电力巡检无人机通信中继系统的设计与实现

低碳技术LOW CARBON WORLD 2017/12
电力巡检无人机通信中继系统的设计与卖现丁凯（国网四川省电力公司检修公司西昌运维分部，四川西昌615000)
【摘要】当前，在电力巡检中，无人机在通信能力方面受到很大制约，根据这个问题，研究了好几类关于无人机经常遇到的通信方式，并在这个基础上，阐述了一些技术方案，这个方案是用到别的无人机设备，通信中继平台是由这些设备组成，从研发高端的飞行平台、研究中继系统关于各种通信信号以及系统各方面的应用这三个层面，设计了无人机通信中继系统在电力巡检中如何应用的课题，找到了在大山深处、在茂密森林这些特别复杂地方，无人机在巡检作业中遇到的一系列错综复杂的通信问题。

【关键词】电力巡检；中继系统;设计;实现
【中图分类号】V279 【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2017)36-0086-02
我国地域辽阔，电线分布到每一个角落，各方面的设施相
隔距离很远，自然环境和各方面的条件变化无常。

在维护和检
修所有输电线路中，为了提高质量和工作效率，可以使用一些
基本成熟的巡检技术。

在复杂多变的恶劣环境里，无人机无论
在应用效果，还是巡检安全方面，都不同程度的受到制约，这
种制约主要是来自通信能力||]。

①巡检无人机严重受到通信距
离不长的影响，不能够在距离很远的地方接收一些信号，这信
号是数传和图传，主要是来自地面站的。

②输电线路经过的地
形是相当复杂的，通信信号容易中断，原因也许是受到大山、
高大的建筑物、茂密的树林等遮挡造成的，这种情况下，无人
机是没有办法作业下去的，甚至会引发其他一系列的安全问
题，使无人机的巡检工作受到影响。

为了有效的解决上面所阐述的各种问题，一种通信中继
系统就研发成功，其作用是使无人机传输数据准确无误，使数
据链路很好的畅通无阻，深化了无人机的作用。

1无人机在电力系统中常见的通信方式
通信方式通常有以下几种：
(1)卫星通信方式
信息经过采集后，无人机把此信息发到指挥中心，发到指
挥中心之前，需要中转一下，中转用到车栽卫星里面的一个转
发系统，这样的运行方式能够在特别远的距离内进行通信传
输。

不过从局限性来讲，卫星通信也是存在的，比如较高的通
信误码率，造成延迟不小，通信一不小心就会断掉，会威胁到
无人机的安全。

另一方面，通信链接不多的民用卫星，资源是
有一定限制的，价格不菲，归于窄带通信范畴。

这么多的缺点，
大大地制约了卫星通信作用的发挥。

同时发生时，将可能严重影响电网穗定运行。

因此，有效辨识
通信系统关键链路、快速恢复通信极其重要，全年通道可用率
由 99.75%提升到 99.998%。

4创新点
(1) 缩短网络通道故障事故处理时间，成果实施后，当网 络通道故障时，系统会自动诊断，快速识别出故障点，并将故
障信息发送到值班手机，值班员通过报文信息可快速通知通
信班或保护班及时处理，在非上班时间无需返回机房再做事
故处理，提高工作效率，大大降低人力劳动。

(2)实现远程在线监视系统运行状态，电话值班期间，当监控班通知系统数据刷新异常时，可通过手机终端发送命令
查询链路通信报文，判断系统运行状态。

参考文献
[1]邹俊雄，黄成巧，张延旭，蔡泽祥，何瑞文，李晓华.智能变电站通信(2)中继基站通信方式
这种方式就是把中继基站建设在制高点上，再通过此基
站的作用，达到双向传输来自无人机方面的信息。

当前此方式
适用于地势高低落差较大的山区|2]。

通信中继基站处于制高
点，优势非常明显:①覆盖面肯定很广；②质量非常高；③通信
能保持穗定。

但是由于地形以及通信上的距离方面的制约，必
须要多建设几个基站，这样才能保证通信畅通无阻，这导致资
金投入多，节点不少，链路更加复杂，很难维护。

(3) 3G公共网络通信方式
这是当前使用最多的方式，无人机把信息采集到以后，一
方面是使用3G模式，另一方面是通过无线网络进行传输，地
面控制人员完全可以通过远程的方式，对视频图像进行实时
查看，对无人机也能轻易遥控。

这种通信方式的优点是成本不
大，传输的距离比较远，可以说这种通信方式既高效又非常经
济实惠|3]。

不过大家都知道，3G信号在山区以及偏远地带，难
以做到全覆盖，有不少的盲区，出现较多的是信号特别弱，甚
至一点信号都没有。

这三种通信方式，无论是经济性，还是实
用性方面，都不适合无人机在复杂区域工作。

2电力巡检无人机通信中继系统的构成
这个系统主要涵盖六个方面：①数据传输电台；②巡检无
人机;③通信中继设备;④中继无人机;⑤图像传输设备;⑥来
自于地面上的计算机控制中心。

电力巡检无人机是通过系统
选取的，一般不要选取大型的无人机，这种无人机搭载很多设
备，诸如数据传输的、红外相机的、图像发射的、高清相机的设
备；中继无人机是从别的无人机里选取别的，必须是小型固定
翼，其任务是存放通信中继设备;数据传输和接收设备集成在
网络虚拟局域网建模与优化配置方法[J]■电力自动化设备，2015(08).
[2] 张延旭，蔡泽祥，龙翩翩，李晓华，苏忠阳.智能变电站通信网络实时
故障诊断模型与方法[J].电网技术，2016(06).
[3] 王海柱，张延旭，蔡泽祥，何瑞文，张弛.智能变电站过程层网络信
息流潮流模型与计算方法[J].电网技术，2013(09).
[4] 张旭，魏娟，赵冬梅，梁伟宸.一种用于电网故障诊断的遥信信息
解析方法[J].中国电机工程学报，2014(22).
[5] 伊洋，刘育权，陈宇强，王莉，江文东，胡苏凯.基于信息综合判断
的智能变电站网络通信故障定位技术研究[J].电力系统保护与控制，
2016(03).
收稿日期=2017-9-26
作者简介：高震（1986-)，男，工程师，本科，主要从事电力调
度自 动化工作。

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LOW CARBON WORLD 2017/12低碳技术
计算机控制中心里。

具体系统的流程见图1。

图1
3电力巡检无人机通信中继系统设计
主要包含：
3.1设计研发飞行平台
电力作业面对的条件是很复杂的，比如工作量特别大、电磁进行不间断的干扰以及恶劣的天候，这对无人机在空中飞 行的要求很高了，包含飞行穗定、续航能力、安全可靠、栽荷能 力等四个方面。

要通过深入的研究，试制出无人机平台，这种 平台要能够适应很多作业条件的。

3丄1机型的确定
从翼型上来分析无人机，起降比较方便的无人机是属于 小型固定翼型，起降的地方不用非常特殊，既可以飞行在高空 并进行一定的移动，又可以沿着指定的巡检航线，非常穗定的 在低空飞行。

对比旋翼无人机，能达到更快的飞行速度，续航 的能力也是强很多的，栽荷能力也能符合技术要求|41。

对比无 人直升机，主要表现在成本上的优势。

3丄2机体材料的确定
无人机上面的机体材料，见得多的是混纺、凯夫拉、玻璃 钢以及碳纤维等，各种材料制成的无人机机体，都要分别进行 测试，评估速度、电磁、耐用度等，根据评估结果，决定使用什 么样的机体材料。

3丄3能源配置的确定
一样的布局和一样的环境的无人机，要根据不一样的动 力能源配置，组织反复的对比测试，对测试的结果进行比较判 断，最终要选择一个最佳的能源配置，这种配置要非常符合电 力作业。

3丄4控制系统的确定
当前的无人机控制系统有很多种，而且都在实际应用中，这种系统既有国外的也有国内的。

像wecontxol、mici'opilot、A P04、cloudcap这四类就是国外的，国内的也有，比如YS09和 U P30等，都应用了一些编写控制算法，精度是都不一样的。

3.2设计研发中继系统的通信信号
因为很长的巡检距离，以及复杂的工作环境，电磁干扰非 常严重，如果要传输一些穗定的信号，就要把信号强度提升起 来，把抗干扰的性能也提升起来。

信号强度如果要得到提升，必 须增加硬件的灵敏度，加大功率，编码方式要用实用的有效的。

通信信号如果在抗干扰方面提高起来，发射功率首先要增大的，处理基带信号的速度要要加快，不要用一般的编码方 式，编码的校验功能要提升，误码是必须要杜绝的。

想到中继 和电力巡检这两个无人机之间，存在不小的相对移动速度，一 定要开展很多次的关于相对运动的试验，在0~100km/h的相 对速度下进行测试，同时还要对信号质量进行测试，如果出了 问题，要尽快解决。

3.3设计系统在巡检中的应用
采用中继系统对输电线路进行巡检，既关乎无人机在进 行例行巡检时是否安全穗定，也关乎操作规程、飞行安全以及 电力安全有没有达到相关的要求。

①对系统上的所有功能模块进行研究，对无人机各类系统进行集成，达到所有模块能够 自行工作[5|。

②要对大山深处、茂密森林等地方的地理信息进 行采集，分析电磁环境考虑到电力线路是什么样的走向，以及杆 塔上面的有关G P S数据，制定专门用于复杂环境的巡航方案。

4电力巡检无人机通信中继系统的实现出于以上的种种考虑，无人机通信中继系统在山西省电 力公司的努力下，终于研制成功，已经在输电线路的巡检工作 中广泛运用[6]。

一开始，中继无人机起飞的时候，要携带中继设 备，之后在地面计算机控制中心的上面飞行，通过高空飞行，来确保通信范围的更大。

中继无人机飞到天空以后，任务设备 由巡检无人机携带起飞，靠近输电线路这样的低高度飞行，输 电线路方面的信息由红外和高清的照相机在采集。

系统的整 个作业流程:①地面计算机控制中心发出一系列的飞信信号，由中继无人机来进行接收，最后电力巡检无人机作最后一次 接收，这样才能使电力巡检无人机在飞行的时候确保安全;② 图像信息经电力巡检无人机采集后，中继无人机予以接收，这 些图像信息再次被发送，接收方是地面计算机控制中心，根据 这些接收到的图像，电力巡检人员就可以对所有线路情况，进 行实时的分析和识别。

5结语
山西省的地理环境以及天候都是很复杂的，电力巡检难 度较大，从成本上来说，尤其是人力成本居高不下，而且效率 还很低，在无人机进行全方位的巡检时，又往往出现一些诸如 通信信号突然中断这样的问题，对巡检无人机来说，无论是巡 检质量还是飞行安全，都难以保证的。

山西电力公司经过努力 攻关，成功研发出通信中继系统，此系统是专门用于电力巡检 无人机，这样，当无人机巡检作业时，在安全和质量上都有了
保证，总结了关于无人机电力巡检的一系列有价值的经验，这 些经验对于无人机电力巡检所涉及到的一些技术问题，有很 高的参考价值。

参考文献
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[3] 宋福根，林韩，黄俊璞.中继系统在无人机电力巡视中的应用[J].电 力与能源，2015,36(4):554~557■
[4] 叶永桢，李晓毅，谭露.基于无人机的中继通信系统在军事上的应用[J].信息通信，2017(2):212~213.
[5] 孙翔.战场无人机中继通信系统关键技术研究[J].信息系统工程，2015(7)：122-123.
[6] 许强，张巍，张志芳，等.无人机电力巡线中多种中继方式设计与分析[J].电力信息与通信技术，2017(6): 82-87.
收稿日期:2017-9-29
作者简介：丁凯（1989-)，男，助理工程师，大学本科，主要从 事500k V线路运维专业工作。

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