輸電線路無人機巡檢通信技術研究

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【摘要】隨著國家電網的發展，傳統人工巡檢方式已經無法實現高壓、特高壓輸電線路的巡檢工作。無人機具有體積小、遠程操作、實時監控以及信息記錄，并搭載傳感設備、數碼相機等設備，對線路進行全方位的巡視，極大提高線路巡視工作效率，降低巡檢人員工作強度和危險性。本文簡單分析了無人機巡檢技術的構成，以及輸電線路無人機巡檢系統常見的幾種通信技術。

【關鍵詞】輸電線路；無人機巡檢；實時通信技術

輸電線路運行范圍廣，需要經過丘陵、高山、平原、山地、沙漠等各種復雜地形，輸電線路在運行過程中還會受到風雪、雷電、大風、鳥害等自然因素以及人為因素的影響，輸電線路運行過程中，可能出現桿塔傾斜、導線下垂、絕緣子破損等問題，導致輸電線路短路，嚴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行，需要定期或者不定期對線路進行巡視，防止線路出現故障問題。傳統的人工巡視方式成本高、無法實現大范圍的巡視。將無人機應用在電力線路巡檢過程中，可以打破傳統人工巡視受到地形環境影響的限制，提高線路巡檢工作的效率和質量，降低巡檢人員的工作強度。通信技術是實現無人機巡檢的關鍵，必須根據實際情況，選擇合適的通信技術，確保無人機系統通信質量。

1無人機巡檢技術

無人機巡檢技術是將可見光紅外熱像儀、遙感設備、數碼相機等設備搭載在無人機內部，實現對輸電線路進行巡視檢查的新型巡檢技術。無人機巡檢系統由無人機分系統、綜合保障系統、任務搭載系統構成。無人機分系統由無人機駕駛航空器、地面站和通信系統構成，主要功能是向無人機遙控飛行任務，完成巡檢工作要求；任務搭載系統是根據無人機巡檢目的，對沿線的輸電線路數據信息進行采集、記錄和檢測等功能，主要由光電吊艙、云臺、地面控制裝置等構成；綜合保障系統相當于無人機系統的工作站，可以為無人機提供供電、動力設備以及車輛運輸[1]。

2實時通信技術在輸電線路無人機巡檢中的應用

通信技術是實現無人機輸電線路巡檢的關鍵，無人機控制系統根據巡檢任務，飛行命令、調整飛行線路以及控制飛行高度，并利用無人機吊艙的傳感設備、數碼照相機采集拍攝的圖像視頻信息發送到數據中心，數據中心對圖像視頻信息進行分析，找到輸電線路系統存在的問題，并采取有效的措施，防止輸電線路故障范圍進一步擴大。由此可以得出，實時通信技術關系到無人機各個系統之間信息的通信與傳輸，影響到無人機的巡檢任務的完成。目前無人機巡檢實時通訊技術主要有光纖通信技術、無線通信技術、電力電纜通信技術[2]。2.1光纖通信技術。光纖通信技術指用光波作為傳輸載波，將光纖作為傳輸媒介實現數據信息的傳輸。光纖通信系統由光發信機、光收信機、光纖或者光纜、中繼器以及光纖連接器和耦合器等構成。光纖通信技術的工作原理是將光發信機的光信號轉變為電信號，并將其調制到激光器的光束上，電信號的頻率和光束信號的強弱有關，光纖將電信號傳輸到光收信機，收信機接收到電信號以后，將電信號進行轉換為原有的光信號，從而實現信號的傳遞。光纖通信系統組網方式十分靈活，可以組成樹狀、網狀、鏈型、星型、環形、單纖網、雙纖網等多環向型的拓撲網絡結構，滿足各種不同形式的組網要求[3]。與其他的通信技術相比，光纖通信技術具有傳輸頻帶寬、抗干擾性能、信號傳輸質量高等優點，已經成為全世界最主要的通信傳輸網絡，圖1為光纖通信系統結構圖。2.2無線通信技術。無線通信技術是利用電磁波信號在空間自由傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，無線通信技術是近年來信息通信領域發展最快的一種技術，往往在移動中實現通信，因此又稱為移動通信技術。無線通信技術是將無線網絡中的信息傳輸通道分成若干個小型的傳輸通道，從而實現數據信息的快速轉換和網絡資源的管理控制，提高無線通信技術對高頻率、小規模數據的傳輸。無線通信技術包括微波通信和衛星通信，微波是一種無線電波，它的傳輸距離可以達到幾十千米，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置中繼站進行信息交換，將數據信息加載到微波載體上并通過電波空間進行數據傳輸。衛星通信技術是將通信衛星作為中繼站實現地面2個或者多個移動體之間建立的微波通信。衛星通信網絡覆蓋范圍廣、容量大、傳輸質量好、組網方便，可以實現全球網絡的無縫連接，且衛星通信網絡站點的建設不受到地理條件的限制，即便發生磁爆者核爆等現象，也不會影響到衛星通信網絡。但是衛星通信網絡傳輸具有延時性、回聲效應，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送到同步衛星，同步衛星接收以后再發送到地球，從而導致了通信延遲。無線通信技術不需要在傳輸范圍內設置有線傳輸電纜，只需要架設一定高度的天線就可以實現一定范圍內的通信，具有建設成本低、建設周期比較短，適應性能比較好等優點，但是無線通信網絡在通信過程中，受到周圍環境的影響比較大，如果通信點之間有障礙物，則影響到通信質量，且在傳輸過程中，容易泄露傳輸數據。無線通信技術理論通訊距離在200~6000m，然而在實踐過程中受到天氣、周圍建筑物等方面因素的影響，傳輸距離無法達到理論距離，無法實現遠距離的信息傳輸以及高質量的信號傳輸。2.3電力電纜通信技術。電力電纜通信技術是利用高壓電力線、中壓電力線、低壓配電線作為傳輸介質進行語言數據信息傳輸的一種通信方式。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算機，實現數據信息的傳輸。電力電纜通信容量大、傳輸穩定性能好、保密性強，不容易受到外界環境的干擾。但是電力電纜通信成本比較高，需要在傳輸范圍內鋪設大量的電纜。

3結束語

輸電線路無人機電力線路巡檢過程中，飛行距離和飛行環境都會影響到通信距離。目前無人機的通信技術還不夠完善，只能使用無線通信網絡中的Ku波段和Ka波段，飛行達到一定的高度，則選擇Ka波段，減少數據信息的損失，無法實現無人機遠距離的飛行任務。因此，還需要進一步完善無人機巡檢系統中的通信技術，提高無人機巡檢通信質量和通信距離。

參考文獻

[1]吳維農，杜海波，袁野，等.輸電線路無人機巡檢實時通信技術研究[J].中國電力，2016，49（10）：111-113.

[2]西安理工大學.一種5G聯網無人機快速巡檢蜂窩基站方法及系統：CN201910542306.2[P].2019-10-18.

[3]西南交通大學.一種基于無人機的接觸網全自動智能巡檢系統及巡檢方法：CN201910502139.9[P].2019-08-23.

作者:毛鵬飛 單位:內蒙古電力（集團）有限責任公司航檢中心