨著廣播電視節(jié)目內(nèi)容的逐年增加，全區(qū)廣播、電視發(fā)射臺(tái)站的發(fā)射鐵塔數(shù)量逐年增多，天饋線系統(tǒng)維護(hù)檢修人員老齡化嚴(yán)重、鐵塔維護(hù)檢修隊(duì)伍力量薄弱、一部分發(fā)射鐵塔已屆服役期，隨著這些問題的出現(xiàn)，鐵塔的例行檢修成為近幾年全區(qū)各發(fā)射臺(tái)站技術(shù)維護(hù)方面的短板，給廣播電視安全播出帶來了重大隱患。

無人機(jī)巡檢技術(shù)在廣播電視臺(tái)站的應(yīng)用，結(jié)束了長期以來純粹靠人工進(jìn)行鐵塔巡檢的時(shí)代，無人機(jī)可以檢查出某些人工巡檢無法發(fā)現(xiàn)的故障，該技術(shù)添補(bǔ)了國內(nèi)行業(yè)空白，開創(chuàng)了廣播電視臺(tái)站智能化建設(shè)的先河。

無人機(jī)因?yàn)樗?dú)特的靈活性和機(jī)動(dòng)性，已成為廣播電視系統(tǒng)對短波寬頻帶幕式發(fā)射天線及其鐵塔、中波拉線塔、中波錐型鐵塔、微波自立鐵塔及臺(tái)站附屬的戶外電力變電站設(shè)備、電力或信號傳輸線路巡檢的最佳輔助工具之一。

2 技術(shù)方案

無人機(jī)在執(zhí)行鐵塔巡檢任務(wù)時(shí)，其主要功能是信息采集工作，到采樣點(diǎn)去采集“需要的信息”（如故障點(diǎn)），無人機(jī)可以圍繞目標(biāo)采樣點(diǎn)進(jìn)行全方位拍攝，快速、準(zhǔn)確地傳達(dá)給地面工作人員，供采集者對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，并制定解決方案，在減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，極大地提高鐵塔巡檢的工作效率和安全性。

2.1 成立實(shí)驗(yàn)小組

無人機(jī)巡檢作業(yè)對操控手的技術(shù)要求較高，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展初期，我們首先研究無人機(jī)航拍飛行特性、圖像傳輸功能、操作技術(shù)要點(diǎn)等，確定了無人機(jī)技術(shù)在發(fā)射臺(tái)站巡塔檢修過程中的可行性應(yīng)用；成立了無人機(jī)專業(yè)班組作為巡檢作業(yè)主體，同時(shí)在各班組中培養(yǎng)無人機(jī)作業(yè)人員，執(zhí)行巡檢作業(yè)。無人機(jī)巡檢班組由2～3人構(gòu)成，包括負(fù)責(zé)人、操控手、程控手。

2.2 建立規(guī)范制度

無人機(jī)巡檢作業(yè)首先應(yīng)制度規(guī)范，編制了《無人機(jī)巡視室外設(shè)備操作規(guī)程》、《中波拉線塔巡查流程》、《中波錐型塔巡查流程》、《微波自立塔巡查流程》、《高壓配電場地巡查流程》、《臺(tái)站建設(shè)及安全播出評估》等制度，在巡查作業(yè)時(shí)按照相關(guān)巡查流程進(jìn)行規(guī)范作業(yè)。

2.3 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

2.3.1 航線規(guī)劃

無人機(jī)巡檢作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按國家相關(guān)政策法規(guī)、當(dāng)?shù)孛窈杰姽艿纫笠?guī)范化使用空域；應(yīng)根據(jù)巡檢作業(yè)要求以及所采用的無人機(jī)巡檢系統(tǒng)性能對航線進(jìn)行規(guī)劃。航線規(guī)劃應(yīng)避開空中管制區(qū)、重要建筑物和設(shè)施，盡量避開人員活動(dòng)密集區(qū)域、無線電干擾區(qū)、通信阻隔區(qū)、大風(fēng)或切變風(fēng)多發(fā)區(qū)和森林防火區(qū)等地區(qū)。對首次進(jìn)行無人機(jī)巡檢作業(yè)的區(qū)域，航線規(guī)劃時(shí)應(yīng)留有充足裕量，與以上區(qū)域保持足夠的安全距離。

2.3.2 航前檢查

應(yīng)確認(rèn)當(dāng)?shù)貧庀髼l件是否滿足所用無人機(jī)巡檢系統(tǒng)起飛、飛行和降落的技術(shù)指標(biāo)要求；掌握航線所經(jīng)地區(qū)氣象條件，判斷是否對無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的安全飛行構(gòu)成威脅。若不滿足要求或存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，負(fù)責(zé)人可根據(jù)情況間斷工作、臨時(shí)中斷工作或終結(jié)本次工作。

每次起飛前，應(yīng)對無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、通信鏈路、任務(wù)系統(tǒng)等進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)任一系統(tǒng)出現(xiàn)不適航狀態(tài)，應(yīng)認(rèn)真排查原因、修復(fù)，在確保安全可靠后方可飛行。每次起飛前無人機(jī)需進(jìn)行自檢，若自檢結(jié)果中有告警或故障信息，應(yīng)認(rèn)真排查原因、修復(fù)，在確保安全可靠后方可飛行。

2.3.3 巡航監(jiān)控

各型無人機(jī)巡檢系統(tǒng)的飛行高度、速度等應(yīng)滿足該機(jī)型技術(shù)指標(biāo)要求，且滿足巡檢質(zhì)量要求。無人機(jī)巡檢系統(tǒng)起飛后，宜在起飛點(diǎn)附近進(jìn)行懸?；虮P旋飛行，作業(yè)人員確認(rèn)系統(tǒng)工作正常后方可繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)。否則，應(yīng)及時(shí)降落，排查原因、修復(fù)，在確保安全可靠后方可飛行。

操控手應(yīng)始終注意觀察無人機(jī)巡檢系統(tǒng)飛行姿態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音等信息，判斷系統(tǒng)工作是否正常。如有異常，應(yīng)及時(shí)判斷原因，采取應(yīng)對措施。程控手應(yīng)始終注意觀察無人機(jī)巡檢系統(tǒng)飛行姿態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音等信息，判斷系統(tǒng)工作是否正常。如有異常，應(yīng)及時(shí)判斷原因，采取應(yīng)對措施。

2.3.4 航后檢查

當(dāng)天巡檢作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)清理現(xiàn)場，核對設(shè)備的工器具清單，確認(rèn)現(xiàn)場無遺漏。及時(shí)對所用無人機(jī)進(jìn)行檢查和維護(hù)，對外觀及關(guān)鍵零部件進(jìn)行檢查；取出電池，按要求保管。

2.4 數(shù)據(jù)分析處理

通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將巡查結(jié)果匯總記錄于無人機(jī)巡檢作業(yè)登記表中，并將拍攝所得圖片粘貼于登記表后，對發(fā)現(xiàn)的故障點(diǎn)進(jìn)行處理。經(jīng)過多次無人機(jī)巡視檢查后，我們對每張圖片進(jìn)行認(rèn)真處理和仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)多處鐵塔故障。見圖1和圖2。

圖1 微波自立塔故障高清圖

圖2 中波拉線塔故障高清圖

2.5 試驗(yàn)結(jié)論

通過上面的一系列試驗(yàn)，可以看出無人機(jī)拍攝的圖片清晰度非常高，可看到鐵塔總況以及各處細(xì)節(jié)狀況，各節(jié)點(diǎn)、大小螺絲、接口等處的情況清晰可見，故障點(diǎn)可識(shí)別度非常高，有效地完成了無人機(jī)巡檢工作。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

無人機(jī)巡檢作業(yè)的技術(shù)重點(diǎn)在于無人機(jī)可以隨時(shí)起飛，隨時(shí)巡檢，可以近距離圍繞目標(biāo)進(jìn)行360度零死角全方位拍攝，可以發(fā)現(xiàn)人工巡檢無法發(fā)現(xiàn)的故障，例如鐵塔頂部、拉線、拉線絕緣子等部位，供他們作分析、判斷、制定解決方案，減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鐵塔巡檢工作效率和安全性。

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(yuǎn)鏡及梯子等，步行至天線場地，逐步檢查天線振子、拉線松緊度、螺絲，天線及地錨的濁銹情況，饋線及接頭有無異常，懸掛絕緣瓷件接觸是否牢靠。巡檢時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，巡檢只能完成巡檢任務(wù)的40-50%，存在大量死角，工作效率低。而無人機(jī)進(jìn)行巡檢監(jiān)控中，將信息同步傳輸至地面設(shè)備，操作人員實(shí)時(shí)觀察。無人機(jī)巡檢周期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低，巡檢難度低，可做到全方位、多角度、無死角巡檢，可以完成90-99%巡檢任務(wù)，工作效率高。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)的登塔巡檢工作，具有登高作業(yè)證的專業(yè)人員巡檢費(fèi)用是按照鐵塔高度計(jì)算的，市場價(jià)為人民幣100元/米。按照我臺(tái)鐵塔數(shù)量計(jì)算，76米高的鐵塔有4個(gè)，102米高的鐵塔有1個(gè)，50米高的鐵塔有1個(gè)，總高度為456米，巡檢一次費(fèi)用為45600元，每年春秋各登塔巡查一次，所以每年總費(fèi)用為91200元。

無人機(jī)巡檢需要投入的經(jīng)費(fèi)主要用于購買無人機(jī)，我們使用的無人機(jī)型號為大疆“悟”2，無人機(jī)、攝像頭、遙控器、顯示器、電池等全套裝備大約為人民幣50000元，無人機(jī)操控人員為臺(tái)站檢修人員，無需另外支出費(fèi)用，一次性投入即可每年節(jié)省登高爬塔費(fèi)用91200元；若無人機(jī)巡查中發(fā)現(xiàn)故障，按照故障情況增加費(fèi)用，雇傭?qū)I(yè)人員爬塔處理，該費(fèi)用遠(yuǎn)少于每年的爬塔巡查費(fèi)用。

內(nèi)蒙古自治區(qū)全區(qū)共有68個(gè)廣播電視臺(tái)站，以無人機(jī)壽命6年進(jìn)行估算，全區(qū)68個(gè)廣播電視發(fā)射臺(tái)站6年的鐵塔人工維護(hù)費(fèi)用約為人民幣1600萬元，購買無人機(jī)費(fèi)用約為人民幣300萬元，6年內(nèi)節(jié)約人民幣約1300萬元?？梢钥闯?，通過無人機(jī)等設(shè)備的一次性投入，可以減少大量資金。

4.2 社會(huì)效益

由于廣播電視臺(tái)站是播出單位，如果停播將會(huì)影響廣大人民群眾對廣播電視節(jié)目的收聽收看，無法將黨和國家的聲音傳播出去，需要科學(xué)化的維護(hù)檢修方式。傳統(tǒng)的登塔巡檢工作，每年只能在春季和秋季進(jìn)行巡檢，其他時(shí)間無法得知天線和鐵塔的運(yùn)行情況。而采用無人機(jī)進(jìn)行巡檢，可以隨時(shí)進(jìn)行，實(shí)時(shí)獲得天線和鐵塔的運(yùn)行狀況，如有故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免產(chǎn)生重大事故，可以有力的保障安全播出工作。社會(huì)效益遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語

廣播電視臺(tái)站采用無人機(jī)巡檢方式作業(yè)，在彌補(bǔ)人工巡檢不足的同時(shí)，大幅提高了天線鐵塔運(yùn)行維護(hù)的工作效率和安全效率。伴隨無人機(jī)機(jī)載設(shè)備面向進(jìn)一步精確、高效、多元的革新，以及巡檢作業(yè)單兵化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期三維建模、巡檢影像資料的自助分析，給廣播電視臺(tái)站天線運(yùn)行維護(hù)帶來本質(zhì)變化。