摘要：由于我国地域辽阔，地形复杂，平原少、丘陵及山区较多，气象条件复杂，而现阶段的巡线维护都是人工进行的，不能满足现在电网的要求，因此巡线维护自动化和现代化已日益显示出其迫切性。基于此，本文针对无人机输电线路巡线系统及其应用进行了分析与探讨。
关键词：无人机；输电线路；巡线系统；应用
本文基于国内学者的研究现状，提出了自动输电线巡线系统的方案，该系统提供无人飞行平台巡线、单人巡线两种方式，先采集输电线的视频信息，将巡线的图像信息编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射出去，与耐张塔、现场指挥车进行实时通信，而接收端却相反，通过天线接收信号，经过微波解扩和视频解的压缩，最后还原出模拟的视频信号，传输至内网服务器或者指挥中心，通过该系统，调度大厅可实时观看无人飞行平台拍摄视频、单人拍摄视频，还能够根据实时视频对单人进行行动指挥；在现场部署指挥车情况下，可为指挥车提供双向视频。在应急模式下，无人飞行平台还可以作为空中通信节点，为单人、指挥车、指挥中心提供无线转发，以满足特殊地形下的应急指挥要求。
1系统工作原理及框图
输电线巡线无线监控传输原理：将单人设备或无人机上的高清摄像头安装在内带全方位云台圆形防护罩内，拍摄到的图像转换成视频信号，该压缩处理后的视频信号传输到调制端，并经微波发射机加载到载波上，微波天线将其定向辐射到无人机或耐张塔的微波接收机上，微波接收机对视频图像信号解调后并送到监视器或硬盘录像机，硬盘录像机对其分割显示和录像，并保证可以随时的回放图象。硬盘录像机通过对遥控指令的送出，并在编码接口模块的处理下送到了指令发射机（350MHZ）处，并以频率形式经全向天线后辐射到监视前端。经定向天线接收后送到指令接收机，通过调出音频信号后送到云台及解码镜头控制器，通过解调出数字信号后，控制好镜头焦距、变焦、控制云台左右以及上下旋转。同时通过监控复杂的环境，由于传输的距离远，监控前端与监控中心有高大的建筑物阻挡，直接的点对点微波信号可能传不回来，因此建立中继站后进行中继传输。监控前端采用国外的大倍数镜头以及彩色低照度的摄像机或者大倍数一体的摄像机。其监控中心则选用大容量多画面的硬盘录像机，可进行全天24小时的指定时间录像或者监控录像。
2系统实施方案
2.1视频和音频解决方案
采用FEC超强纠错、ROD断线保护、ARQ丢包重传等技术，使系统具有较强的网络纠错能力，能允许5%的网络丢包率，而图像质量仍无影响，同时，网络摄像机可实时检测网络状况，自动启动抗丢包策略，当异常断网时可启动本地存储，网络恢复后则自动回传，不丢失数据。同时在视频信号传输过程中引用视频缓冲技术，在短时间断线的情况下，让监控中心不会出现传输中断的情况。
2.2数据传输解决方案
为后续系统提供大带宽、高性能的数据传输系统，提出了中频发送350MHｚ、中频接收140MHｚ数据率的输电线巡线通讯方案，该方案利用耐张塔组网搭建系统。
其数据传输特性如下：1）耐张塔到服务器光纤链路200km，双向传输，每方向带宽大于150Mbps（微波设备最大传输容量可达400M）；2）无人飞行平台至耐张塔链路最远16km，无人飞行平台到耐张塔单向大于100Mbps，耐张塔至无人飞行平台方向提供2Mbps控制与反馈信息；3）单人至耐张塔链路最远16km，单人到耐张塔方向大于100Mbps，耐张塔至单人方向提供2Mkbps控制信息；4）地面指挥车至耐张塔链路最远16km，指挥车与耐张塔双向传输，每方向带宽大于100Mbps。耐张塔支持单人微波设备到耐张塔微波设备的单向高清（1080P）或超高清（4K）视频传输，支持单人微波设备到耐张塔微波设备的双向语音传输。
3数据传输系统的组成
3.1耐张塔
天线组接收单人、无人飞行机和地面指挥车的图像信号，通过光纤将信号传输远处的指挥中心；指挥中心可以对单人、无人飞行平台与地面指挥车进行通讯和控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
耐张塔上有两套设备，分别对应无人飞行平台（或单人）、对应指挥车。第一套是微波设备以及对应无人飞行平台（或单人）设备使用高增益定向天线，采用自动伺服跟踪技术，塔的左右两方向各放置一只自动伺服跟踪高增益天线，因此共有2只；第二套是微波设备以及对应指挥车设备使用全向天线，共有2只。天线安装在耐张塔半腰，高度约30m。
考虑伺服机构耗电较大，使用高压输电感应供电。耐张塔上设备一般处于非工作状态，只有启动任务时才开启使用。开启方式有两种：远程调度大厅遥控开启、及现场人工开启。
耐张塔上设备分为信号处理部分以及信号传输部分，信号处理部分连接无人机、单人、指挥车；信号处理部分通过光纤连接服务器。耐张塔、地面指挥车、无人机和单兵身上各装一个微波设备，该微波设备是集成IDU和ODU的全室外单元。
3.2无人飞行机
在本系统中无人飞行机有两个工作模式，巡检和中继。巡检发生在耐张塔组网模式下，指无人飞行平台完成飞行任务，对输电线的导线、线夹、引流线、耐张塔等设备进行高清视频采集，采集数据经过视频压缩处理后，经微波数据传输链路传给耐张塔，接收耐张塔传递的指令，进行悬停、往复飞行等任务，改变光学传感器焦距等工作；中继发生在无人飞行平台模式下，指无人飞行平台接收单人传送过来的高清视频数据，转发给地面指挥车或指挥中心，将地面指挥车或指挥中心的指令转发给单人。
3.3单人
单人设备完成对输电线系统的视频采集，采集数据经过视频压缩处理后，经微波数据传输链路传给耐张塔、无人飞行平台或者地面指挥车，接收耐张塔、无人飞行平台或者地面指挥车传递的命令。单人设备有两种方式：单人背负全向天线、三角架支撑平板宽波束天线；其中单人背负全向天线应用于耐张塔组网模式，直接与耐张塔通信；三角架支撑平板宽波束天线应用于无人飞行平台组网模式，三角架设备与单人背负设备间再经过无线局域网技术的一次跳接，跳接距离可百米左右。
3.4指挥车
指挥车作为现场指挥场所，接收单人或无人飞行平台传来的高清视频信号，显示于高清屏幕上，同时将视频保存，可以视频回放；通过耳机和MIC与单人设备进行语音指令下发。由于数据率高，需提高射频链路增益解决数据误码率的问题，在指挥车上配置高增益的定向天线平台，天线安装在5m升降杆上，为方便天线对准，杆顶安装云台。
4输电线巡线通讯系统的设计应用
考虑高清视频带宽要求高，且无人飞行平台与单人载荷能力均受限，在耐张塔组网模式下，考虑为其提供单独链路，以降低接收门限，并且耐张塔组网模式下无人飞行平台与单人不能同时使用系统。同样，指挥车链路也是单独的。指挥车观看无人飞行平台或单人采集的视频，通过设置于供电公司总部的服务器点播。
光缆传输通过光网桥技术实现，双向带宽大于100Mbps，考虑光缆长200km，中间需要进行放大。通过VOIP的方式提供语音。语音与传统电话网通信采用语音网关进行协议转换，语音网关提供PABX中继接口。为实现传统电话与单人/指挥车上IP语音的互通，首先在电话网关上进行电话号码与IP地址的映射，从而传统电话与IP电话的互相呼叫就与人们所习惯的呼叫方法相同，直接拨号即可。单人呼叫传统电话采用热线方式，无需拨号，直接呼叫调度大厅。
结语
总而言之，随着社会对输电可靠性越来越高的要求，实践微波通讯的巡线内容越来越丰富，将越来越突出无线巡线的优越性。无线巡线将会是一种快速、高效并有发展前途的巡线方式。通过提高科学管理技术水平和质量控制，以增强自动化电力生产的综合能力，以创造更好更高的社会效益和经济利益。
参考文献：
[1]李力.无人机输电线路巡线技术及其应用研究[D].长沙理工大学,2012.
[2]陶承志,黄禹铭,李宇程,等.无人机在输电线路巡检中的应用[J].中国科技信息,2016(16).
论文作者:尤彦鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/29
标签：指挥车论文; 微波论文; 设备论文; 天线论文; 平台论文; 输电线论文; 无人机论文; 《电力设备》2018年第29期论文;