输电线路无人机巡检通信技术研究

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【摘要】随着国家电网的发展，传统人工巡检方式已经无法实现高压、特高压输电线路的巡检工作。无人机具有体积小、远程操作、实时监控以及信息记录，并搭载传感设备、数码相机等设备，对线路进行全方位的巡视，极大提高线路巡视工作效率，降低巡检人员工作强度和危险性。本文简单分析了无人机巡检技术的构成，以及输电线路无人机巡检系统常见的几种通信技术。

【关键词】输电线路；无人机巡检；实时通信技术

输电线路运行范围广，需要经过丘陵、高山、平原、山地、沙漠等各种复杂地形，输电线路在运行过程中还会受到风雪、雷电、大风、鸟害等自然因素以及人为因素的影响，输电线路运行过程中，可能出现杆塔倾斜、导线下垂、绝缘子破损等问题，导致输电线路短路，严重可能引起线路起火，影响到正常的供电。因此，为了确保输电线路安全有序运行，需要定期或者不定期对线路进行巡视，防止线路出现故障问题。传统的人工巡视方式成本高、无法实现大范围的巡视。将无人机应用在电力线路巡检过程中，可以打破传统人工巡视受到地形环境影响的限制，提高线路巡检工作的效率和质量，降低巡检人员的工作强度。通信技术是实现无人机巡检的关键，必须根据实际情况，选择合适的通信技术，确保无人机系统通信质量。

1无人机巡检技术

无人机巡检技术是将可见光红外热像仪、遥感设备、数码相机等设备搭载在无人机内部，实现对输电线路进行巡视检查的新型巡检技术。无人机巡检系统由无人机分系统、综合保障系统、任务搭载系统构成。无人机分系统由无人机驾驶航空器、地面站和通信系统构成，主要功能是向无人机遥控飞行任务，完成巡检工作要求；任务搭载系统是根据无人机巡检目的，对沿线的输电线路数据信息进行采集、记录和检测等功能，主要由光电吊舱、云台、地面控制装置等构成；综合保障系统相当于无人机系统的工作站，可以为无人机提供供电、动力设备以及车辆运输[1]。

2实时通信技术在输电线路无人机巡检中的应用

通信技术是实现无人机输电线路巡检的关键，无人机控制系统根据巡检任务，飞行命令、调整飞行线路以及控制飞行高度，并利用无人机吊舱的传感设备、数码照相机采集拍摄的图像视频信息发送到数据中心，数据中心对图像视频信息进行分析，找到输电线路系统存在的问题，并采取有效的措施，防止输电线路故障范围进一步扩大。由此可以得出，实时通信技术关系到无人机各个系统之间信息的通信与传输，影响到无人机的巡检任务的完成。目前无人机巡检实时通讯技术主要有光纤通信技术、无线通信技术、电力电缆通信技术[2]。2.1光纤通信技术。光纤通信技术指用光波作为传输载波，将光纤作为传输媒介实现数据信息的传输。光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤或者光缆、中继器以及光纤连接器和耦合器等构成。光纤通信技术的工作原理是将光发信机的光信号转变为电信号，并将其调制到激光器的光束上，电信号的频率和光束信号的强弱有关，光纤将电信号传输到光收信机，收信机接收到电信号以后，将电信号进行转换为原有的光信号，从而实现信号的传递。光纤通信系统组网方式十分灵活，可以组成树状、网状、链型、星型、环形、单纤网、双纤网等多环向型的拓扑网络结构，满足各种不同形式的组网要求[3]。与其他的通信技术相比，光纤通信技术具有传输频带宽、抗干扰性能、信号传输质量高等优点，已经成为全世界最主要的通信传输网络，图1为光纤通信系统结构图。2.2无线通信技术。无线通信技术是利用电磁波信号在空间自由传播的特性进行信息交换的一种通信方式，无线通信技术是近年来信息通信领域发展最快的一种技术，往往在移动中实现通信，因此又称为移动通信技术。无线通信技术是将无线网络中的信息传输通道分成若干个小型的传输通道，从而实现数据信息的快速转换和网络资源的管理控制，提高无线通信技术对高频率、小规模数据的传输。无线通信技术包括微波通信和卫星通信，微波是一种无线电波，它的传输距离可以达到几十千米，但是由于微波频带很宽，通信容量比较大，在传输过程中需要设置中继站进行信息交换，将数据信息加载到微波载体上并通过电波空间进行数据传输。卫星通信技术是将通信卫星作为中继站实现地面2个或者多个移动体之间建立的微波通信。卫星通信网络覆盖范围广、容量大、传输质量好、组网方便，可以实现全球网络的无缝连接，且卫星通信网络站点的建设不受到地理条件的限制，即便发生磁爆者核爆等现象，也不会影响到卫星通信网络。但是卫星通信网络传输具有延时性、回声效应，这主要是由于无线电波在自由空间传输过程中首先需要从地球站发送到同步卫星，同步卫星接收以后再发送到地球，从而导致了通信延迟。无线通信技术不需要在传输范围内设置有线传输电缆，只需要架设一定高度的天线就可以实现一定范围内的通信，具有建设成本低、建设周期比较短，适应性能比较好等优点，但是无线通信网络在通信过程中，受到周围环境的影响比较大，如果通信点之间有障碍物，则影响到通信质量，且在传输过程中，容易泄露传输数据。无线通信技术理论通讯距离在200~6000m，然而在实践过程中受到天气、周围建筑物等方面因素的影响，传输距离无法达到理论距离，无法实现远距离的信息传输以及高质量的信号传输。2.3电力电缆通信技术。电力电缆通信技术是利用高压电力线、中压电力线、低压配电线作为传输介质进行语言数据信息传输的一种通信方式。这种通信方式是将加载信息的高频加载在电力电缆上，利用电力电缆传输过程中接收的适配器将高频从电流中分离出来后传送到计算机，实现数据信息的传输。电力电缆通信容量大、传输稳定性能好、保密性强，不容易受到外界环境的干扰。但是电力电缆通信成本比较高，需要在传输范围内铺设大量的电缆。

3结束语

输电线路无人机电力线路巡检过程中，飞行距离和飞行环境都会影响到通信距离。目前无人机的通信技术还不够完善，只能使用无线通信网络中的Ku波段和Ka波段，飞行达到一定的高度，则选择Ka波段，减少数据信息的损失，无法实现无人机远距离的飞行任务。因此，还需要进一步完善无人机巡检系统中的通信技术，提高无人机巡检通信质量和通信距离。

参考文献

[1]吴维农，杜海波，袁野，等.输电线路无人机巡检实时通信技术研究[J].中国电力，2016，49（10）：111-113.

[2]西安理工大学.一种5G联网无人机快速巡检蜂窝基站方法及系统：CN201910542306.2[P].2019-10-18.

[3]西南交通大学.一种基于无人机的接触网全自动智能巡检系统及巡检方法：CN201910502139.9[P].2019-08-23.

作者:毛鹏飞 单位:内蒙古电力（集团）有限责任公司航检中心