无人机在基站勘察巡检工作中的应用

武晓华，赵渊，胡敏

（中国铁塔股份有限公司山西省分公司，太原 030021）

无人机在基站勘察巡检工作中的应用

武晓华，赵渊，胡敏

（中国铁塔股份有限公司山西省分公司，太原 030021）

本文首先介绍了无人机的发展历史、分类及主要用途，随后分析了无人机应用于基站勘察巡检工作的优势，基于对已开展工作的总结及使用经验，介绍了无人机应用的场景、主要工作内容、具体操作流程规范及典型案例。

无人机；勘察；巡检

1 无人机介绍

UAV（Unmanned Aerial Vehicle，无人驾驶飞机）是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。

1.1 无人机发展简史

无人机最早出现是在20世纪20年代，当时主要是基于军事到今天已经发展近百年。

（1）1910年，俄亥俄州的年轻军事工程师查尔斯科特林基于军事用途首次提出无人机概念并研制出模型并进行实验。

（2）1933年，英国研制出了第一架可复用无人驾驶飞行器“蜂王”。

（3）二战期间，美国海军首先将无人机作为武器使用。1944年，美国海军为了对德国潜艇基地进行打击，使用了由B-17轰炸机改装的遥控舰载机。

（4）20世纪70-90年代及其以后，以色列军事专家、科学家和设计师对无人驾驶技术装备的发展做出了突出贡献，并使以色列在世界无人驾驶系统的研制和作战使用领域占有重要地位。

（5）20世纪80-90年代，除了美国和以色列外，其他国家的许多飞机制造公司也在从事无人机的研制与生产。

（6）20世纪90年代后，西方国家充分认识到无人机在战争中的作用，竞相把高新技术应用到无人机的研制与发展上，无人机的续航时间、图像传递速度和数字化传输速度都得到提高；而且无人机不再需要陆基电视屏幕领航，可以按程序飞往盘旋点、改变高度以及飞往下一个目标。

1.2 无人机分类及主要用途

无人机的种类繁多，主要包括飞艇、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、旋翼式无人机等。

无人机由于具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，所以目前在军用、民用领域均广泛应用。军用方面，无人机分为侦察机、靶机。民用方面，无人机+行业应用，主要是利用无人机优势进行航拍，然后对收集资料进行后续行业分析。目前已经和即将使用的领域多达40多个，如影视航拍、农业植保、海上监视与救援、环境保护、电力巡线、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象探测、交通监管、地图测绘、国土监察等。

目前应用最广的是固定翼无人机和旋翼式无人机，二者比较如下。

（1）固定翼无人机续航时间长、载重量大，适合远距离连续工作，如军用的无人侦察机、民用的电力巡线、测绘、航拍等。

（2）旋翼式无人机续航时间短、载重量适中、具有可悬停的优点，尤其适合需要悬停工作的场合，如影视航拍、电力跨线作业等。

1.3 多旋翼飞行器

多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是旋翼式无人机的一种，它通常有3个以上的旋翼。飞行器的机动性通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现。相比传统的单水平旋翼直升机，它构造精简，易于维护，操作简便，稳定性高且携带方便。由于多旋翼飞行器在操控性、可靠性、勤务性等方面的优越性，已经成为微小型无人机的主流。常见的多旋翼飞行器主要有四旋翼、六旋翼、八旋翼，被广泛用于航拍、安全监控、农业植保、电力巡线等民用领域。

多旋翼飞行器如图1所示，主要由机架、电机、电调和桨叶组成，为了满足实际飞行及工作需要，无人机还需要配备电池、云台、IOSD以及遥控器、飞行控制系统、图像传输系统。

图1 多旋翼飞行器

2 无人机在日常勘察、巡检工作中的应用

为保证移动通信信号覆盖的良好性、连续性，基站铁塔需要数量多、分布广。随着移动通信的发展，对铁塔的数量持续增加，新建铁塔常常需要选址在野外不易到达的区域，站址勘察存在一定的困难。现网站址的铁塔构件长期暴露在野外环境中，气象条件复杂、现场环境多变，受到雷击闪络、构件老化影响而产生倾斜、倒塔、拉线断股、腐蚀等损坏，必须及时发现并对其修复更换，否则会造成安全事故。这就需要对铁塔进行巡检。

铁塔的日常巡检、维护，目前主要还是人工完成，工作量大，条件艰苦，特别是对山区和跨越大江、大河的基站铁塔巡检，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡巡视检查，所花时间长、强度大、风险高，且存在由于物业纠纷等问题造成的难以到达基站等问题，这些都给巡检工作带来了极大的难度和危险性。

从上面章节针对无人机介绍中可获知，在民用领域，主要利用的就是无人机对工作环境要求低、覆盖范围广，并具备高空、远距离、快速的能力，搭载摄像头，可满足航拍功能。如果在日常工作中采用无人机+巡检方式，上面提到的困难基本可迎刃而解。

2.1 主要优势

将无人机应用在勘察、巡检工作中，相对传统人工巡检，具备如下优势。

（1）不受地形、地貌限制。对于高山、河流阻挡等人员无法到达现场的场景，使用无人机可远距离完成工作。

（2）降低安全风险。在站址勘察工作中，通过无人机升高后拍摄的图像、视频，可以快速高效的了解现场的覆盖要求，制定更加合理的选址要求及天馈覆盖方案。在维护巡检作业中，先通过分析无人机传回的视频信息，快速进行隐患排查；发现隐患或问题后再安排人员上塔作业，有效降低安全风险并提高工作效率。

（3）提高工作效率。无人机搭载高清摄像头，通过空中变换位置及悬停，可以快速、高效、无盲点的实时呈现并记录周边环境、塔桅、天馈、塔基等详细情况，高效完成站址勘察、日常巡检工作。传统勘察方式，每站址平均需40 min，使用无人机后仅需5 min；传统铁塔巡检，每站址平均需60 min，使用无人机后仅需10 min。

表1 常见多旋翼飞行器参数对比

（4）资料收集精确、详实。能够进行全景、全方位拍照和录制视频，采集资料更具体详实，实现维护人员在塔上无法进行的拍摄操作。

（5）减少物业纠纷。针对部分物业敏感的居民区、商业区，也可通过无人机远距离完成勘察、巡检作业，有效减少扰民，降低协调成本，快速完成工作。

2.2 应用场景及主要工作内容

基于无人机巡检优势，并考虑到经济性、可操作性，无人机巡检主要适用于以下场景。

（1）日常巡检：通过控制无人机可以实时查看塔基、环境、天馈线、平台、塔体的运行情况，发现异常情况时再进行上塔操作，这种巡检方式可以提高50%的效率，而且没有任何的人员风险。

（2）适用于单管塔、升降塔、景观塔、高度30 m以上地面塔等存在较大安全风险的巡检。

（3）适用于因物业纠纷，导致维护人员无法进行上塔巡检。

（4）适用于因交通或障碍物阻拦，涉及高山站、河流附近站，维护人员无法进行上塔巡检。

（5）大风、雷雨、大雪、冰冻等特殊天气过后，利用无人机，对受特殊天气影响的基站进行快速的隐患盘查，对发现的重大安全隐患立即上报，并及时整改，避免再次出现特殊天气时，发生倒塔等安全事故。

（6）地震、洪水等灾害时刻，利用无人机的视频功能，联机查看灾害现场的情况，实时掌握受灾程度，以便应急通信保障组根据灾害现场情况进行行动部署，降低安全风险，及时做好应急保障。

无人机工作内容主要包括检查铁塔环境、塔基、塔体、构件、天线支架、平台、接地及防雷检查；恶劣天气后的专项现场检查；现场隐患上报。

2.3 巡检操作规范及流程

根据现场实际操作并归纳总结，无人机巡检的操作规范及流程如下。

2.3.1 操作规范

（1）利用无人机铁塔巡检由2人进行。

（2）一人操纵飞机，一人监视地面屏幕。

（3）隐患部位实时监视和录像可同时进行，还可进行高清晰度的摄像。

（4）发现铁塔有隐患的塔体部位可悬停或来回飞行细查。

（5）飞机飞回后进行图片分析。

2.3.2 巡检流程

（1）利用无人机对铁塔环境、塔基、塔体、平台、天线抱杆、爬梯、避雷针、防雷接地等各部位依次作全面检查。

（2）无人机检查结束后，将拍摄的各部位照片输入笔记本电脑，查看各部位照片发现的隐患并作分析记录。

（3）填写隐患报告。

（4）按隐患分类维护人员上塔现场整改。

（5）整改合格。

（6）将隐患巡检排查整改信息数据资料上传铁塔公司运维监控平台。

2.4 案例

下面通过两个案例介绍无人机巡检的工作内容。

2.4.1 单管塔巡检作业检查（如图2所示）

图2 单管塔巡检作业

（1）检查塔体上是否有遗留杂物及其它无关附挂物；场地是否干净，周围是否有杂草、垃圾；楼顶或院墙内是否有排水沟、地漏是否通畅；标识是否齐全：是否有严禁攀爬等标识；周围是否有不安全危险源，如地面土质变化，屋面或墙面开裂等，塔体周围是否有影响基站覆盖的阻档物。

（2）检查基础螺栓螺母有无松动缺失，基础是否有明显下沉、滑移，基础周围回填土是否松动滑坡，基础上面有无地面塌陷、水泥硬化面是否开裂，基础桩顶等外露部分的混凝土结构是否开裂；基础周围是否积水，底盘与桩顶间泄水孔是否无堵塞，塔脚底板是否与基础面接触良好，塔脚是否包封，基础螺栓是否氧化锈蚀，基础内是否有杂物杂草。

（3） 塔体巡检作业检查:检查塔体主杆、内外刨钢(法兰盘)、斜撑、横撑、加固板、十字撑、辅助撑、走线架等构件弯曲、扭曲、变形，是否被盗、缺失，塔体螺栓是否松动、缺失、氧化锈蚀，是否错孔错位，内外刨钢(法兰盘)贴合面是否接触良好，塔脚/塔体焊缝是否开裂。

（4）检查平台构件是否齐全、可靠、是否松动锈蚀；是否缺少构件，平台、抱杆是否牢固、可靠。

（5）检查天线抱杆是否垂直于地面，是否扭曲倾斜；所有悬空的天线抱杆是否在底部20 cm处设置防止天线滑落的天线防滑销；天线抱杆是否有其它附挂物；固定天线的抱箍螺栓必须是否防松措施。

（6）检查高于4 m的桅杆需有爬梯或角钉；爬梯上下间距30 cm，上下段之间的护圈只允许平台以上2 m范围内空缺。所有栏杆、护圈与走梯、爬梯结构及塔身主结构应牢固连接；爬梯踏步杆向前100 mm、向上150 mm范围内不应有构件阻挡，爬梯不得向内有尖角突出；内爬梯爬钉无缺失、弯折现象。

（7）检查接地螺栓是否紧固,各接地点螺栓是否锈蚀,接地体是否外露,是否锈蚀，接地扁钢是否与塔体应有效连接，焊接是否良好，焊接长度是否不少于10 cm，是否满焊,接地排固定是否牢固、可靠、无锈蚀。

2.4.2 灾情应急通信保障

在灾难现场进行应急抢险保障时，由于灾情严重，抢险人员无法到达现场，无法准确掌握现场的受灾信息。工作人员可以利用无人机的视频功能，联机查看灾害现场的情况，实时的掌握受灾程度。应急通信保障组可根据灾害现场情况进行行动部署，降低安全风险，及时做好应急保障。

3 总结

随着近年来无人机技术的不断发展和成熟、成本的不断降低，使其在基站勘察、巡检工作中的应用成为可能。无人机的使用大大提升了工作的效率，同时有效降低日常登高、应急抢险的安全风险，随着应用的不断深入，必将成为基站建设、维护工作不可或缺的好助手。

目前，无人机巡检在山西铁塔多家合作单位内部推广，取得了良好的效果。在实践过程中总结形成了《无人机站址勘察与日常巡检规范》、《无人机操作标准教程》，并对操作人员开展了多次现场集中培训。全省已完成超过1 000个站址的勘察和约3 000个站址的日常巡检工作。

Application of unmanned aerial vehicle in base station surveying and patrolling work

WU Xiao-hua, ZHAO Yuan, HU Min
(China Tower Co., Ltd. Shanxi Branch, Taiyuan 030021, China)

This paper introduces the development history, categories and application of unmanned aerial vehicle. The advantage of unmanned aerial vehicle used in base station surveying and patrolling work are analysed. Scope of application, main work, operating process, operating specif i cation, typical instance of unmanned aerial vehicle are introduced based on the work summary and using experience.

unmanned aerial vehicle; surveying; patrolling

V279

A

1008-5599（2017）04-0018-05

2017-03-10