輸電線路無人機(jī)巡檢通信技術(shù)研究

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【摘要】隨著國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)人工巡檢方式已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)高壓、特高壓輸電線路的巡檢工作。無人機(jī)具有體積小、遠(yuǎn)程操作、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及信息記錄，并搭載傳感設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，對(duì)線路進(jìn)行全方位的巡視，極大提高線路巡視工作效率，降低巡檢人員工作強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。本文簡(jiǎn)單分析了無人機(jī)巡檢技術(shù)的構(gòu)成，以及輸電線路無人機(jī)巡檢系統(tǒng)常見的幾種通信技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；無人機(jī)巡檢；實(shí)時(shí)通信技術(shù)

輸電線路運(yùn)行范圍廣，需要經(jīng)過丘陵、高山、平原、山地、沙漠等各種復(fù)雜地形，輸電線路在運(yùn)行過程中還會(huì)受到風(fēng)雪、雷電、大風(fēng)、鳥害等自然因素以及人為因素的影響，輸電線路運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)桿塔傾斜、導(dǎo)線下垂、絕緣子破損等問題，導(dǎo)致輸電線路短路，嚴(yán)重可能引起線路起火，影響到正常的供電。因此，為了確保輸電線路安全有序運(yùn)行，需要定期或者不定期對(duì)線路進(jìn)行巡視，防止線路出現(xiàn)故障問題。傳統(tǒng)的人工巡視方式成本高、無法實(shí)現(xiàn)大范圍的巡視。將無人機(jī)應(yīng)用在電力線路巡檢過程中，可以打破傳統(tǒng)人工巡視受到地形環(huán)境影響的限制，提高線路巡檢工作的效率和質(zhì)量，降低巡檢人員的工作強(qiáng)度。通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢的關(guān)鍵，必須根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的通信技術(shù)，確保無人機(jī)系統(tǒng)通信質(zhì)量。

1無人機(jī)巡檢技術(shù)

無人機(jī)巡檢技術(shù)是將可見光紅外熱像儀、遙感設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備搭載在無人機(jī)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路進(jìn)行巡視檢查的新型巡檢技術(shù)。無人機(jī)巡檢系統(tǒng)由無人機(jī)分系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)、任務(wù)搭載系統(tǒng)構(gòu)成。無人機(jī)分系統(tǒng)由無人機(jī)駕駛航空器、地面站和通信系統(tǒng)構(gòu)成，主要功能是向無人機(jī)遙控飛行任務(wù)，完成巡檢工作要求；任務(wù)搭載系統(tǒng)是根據(jù)無人機(jī)巡檢目的，對(duì)沿線的輸電線路數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、記錄和檢測(cè)等功能，主要由光電吊艙、云臺(tái)、地面控制裝置等構(gòu)成；綜合保障系統(tǒng)相當(dāng)于無人機(jī)系統(tǒng)的工作站，可以為無人機(jī)提供供電、動(dòng)力設(shè)備以及車輛運(yùn)輸[1]。

2實(shí)時(shí)通信技術(shù)在輸電線路無人機(jī)巡檢中的應(yīng)用

通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)輸電線路巡檢的關(guān)鍵，無人機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)巡檢任務(wù)，飛行命令、調(diào)整飛行線路以及控制飛行高度，并利用無人機(jī)吊艙的傳感設(shè)備、數(shù)碼照相機(jī)采集拍攝的圖像視頻信息發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)圖像視頻信息進(jìn)行分析，找到輸電線路系統(tǒng)存在的問題，并采取有效的措施，防止輸電線路故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。由此可以得出，實(shí)時(shí)通信技術(shù)關(guān)系到無人機(jī)各個(gè)系統(tǒng)之間信息的通信與傳輸，影響到無人機(jī)的巡檢任務(wù)的完成。目前無人機(jī)巡檢實(shí)時(shí)通訊技術(shù)主要有光纖通信技術(shù)、無線通信技術(shù)、電力電纜通信技術(shù)[2]。2.1光纖通信技術(shù)。光纖通信技術(shù)指用光波作為傳輸載波，將光纖作為傳輸媒介實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸。光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纖或者光纜、中繼器以及光纖連接器和耦合器等構(gòu)成。光纖通信技術(shù)的工作原理是將光發(fā)信機(jī)的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并將其調(diào)制到激光器的光束上，電信號(hào)的頻率和光束信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)，光纖將電信號(hào)傳輸?shù)焦馐招艡C(jī)，收信機(jī)接收到電信號(hào)以后，將電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為原有的光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。光纖通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式十分靈活，可以組成樹狀、網(wǎng)狀、鏈型、星型、環(huán)形、單纖網(wǎng)、雙纖網(wǎng)等多環(huán)向型的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足各種不同形式的組網(wǎng)要求[3]。與其他的通信技術(shù)相比，光纖通信技術(shù)具有傳輸頻帶寬、抗干擾性能、信號(hào)傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為全世界最主要的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，圖1為光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。2.2無線通信技術(shù)。無線通信技術(shù)是利用電磁波信號(hào)在空間自由傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，無線通信技術(shù)是近年來信息通信領(lǐng)域發(fā)展最快的一種技術(shù)，往往在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)通信，因此又稱為移動(dòng)通信技術(shù)。無線通信技術(shù)是將無線網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸通道分成若干個(gè)小型的傳輸通道，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)資源的管理控制，提高無線通信技術(shù)對(duì)高頻率、小規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸。無線通信技術(shù)包括微波通信和衛(wèi)星通信，微波是一種無線電波，它的傳輸距離可以達(dá)到幾十千米，但是由于微波頻帶很寬，通信容量比較大，在傳輸過程中需要設(shè)置中繼站進(jìn)行信息交換，將數(shù)據(jù)信息加載到微波載體上并通過電波空間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星通信技術(shù)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)體之間建立的微波通信。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、容量大、傳輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便，可以實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，且衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的建設(shè)不受到地理?xiàng)l件的限制，即便發(fā)生磁爆者核爆等現(xiàn)象，也不會(huì)影響到衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。但是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)傳輸具有延時(shí)性、回聲效應(yīng)，這主要是由于無線電波在自由空間傳輸過程中首先需要從地球站發(fā)送到同步衛(wèi)星，同步衛(wèi)星接收以后再發(fā)送到地球，從而導(dǎo)致了通信延遲。無線通信技術(shù)不需要在傳輸范圍內(nèi)設(shè)置有線傳輸電纜，只需要架設(shè)一定高度的天線就可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的通信，具有建設(shè)成本低、建設(shè)周期比較短，適應(yīng)性能比較好等優(yōu)點(diǎn)，但是無線通信網(wǎng)絡(luò)在通信過程中，受到周圍環(huán)境的影響比較大，如果通信點(diǎn)之間有障礙物，則影響到通信質(zhì)量，且在傳輸過程中，容易泄露傳輸數(shù)據(jù)。無線通信技術(shù)理論通訊距離在200~6000m，然而在實(shí)踐過程中受到天氣、周圍建筑物等方面因素的影響，傳輸距離無法達(dá)到理論距離，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信息傳輸以及高質(zhì)量的信號(hào)傳輸。2.3電力電纜通信技術(shù)。電力電纜通信技術(shù)是利用高壓電力線、中壓電力線、低壓配電線作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行語言數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊环N通信方式。這種通信方式是將加載信息的高頻加載在電力電纜上，利用電力電纜傳輸過程中接收的適配器將高頻從電流中分離出來后傳送到計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸。電力電纜通信容量大、傳輸穩(wěn)定性能好、保密性強(qiáng)，不容易受到外界環(huán)境的干擾。但是電力電纜通信成本比較高，需要在傳輸范圍內(nèi)鋪設(shè)大量的電纜。

3結(jié)束語

輸電線路無人機(jī)電力線路巡檢過程中，飛行距離和飛行環(huán)境都會(huì)影響到通信距離。目前無人機(jī)的通信技術(shù)還不夠完善，只能使用無線通信網(wǎng)絡(luò)中的Ku波段和Ka波段，飛行達(dá)到一定的高度，則選擇Ka波段，減少數(shù)據(jù)信息的損失，無法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遠(yuǎn)距離的飛行任務(wù)。因此，還需要進(jìn)一步完善無人機(jī)巡檢系統(tǒng)中的通信技術(shù)，提高無人機(jī)巡檢通信質(zhì)量和通信距離。

參考文獻(xiàn)

[1]吳維農(nóng)，杜海波，袁野，等.輸電線路無人機(jī)巡檢實(shí)時(shí)通信技術(shù)研究[J].中國(guó)電力，2016，49（10）：111-113.

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[3]西南交通大學(xué).一種基于無人機(jī)的接觸網(wǎng)全自動(dòng)智能巡檢系統(tǒng)及巡檢方法：CN201910502139.9[P].2019-08-23.

作者:毛鵬飛 單位:內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司航檢中心