前言:想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了談?shì)旊娋€路無(wú)人機(jī)巡檢實(shí)時(shí)通信技術(shù)范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。
摘要:利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行輸電線路的巡視檢查,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)視頻,實(shí)時(shí)指揮調(diào)度,高效、快捷地完成輸電線路的異常查處及維護(hù)修整。而實(shí)時(shí)通信技術(shù)是輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查的重要技術(shù)支撐,該文以輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查為背景,闡述了實(shí)時(shí)通信技術(shù)的應(yīng)用需求,從光纖通信、電力電纜通信、無(wú)線通信3個(gè)方面,分析了輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查常用的實(shí)時(shí)通信技術(shù)類(lèi)型,并結(jié)合具體案例,對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了進(jìn)一步探析。
關(guān)鍵詞:輸電線路;無(wú)人機(jī);巡視檢查;實(shí)時(shí)通信
前言
輸電線路運(yùn)行距離較長(zhǎng),需要經(jīng)過(guò)多種復(fù)雜地形,如丘陵、山地、高山、沙漠等,極易遭受鳥(niǎo)害、雷擊、風(fēng)雪等多種自然因素或人為因素的破壞,致使輸電線路出現(xiàn)短路等影響正常電力資源供應(yīng)的問(wèn)題。而輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信技術(shù),可以依托無(wú)人機(jī)內(nèi)部搭載的遙感設(shè)備、可見(jiàn)光紅外熱像儀、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備,將輸電線路巡視檢查信息實(shí)時(shí)傳輸給地面站點(diǎn),保證輸電線路運(yùn)行問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及相關(guān)解決措施的及時(shí)實(shí)施?;诖耍瑢?duì)輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)探析,具有非常重要的意義。
1輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信技術(shù)的應(yīng)用需求
1.1通信載荷
由于輸電線路無(wú)人機(jī)載荷能力一定,因此對(duì)實(shí)時(shí)通信設(shè)備載重及電力資源損耗具有較為嚴(yán)格的要求。當(dāng)前電力系統(tǒng)中荷載能力較大無(wú)人機(jī)起飛重量在15.0kg左右,在不考慮其他載荷的情況下,實(shí)時(shí)通信載荷重量應(yīng)在5.0kg以下。
1.2通信距離
對(duì)于輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查來(lái)說(shuō),巡視檢查信息實(shí)時(shí)回傳接入點(diǎn)大多在耐張塔上方適當(dāng)位置,涉及了架設(shè)、取電、調(diào)試、破纜等多個(gè)方面內(nèi)容。因此,在設(shè)置實(shí)時(shí)回傳接入點(diǎn)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制密度,避免接入點(diǎn)過(guò)多導(dǎo)致設(shè)備投入成本超標(biāo)或者停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。一般可以每間隔20.0km設(shè)置一個(gè)回傳接入點(diǎn)。
1.3通信帶寬
由于輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查信息需要從清晰度較高的照相機(jī)中獲取,而無(wú)人機(jī)、輸電線路間距離在50.0m左右[1]。在一張高清晰度像片所覆蓋的導(dǎo)線長(zhǎng)度為16.0m時(shí),為保證輸電線路上方毛刺問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn),需要保證照片文件壓縮后達(dá)到8.0Mbit,且解像度>3200.0×104像素。此時(shí),如果無(wú)人機(jī)飛行速度為30km/h,則一張高清晰度照片所產(chǎn)生時(shí)間為2.0s,需要保證通信帶寬在32.0Mbit/s以上。
2輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查常用實(shí)時(shí)通信技術(shù)類(lèi)型
2.1光纖通信
光纖通信主要指利用光波作為傳輸載波(傳輸媒介為光纖),將信息從一處傳輸至另外一處的數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)。光纖通信技術(shù)涉及了光收信機(jī)、光發(fā)信機(jī)、光纜(/光纖)、中繼器、耦合劑、光纜連接器等模塊。通過(guò)光纖通信技術(shù)可以在光發(fā)信機(jī)中,將需要傳送的話音等信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),并通過(guò)放大器、判決器放大調(diào)制到光纖束上(激光器發(fā)出),在保證激光束光強(qiáng)度隨電信號(hào)幅度/頻率的波動(dòng)而變化后,將電信號(hào)傳輸至光收信機(jī),并在其中解調(diào)為原光信號(hào),達(dá)到信號(hào)傳遞目的。光纖通信技術(shù)組網(wǎng)方式極其靈活,可以根據(jù)不同形式的組網(wǎng)要求,組成網(wǎng)狀、樹(shù)狀、鏈狀、單纖網(wǎng)、星形等多環(huán)向型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有抗干擾性能強(qiáng)、信息實(shí)時(shí)傳輸頻帶寬、信號(hào)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)異等特點(diǎn)。
2.2電力線通信
電力線通信技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC,主要是利用10kV中壓電力線、35kV及以上高壓電力線、380/220V低壓配電線作為傳輸介質(zhì),進(jìn)行輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆绞?。首先,通過(guò)電力線加載載有信息的高頻電流。其次,利用電纜線路,傳輸接收信息適配器,并將高頻信息從電流中分離出來(lái)。最后,將分離的高頻信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)、電話中。電力線通信具有保密性能強(qiáng)、傳輸穩(wěn)定性能好、通信容量大、不易受外界環(huán)境干擾等優(yōu)良特點(diǎn),但是因電力線通信技術(shù)成本較高,如果應(yīng)用于輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查中,需要鋪設(shè)大量電纜,經(jīng)濟(jì)性能不佳。
2.3無(wú)線通信
無(wú)線通信主要是利用特定空間內(nèi)電磁波信號(hào)自由傳播的特性,將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸通道劃分為若干個(gè)小規(guī)模傳輸信道,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高頻率快速轉(zhuǎn)換、小規(guī)模管理控制的目的。無(wú)線通信技術(shù)包括衛(wèi)星通信、微波通信2種類(lèi)型,前者主要是將通信衛(wèi)星作為中繼站,實(shí)現(xiàn)地面2個(gè)或者多個(gè)移動(dòng)體間的微波通信,具有傳輸質(zhì)量好、覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫銜接、不受地理?xiàng)l件及其他因素(磁暴、核爆)約束、組網(wǎng)靈活、容量大的特點(diǎn)。但因在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線電波傳輸時(shí),需要經(jīng)過(guò)地球站→同步衛(wèi)星→地球的流程,極易出現(xiàn)通信延遲及回聲效應(yīng)。后者為傳輸距離為幾十千米的無(wú)線電波,因?yàn)轭l帶寬、通信容量大,所以需要在信息交換關(guān)口設(shè)置中繼站,通過(guò)中繼站將數(shù)據(jù)信息加載至微波載體上,實(shí)現(xiàn)電波空間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。以5G無(wú)人機(jī)對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢為例,無(wú)人機(jī)除搭載外置攝像頭(熱成像攝像頭、4/8K攝像頭)外,還可連接、采集多種傳感器的數(shù)據(jù),全面感知周邊環(huán)境,進(jìn)行最優(yōu)巡檢路徑規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。同時(shí)利用5G網(wǎng)絡(luò)高速率、大帶寬(100Mbps級(jí))、大規(guī)模連接、低時(shí)延的優(yōu)勢(shì),將巡檢高清影像實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心,地面站工作人員可以在后臺(tái)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控高清攝像頭的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)輸電線路故障巡檢的遠(yuǎn)距離專(zhuān)家決策。雖然無(wú)線通信技術(shù)具有不需要設(shè)置有線傳輸電纜、建設(shè)周期短、建設(shè)成本低、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn),但是其在輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查中應(yīng)用時(shí),極易受到周邊環(huán)境的影響。特別是在周邊通信點(diǎn)存在障礙物時(shí),極易導(dǎo)致通信質(zhì)量受損或通信中斷[2]。除此之外,雖然無(wú)線通信技術(shù)理論通信距離在6000.0m以下,但是受天氣因素、周?chē)ㄖ矬w影響,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信息實(shí)時(shí)傳輸。
3輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信技術(shù)應(yīng)用案例
3.1案例概述
某段輸電線路已應(yīng)用了光纖復(fù)合架空地線,可通過(guò)光纖鏈路聯(lián)入電力資源供應(yīng)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。但由于線路較長(zhǎng),無(wú)法全部覆蓋一座耐張塔所部署的接入點(diǎn)。因此擬依據(jù)最大限度法規(guī)覆蓋張力原則,進(jìn)行多座耐張塔的覆蓋。
3.2應(yīng)用方案
首先,部署一支全向天線,實(shí)現(xiàn)耐張塔左側(cè)、右側(cè)的近距離覆蓋。同時(shí)在左側(cè)、右側(cè)分別部署一面或者兩面定向天線(定向天線增益相差5.0dB~6.0dB)。其中高增益定向天線(增益為26.0dB,波束角為8°,覆蓋寬度>1400.0m,適用距離>10.0km)、低增益定向天線(增益為10.0dB,波束角為全向360°,覆蓋寬度>3000.0m,適用距離<3.0km)需要分別負(fù)責(zé)遠(yuǎn)離、靠近耐張塔的區(qū)域覆蓋,以便在耐張塔左側(cè)、右側(cè)分別構(gòu)成近、遠(yuǎn)、中3個(gè)覆蓋層次,保證輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查階段遠(yuǎn)離耐張塔、接近耐張塔時(shí),均可接收到足夠強(qiáng)烈的信號(hào),實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)高速傳輸。其次,在2座相鄰耐張塔的交接位置,進(jìn)行高增益部署,構(gòu)成一重疊區(qū)域,避免通信中斷。同時(shí)在每一座已安裝實(shí)時(shí)回傳接入點(diǎn)的耐張塔上進(jìn)行光纜開(kāi)口,保證輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查信息實(shí)時(shí)回傳至地面數(shù)據(jù)處理中心。最后,依托地面數(shù)據(jù)處理中心智能軟件,對(duì)輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)的輸電線路隱患、故障進(jìn)行判別讀取。同時(shí)為了避免誤判、漏判問(wèn)題出現(xiàn),可以引入廣和通FG150(W)/FM150(W)5G無(wú)線通信模組,經(jīng)模組自帶PCIe3.0、USB3.1、UART、SPI、GPIO、I2S、I2C、SDIO、RGMII、UIM、MIPI接口連接海量傳感器并搭配AI技術(shù),切實(shí)將輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸茄病保_(dá)到對(duì)高清視頻數(shù)據(jù)、圖像信息智能化識(shí)別的目的,在提升巡視檢查效率(達(dá)到毫秒級(jí)超低時(shí)延)的同時(shí),實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信息,精準(zhǔn)上報(bào)故障信息。為保證整個(gè)過(guò)程的技術(shù)應(yīng)用效率,在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)寬帶接入時(shí),利用支持IEEE802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的中科所AOR無(wú)線Mesh通信設(shè)備,發(fā)揮其易于安裝、結(jié)構(gòu)靈活、主動(dòng)組網(wǎng)、非視距傳輸、高帶寬、快速部署的優(yōu)勢(shì),在無(wú)線AP(AccessPoint,接入點(diǎn))節(jié)點(diǎn)設(shè)備耐張塔上方適當(dāng)位置,安裝一面低增益全向天線、兩面高增益平板天線及中增益平板天線(增益為14.0dB,波束角為32°,覆蓋寬度>1650.0m,適用距離>3.0km)。在輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查過(guò)程中,主要搭載一面低增益全向天線、AOR-AC接入設(shè)備(無(wú)線局域網(wǎng)接入控制設(shè)備,負(fù)責(zé)將來(lái)自不同AP的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚,并接入Internet,同時(shí)完成AP設(shè)備的配置管理和無(wú)線用戶(hù)的認(rèn)證、管理,以及帶寬、訪問(wèn)、切換、安全等控制功能。),在IEEE802.11a通信標(biāo)準(zhǔn)的支持下,設(shè)定實(shí)時(shí)通信設(shè)備工作頻段為4.90GHz,發(fā)射功率為26.0dBm,傳輸速率最大為54.0Mbit/s。
3.3應(yīng)用效益
通過(guò)對(duì)上述輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查實(shí)時(shí)通信過(guò)程進(jìn)行分析,可得出輸電線路巡視檢查用多旋翼無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)為大疆MatriceM200,配置了具備30倍光學(xué)變焦鏡頭、數(shù)碼變焦功能的ZenmuseZ230,總共飛行780架次,拍攝照片9400余張,7kg<空機(jī)質(zhì)量≤116kg,矯正空速度為100km/h[3]。無(wú)人機(jī)在距離耐張塔節(jié)點(diǎn)設(shè)備10.0km位置時(shí),可以接收的電平值為-75dBm,傳輸速率為55.0Mbit/s,單側(cè)精細(xì)巡視檢查距離在30.0km以上,常規(guī)巡檢距離在60.0km以上,雙側(cè)精細(xì)巡視檢查距離在20.0km以上,常規(guī)巡視檢查距離在40.0km以上。而在無(wú)人機(jī)不斷縮小與耐張塔節(jié)點(diǎn)設(shè)備距離的過(guò)程中,無(wú)人機(jī)可接收的電平最小為-74.0dBm,最大為-57dBm,傳輸速率始終在55.0Mbit/s。結(jié)果表明,采用無(wú)線通信搭配光纖通信的覆蓋技術(shù),可以有效提高輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查的實(shí)時(shí)通信效率。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述,實(shí)時(shí)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查的關(guān)鍵模塊,也是飛行命令、飛行高度控制、飛行線路調(diào)整及采集攝錄信息發(fā)送的依據(jù),直接影響了無(wú)人機(jī)內(nèi)部各系統(tǒng)間的通信效果及巡視檢查任務(wù)的完成度。因此,技術(shù)人員可以根據(jù)輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查的需要,選擇無(wú)線通信或光線通信、電力線通信技術(shù),在無(wú)人機(jī)與地面站間搭建信息交互橋梁,保證輸電線路無(wú)人機(jī)巡視檢查工作的效率。
參考文獻(xiàn)
[1]田力.輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢綜合應(yīng)用研究[J].通訊世界,2018,342(11):221-222.
[2]黃順,陳中意,毛益華,等.基于CC2500的輸電線路無(wú)人機(jī)巡檢抗干擾系統(tǒng)[J].數(shù)碼世界,2019(3):31.
[3]王剛,孟瑩梅.多旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡線中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù),2019,287(9):179-180.
作者:林旭鳴 單位:國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司