輸電線路無(wú)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(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓、特高壓輸電線路的巡檢工作。無(wú)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(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)的構(gòu)成，以及輸電線路無(wú)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程中，可能出現(xiàn)桿塔傾斜、導(dǎo)線下垂、絕緣子破損等問(wèn)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(wèn)題。傳統(tǒng)的人工巡視方式成本高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的巡視。將無(wú)人機(jī)應(yīng)用在電力線路巡檢過(guò)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(wú)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(wú)人機(jī)系統(tǒng)通信質(zhì)量。

1無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)

無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)由無(wú)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(wú)人機(jī)分系統(tǒng)由無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)系統(tǒng)的工作站，可以為無(wú)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(wú)人機(jī)巡檢中的應(yīng)用

通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢的關(guān)鍵，無(wú)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(wú)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(wèn)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(wú)人機(jī)各個(gè)系統(tǒng)之間信息的通信與傳輸，影響到無(wú)人機(jī)的巡檢任務(wù)的完成。目前無(wú)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(wú)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(wú)線通信技術(shù)。無(wú)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(wú)線通信技術(shù)是近年來(lái)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(wú)線通信技術(shù)是將無(wú)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(wú)線通信技術(shù)對(duì)高頻率、小規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸。無(wú)線通信技術(shù)包括微波通信和衛(wèi)星通信，微波是一種無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)線電波在自由空間傳輸過(guò)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(wú)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(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在通信過(guò)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(guò)程中，容易泄露傳輸數(shù)據(jù)。無(wú)線通信技術(shù)理論通訊距離在200~6000m，然而在實(shí)踐過(guò)程中受到天氣、周圍建筑物等方面因素的影響，傳輸距離無(wú)法達(dá)到理論距離，無(wú)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(yǔ)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(guò)程中接收的適配器將高頻從電流中分離出來(lái)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(yǔ)

輸電線路無(wú)人機(jī)電力線路巡檢過(guò)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(wú)人機(jī)的通信技術(shù)還不夠完善，只能使用無(wú)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(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)中的通信技術(shù)，提高無(wú)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(wú)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(wú)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