输电线路无人机巡检实时通信技术研究

输电线路无人机巡检实时通信技术研究

刘家成

国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 赤峰 024000

摘要：输电线路的运行距离比较长，还需要经过多种复杂地形，比如说：丘陵、山地、高山和沙漠等，极易受到鸟害、雷击、风雪等自然因素、人为因素破坏，造成输电线路出现短路，对正常的电力资源供应有所影响。输电线路无人机巡视检查实时通信技术，能够依托无人机内部搭载的遥感设备、可见光红外热像仪、数码相机等设备，将输电线路巡视检查信息实时传输给地面站点，保证輸电线路运行问题的及时发现及相关解决措施的及时实施。基于此，对输电线路无人机巡视检查实时通信技术进行适当探析，具有非常重要的意义。
关键词：输电线路；无人机巡检；实时通信技术
前言：输电线路无人机巡检时获取的信息量很大，实时回传对无线通信系统的压力很大。为解决以上问题，提高无人机巡检的应用效果，在准确分析输电线路走向特征的基础上，引入高增益定向天线，提出宽窄波束相互配合对输电线路区段进行电波覆盖，显著提高系统设备能力，降低了远距离高速传输对无人机载设备的功耗、体积和重量压力，从而在较大范围内保证了为通信系统持续提供高速传输的能力。
1 输电线路巡检的重要性
        输电线路作为电力系统重要的组成部分，因为输电线路运行环境十分恶劣，建设区域内的地形地貌也比较复杂，线路运行中不但要承受正常的机械载荷和电力负荷的内部压力，还要经受雷击、强风、污秽、滑坡及鸟害等外界侵害，这些情况将会使线路上的各个元件老化。所以若是在安全巡查过程中没有对线路问题及时发现，就会影响到电力系统供电质量，通过对输电线路的巡视检查来了解线路的运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷和隐患，从而预防事故发生，保证线路的安全稳定运行
2 输电线路无人机巡视检查实时通信技术的应用需求
2.1 通信载荷
因为输电线路无人机载荷能力一定，因此对实时通信设备载重及电力资源损耗具有较为严格的要求。当前电力系统中荷载能力较大无人机起飞重量在15.0kg左右，在不考虑其他载荷的情况下，实时通信载荷重量应在5.0kg以下。
2.2 通信距离
        对于输电线路无人机巡视检查来说，巡视检查信息实时回传接入点大多在耐张塔上方适当位置，涉及了架设、取电、调试、破缆等多个方面内容。因此，在设置实时回传接入点时，应严格控制密度，避免接入点过多导致设备投入成本超标或者停电时间过长。一般可以每间隔20.0km设置一个回传接入点。
        2.3 通信带宽
        由于输电线路无人机巡视检查信息需要从清晰度较高的照相机中获取，而无人机、输电线路间距离在50.0m左右。在一张高清晰度像片所覆盖的导线长度为16.0m时，为保证输电线路上方毛刺问题的及时发现，需要保证照片文件压缩后达到8.0Mbit，且解像度>3200.0×104像素。此时，如果无人机飞行速度为30km/h，则一张高清晰度照片所产生时间为2.0s，需要保证通信带宽在32.0Mbit/s以上。

3 输电线路无人机巡视检查常用实时通信技术类型
3.1 光纤通信
        光纤通信主要指利用光波作为传输载波，将信息从一处传输至另外一处的数据信息传输技术。光纤通信技术涉及了光收信机、光发信机、光缆、中继器、耦合剂、光缆连接器等模块。通过光纤通信技术可以在光发信机中，将需要传送的话音等信息转变为电信号，并通过放大器、判决器放大调制到光纤束上，在保证激光束光强度随电信号幅度/频率的波动而变化后，将电信号传输至光收信机，并在其中解调为原光信号，达到信号传递目的。光纤通信技术组网方式极其灵活，可以根据不同形式的组网要求，组成网状、树状、链状、单纤网、星形等多环向型拓扑网络结构，具有抗干扰性能强、信息实时传输频带宽、信号传输质量优异等特点。
3.2 电力线通信
        电力线通信技术简称为PLC，主要是利用10 kV中压电力线、35 kV及以上高压电力线、380/220 V低压配电线作为传输介质，进行输电线路无人机巡视检查数据信息传输的方式。首先，通过电力线加载载有信息的高频电流。其次，利用电缆线路，传输接收信息适配器，并将高频信息从电流中分离出来。最后，将分离的高频信息传输到计算机、电话中。电力线通信具有保密性能强、传输稳定性能好、通信容量大、不易受外界环境干扰等优良特点，但是因电力线通信技术成本较高，如果应用于输电线路无人机巡视检查中，需要铺设大量电缆，经济性能不佳。
3.3 无线通信
       无线通信主要是利用特定空间内电磁波信号自由传播的特性，将无线网络中的信息传输通道划分为若干个小规模传输信道，实现数据高频率快速转换、小规模管理控制的目的。无线通信技术包括卫星通信、微波通信2种类型，前者主要是将通信卫星作为中继站，实现地面2个或者多个移动体间的微波通信，具有传输质量好、覆盖范围广、网络无缝衔接、不受地理条件及其他因素（磁暴、核爆）约束、组网灵活、容量大的特点。但因在卫星通信网络中无线电波传输时，需要经过地球站→同步卫星→地球的流程，极易出现通信延迟及回声效应。后者为传输距离为几十千米的无线电波，因为频带宽、通信容量大，所以需要在信息交换关口设置中继站，通过中继站将数据信息加载至微波载体上，实现电波空间内的数据传输。以5G无人机对输电线路进行巡检为例，无人机除搭载外置摄像头（热成像摄像头、4/8K摄像头）外，还可连接、采集多种传感器的数据，全面感知周边环境，进行最优巡检路径规划，实现自主导航。同时利用5G网络高速率、大带宽（100 Mbps级）、大规模连接、低时延的优势，将巡检高清影像实时传输至数据处理中心，地面站工作人员可以在后台远距离实时监控高清摄像头的状态，实现输电线路故障巡检的远距离专家决策。

虽然说无线通信技术具有不需要设置有线传输电缆、建设周期短、建设成本低、适应能力强的特点，但是其在输电线路无人机巡视检查中应用时，极易受到周边环境的影响。特别是在周边通信点存在障碍物时，极易导致通信质量受损或通信中断。除此之外，虽然无线通信技术理论通信距离在6 000.0 m以下，但是受天气因素、周围建筑物体影响，无法实现远距离信息实时传输。
结束语：

结合以上分析得知，实时通信技术主要是进行实现输电线路无人机巡视检查的关键模块，

也是进行飞行命令发布、飞行高度控制、飞行线路调整及采集摄录信息发送的主要依据，直接影响了无人机内部各系统间的通信效果及巡视检查任务的完成度。所以我们的技术人员可以根据输电线路无人机巡视检查的需要，选择无线通信或光线通信、电力线通信技术，在无人机与地面站间搭建信息交互桥梁，保证输电线路无人机巡视检查工作的效率。
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