浅谈无人机在天线巡检中的应用
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摘 要：本文基于中短波天线的日常巡检工作，分析了传统天线巡检工作中存在的不足，结合现代无人机的技术特点，探讨了无人机技术应用到天线巡检的可行性，提出了提高天线巡检效率的一些思考。
关键词：无人机 天线 巡检
通信天线是无线电通信系统的重要组成部分，功能是有效地发射或者接收电磁波，通信天线的好坏对通信效果的影响至关重要。天线及其馈线系统，由于其特性决定，需要长期曝露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪电、台风吹刮、天气潮湿、器件老化，容易发生锈蚀、断幕、倒塔等现象。中短波天线一般塔身较高、拉线较多、构造复杂，给运行维护工作带来很大的不便。传统的人工巡检工作，时间长、难度大、工作效率低。今天，无人机已广泛应用于环境监测、影视航拍及定向巡航等领域，在天线巡检中应用无人机技术，能有效克服天线场地地形复杂、地大面广、塔高检测难度大的困难，大大提高工作效率。利用无人机进行天线巡检将是未来的发展趋势。
1.传统天线巡检
传统的天线巡检工作，工作人员通常是带着检测设备、望远镜及梯子，步行在天线场地，逐付天线检查振子、拉线的松紧度，天线及地锚的锈蚀情况，馈线及接头有无异常，悬挂、绝缘瓷件接触是否牢靠。巡检时间长，工作量大，且天线场地不能有任何遮挡，巡检人员需在露天长时间工作，工作效率较低。
中短波天线出于其物理特性，高度为15米至150米不等。巡检人员日常只能通过望远镜在地面观察天线铁塔是否有形变，天线幕有否脱落。触点松紧、锈蚀以及机械损伤情况，只能在天线完全停止使用后，通过人工攀爬方式在塔体的一定高度，使用望远镜进行观察，可视范围非常有限。
许多中短波天线架设在山上，极易遭受雷击，即使天线塔体安装了避雷装置，也无法完全避免雷电造成的损害。南方雷雨季节较长，天线场地湿滑、水浸现象经常出现，致使排查天线故障，恢复通信及其不便。
2.无人机介绍
无人机就是利用无线遥控或程序控制来执行特定航空任务的不载人飞行器，指不搭载操作人员的一种动力空中飞行器。其采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导；既能一次性使用也能进行回收；能够携带较小型负载。
无人机飞行控制系统集成了高精度的感应器元件，主要由陀螺仪（飞行姿态感知），加速计，角速度计，气压计，GPS及指南针模块，以及控制电路等部件组成。通过高效的控制算法内核，能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。根据机型的不同，可以有不同类型的飞行辅助控制系统，有支持固定翼、多旋翼及直升机的飞行控制系统。
主要功能：
（1）实现精准定位悬停。利用GPS指南针模块，可以实现锁定经纬度和高度的精准定位。即使碰到有风或者其它外力的作用下，飞行控制系统也能通过主控制单元发出的定位指令来自主控制飞行器以实现精准定位悬停。
（2）实现自动巡航和自动返航。飞行员能预先设置无人机飞行路线，实现自动巡航。飞行过程中，飞行控制系统将对飞机按指定路线引航，根据既定路线进行拍摄跟踪。飞行途中，飞行员也可根据需要调整摄像头观察目标情况。计划任务完成后，飞机将自动返航至预定地点，实现自动返航和降落，使飞行或航拍更加安全可靠。利用避碰传感器，飞机能在自动巡航中，安全避开障碍物，保证巡航安全。
（3）实现稳定拍摄。飞行过程中，受风力和操作等影响，飞机无法避免颠簸。无人机内置的云台系统起到了稳定拍摄的作用，能有效避免镜头的晃动，提高拍摄效果。
（4）实现定点环绕。在GPS信号良好的情况下，将飞行器当前所在的坐标点记录为热点。飞行器就会实现360度的定点环绕飞行，机头方向始终指向定点的方向。
3.1日常巡检
使用无人机进行天线巡检的操作非常简单，天线巡查人员根据既定的巡查路线制定巡航线路，无人机根据巡检事前编好的巡查GPS坐标点，利用无人机其精准定位和定点环绕功能，在每付天线设置单个或多个悬停点，进行自动飞行巡检，巡检内容包括：防雷引流线有无断股、铁塔有无鸟窝、损坏、变形、松脱或被盗，绝缘子有无闪落、破损、污秽、异物悬挂迹象、振子有无变形或存在异物，地面环境有无超范围生长的植物、杂草等。无人机执行巡检监控中，将信息实时同步传输到地面设备，便于巡查人员观察。任务完成后，巡检人员根据巡检内容信息判断巡检结果，并根据具体情况制定相应的解决措施。
3.2突发事件处理
在遭遇雷击或者台风后，有些天线性能严重下降，维护人员须快速反应，第一时间了解天线损害情况。在确定符合无人机飞行要求的天气环境下，可利用多旋翼或者固定翼无人机，采用定点自动巡航或人工操作的方式，驾驶无人机第一时间到达故障现场进行检查，大大缩短了故障恢复时间。故障天线检查完毕后，可进一步进行较大区域范围的检查，查看其他天线是否也有一定程度的耗损，第一时间掌握事故隐患点，为制定维修计划提供依据。
4.无人机在天线巡检中存在的问题
无人机发展迅猛，但要完全适用于天线巡检工作，还需注意及改进如下问题。
4.1续航时间
大部分民用多旋翼无人机采用电池供电，既要保持稳定飞行、拍摄及数据采集工作，又要保证较长的续航时间，对电池而言，无疑是一个比较大的考验。现在民用无人机的续航时间约15-30分钟左右，而一次简易的天线巡检工作，需要两个小时，全面巡检每付天线须30分钟以上。用现有无人机进行天线巡检，需要多次更换电池才能完成全部检查工作。发展方便天线巡检的无人机电池，应能保持至少60分钟的续航时间。
4.2抗风能力
无人机正常飞行与气候，尤其与风力有密切关系，特别在定点悬停的时候，如果没有相应的抗风设计，无人机将被大风吹走而失控。在天线阵里，极易撞击到天线塔体或振子，导致天线或飞行器损坏。因此，无人机巡检除能在常态天气环境下作业，也应能适应部分极端气候下的应急检修作业，抗风级别应大于八级。
4.3摄像模式
在天线巡检作业中，除了要检查天线铁塔变形、断裂等较易发现的问题，更多是检查触点及天线幕是否有松动、断裂或者锈蚀等细微迹象。普通民用无人机搭载的摄像系统大多采用定焦模式，在对局部进行特写检查中，需要无人机距观察点越近越好，但考虑气候因素，无人机的安全工作距离应不少于10米，这个矛盾必须通过改变摄像模式解决。因此，在天线巡检工作中选用无人机，应考虑具有一定变焦能力、拍摄更稳定的摄像系统。
5.应用展望
随着科技的发展，无人机技术日趋成熟。无人机应用于天线巡检，有效降低人工巡检的故障率及出错率，降低了巡检难度，节约了人力、物质成本，大大提高了工作效率。作为有效的技术支撑，必将在巡检等多个领域有更广泛的利用。
参考文献：
陶承志.黄禹铭.李宇程.邹毅立.无人机在输电线路巡检中的应用[J].中国科技信息，2016，16.