无人机在大型天线场巡护中的应用

杨吉祥 尹训锋

摘  要：天线场的定期巡查维护是确保天线性能的重要保障手段，大型天线场地域跨度较大，地形地物复杂，人工巡查维护成本高、效率低、存在安全隐患。针对大型天线场传统人工巡视存在的困难问题，结合近年来快速发展的无人机技术、图像识别以及导航定位等先进技术手段，提出采用无人机进行智能线路巡护，解决日常巡护、重点巡查、故障定位以及安全监测等问题。

关键词：天线场  无人机  巡护  重点巡查

中图分类号：TN820;V279                  文献标识码：A                 文章编号：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

大型天线场地由于占地面积广，地形地貌复杂以及人工成本逐年增加等原因，导致大型天线巡查维护存在诸多困难，安全巡护存在死角，且容易出现意外事故和人力资源浪费。研究采用新型技术手段进行大型天线场地的巡查巡护具有事半功倍的效果。无人机是一种新兴的高科技手段，和传统的人工巡视相比，具有人力占用少，巡视效率高，不受地形环境限制等优点。随着无人机技术的不断成熟，无人机使用成本逐步下降，许多人工巡视的领域，已逐步采用无人机进行巡视。为更好服务高压电网运维工作，国家电网公司自2013开始输电线路无人-人工巡检协同试点工作，有效提高了运维巡护质量和效率。南方电网“十三五”规划明确提出全面推行“机巡+人巡”的巡线模式，并在2020年底基本实现“机巡为主，人巡为辅”的协调巡检目标。国家电网江西上饶公司为提升输电线路检修效率和人检负担，2018年5月起采用无人机承担110余条35kV及以上输电线路的巡检工作，取得了很好的效果。无人机在输电线路巡护中逐步得到广泛应用，而在大型天线场巡护中的应用还有待探究。本文针对所属的大型天线场，分析介绍采用无人机进行线路巡护的系统结构、关键技术，分析了几种典型應用。

1  无人机线路巡护组成结构

天线场无人机巡护系统组成结构如图1所示。

无人机采用六旋翼无人机，由大容量电池组进行供电，无人机搭载带云台的高清摄像机，云台能够实现俯仰、横滚和水平方位三个轴向180度自由旋转，能够采集各个方向的高清图像信息。高清摄像机采集的视频信息通过图传系统传回地面控制中心，由地面控制中心对图像信息进行分析处理，以便及时发现故障或存在的安全隐患。控制系统由地面飞控终端组成，实现无人机的遥控飞行和定点巡视等功能。传感器由温度传感器、惯性传感器、风速传感器、GPS或北斗等器件构成，能够实时测量巡护区域环境信息，控制无人机周界，防止越界等。特殊功能模块由微型驱鸟器，广播告警器等模块组成，根据特殊需要进行搭载，以实现特殊巡护目的。

2  无人机天线巡护关键技术

2.1 基于5G的数字图传技术

图像传输特别是视频传输一直是无线通信的瓶颈问题，随着信息技术的飞速发展，特别是5G技术快速发展和商业应用，基于5G技术的图像传输技术，为无人机的大容量无线图传提供了强有力的技术支撑手段。5G技术具有高数据率以及低延迟等技术特点，数据传输速率最高可达10Gbit/s，而传输延迟仅为毫秒级，搭载5G平台能够为无人机提供安全、稳定和可靠的数字图像传输和无人机控制链路，大大提升无人机线路维护的效率和质量。

2.2 周界巡护技术

采用无人机进行天线场地巡护虽然能够提升维护效率，节省人力资源，但无人机如使用不当，存在入侵私人领地，侵犯别人隐私的问题，容易产生法律纠纷。为加强无人机天线场地巡护的周界意识，在无人机上搭载GPS或北斗导航定位系统，在无人机飞行巡护过程中实时确定自身位置信息，通过与预先设置的周界领地进行比对，确定是否越界，一旦越界自动对飞行航线进行校正，确保不越界。

2.3 天线部件故障识别技术

无人机天线场地的巡护不仅仅是简单的飞行巡查，而是为了能够及时发现问题和排查隐患，要具备对天线杆塔、天线幕、振子以及拉线等天线部件的故障识别能力，能够发现天线幕、振子、拉线等部件的断裂、异物悬挂、变形以及脱落等故障。天线场地形复杂，场区范围内地貌、地物以及光照变化较大，天线部件悬挂在高空，无人机采集的部件信息存在较大的环境干扰，无人机天线部件故障识别是决定天线巡查维护效果的关键。天线部件故障识别的关键是图像识别技术，无人机高清摄像机拍摄的高清天线部件信息通信图传系统传回地面控制中心，地面控制中心利用图像识别技术，采用图像分割提取，利用形态学特征、遗传算法以及神经网络等技术方法，对图像进行技术处理，实现天线故障部件的提取和检测。

3  典型应用分析

3.1 日常巡护

日常巡护是大型天线场及时发现故障隐患的重要手段，传统的日常巡护主要采用分区域，逐片区对每副天线的杆塔、天线幕等天线组成部件进行目测检查，费时费力，受天气、季节影响较大，夏季植被茂盛的时候日常巡护困难，漏检概率较大。采用无人机进行日常巡护，不受季节限制，能够大大提升巡护效率。巡护时由操作人员控制无人机对天线场地进行日常巡查维护，采用固定区域和定速巡航相结合的方法，遍巡天线场的每副天线，在GPS或北斗定位系统辅助下，控制无人机飞行周界。传感器采集天线场温度等气象环境信息，无人机图传系统传输的视频图像信息由地面中心进行识别和故障判断，并将巡查结果存入数据库，作为基础维护数据，便于后续维护、故障判别和趋势研判。

3.2 重点巡查

针对重点区域、特殊时间点以及特殊场合进行有针对性的重点巡查。在进行工程施工、土地耕种或其他建设的区域为重点区域，采用重点巡查，重点察看施工有无对天线造成损坏，侧重收集资料证据和音频广播告警。春季鸟类繁殖期等特殊时间端，重点巡视有无鸟类筑巢等现象，并搭载驱鸟器等特殊功能模块进行驱鸟。针对清明以及冬春季节干旱的特点，重点巡查火灾隐患，夏季汛期重点巡查天线基础受损情况等。

3.3 故障定位

针对个别天线驻波比升高，天线性能下降等故障问题或趋势，重点进行故障定位的巡查，针对特定天线采用低空巡视驻留，高清拍摄等措施，检查天线幕是否断裂，集合线是否松散，天线振子是否损坏。地面控制中心收到相關情况，通过研判后，派遣人工进行重点巡护和故障维修。

3.4 安全监测

天线杆塔通常较高，属于超高作业，如操作人员在天线杆塔上不按照规范要求进行操作，存在较大的安全隐患，而传统天线维修时，安全员在地面观察指挥，不能及时发现杆塔上操作人员的操作过程，存在安全盲区。人工进行天线维护维修时，采用无人机跟踪巡视维护过程，即能检查发现人工维护是否合乎安全规范和操作规程，也能及时监测周围环境，起到安全员作用，及时对安全隐患进行预警，防止发生安全事故。

4  结语

天线及时维护检修是确保天线使用寿命及技术指标满足性能要求的重要保障手段，采用新技术手段进行天线检修维护，能够大大提升维护效率。随着信息技术以及无人机技术的快速发展，采用无人机智能巡查和人工维护维修相协同的天线维护手段，能够节约人力成本，提高天线维护质量和效率，确保天线时刻处于良好的工作状态。

参考文献

[1] 缪希仁，刘志颖，鄢齐晨.无人机输电线路智能巡检技术综述[J].福州大学学报：自然科学版，2020，48（2）：198-209.

[2] 柏江源.基于无人飞机成像的桥梁裂缝宽度识别技术研究[J].科技创新导报，2020，17（15）：18，20.

[3] 邵瑰玮，刘壮，付晶，等.架空输电线路无人机巡检技术研究进展[J].高电压技术，2020，46（1）：14-22.

[4] 杨玉龙，田瑞祥，李海龙，等.基于无人机遥感系统在荒漠生态系统保护区巡护监测中的应用[J].甘肃科技，2019，35（23）：52-54.

[5] 王永华.5G技术在城市低空防御中的应用探析[J].中国安防，2020（3）：89-93.

[6] 于尊港，张冉.基于多旋翼无人机的空中移动载物平台[J].科技资讯，2020，18（7）：28，30.

[7] 刘思言，王博，高昆仑，等.基于R-FCN的航拍巡检图像目标检测方法[J].电力系统自动化，2019，43（13）：162-172.

[8] 王致，马力，洪永健，等.基于电力巡检机器人巡视系统的设备故障诊断研究[J].自动化与仪器仪表，2019（1）：68-71.