无人机在发射台天馈线系统维护和测试中的应用

黄润升 林 磊 周岗健

1.2.3.国家广电总局东南广播电视维护中心 福建省 福州市 350001

1 引 言

据研究，南方电网公司使用无人机进行巡检工作的业务已经基本成熟，机巡覆盖已不少于80%，广泛开展使用无人机进行巡线、应急救援、灾情查勘等电力作业，实现精益化运维模式转变。相对于电力系统，将无人机应用于中短波天馈线系统大修维护中的发展前景更加广阔。国家广播电视总局所属中短波发射台大多都是分布在沿海和偏远山区，其地形地貌十分复杂，对天馈线系统进行人工巡检时，存在很大的难点。天馈线系统在正常运行过程中，很容易受自然因素、人为因素的影响，使得天馈线系统受到破坏，从而对整个发射机的稳定运行造成影响，因此，需要及时找出天馈线的故障点，并做好故障抢修工作至关重要。将无人机技术应用在巡检中，能极大的提高故障发现率，以下就对无人机在天馈线系统巡检、维保中的应用进行分析。

2 现今无人机在中短波天线的日常巡检中及日常维护中存在的问题

目前大多广播发射台站天线工在日常巡检工作中，依旧停留在步行至天线场地依靠望远镜进行肉眼观察的阶段，毫无利用先进科技的创新思路。然而在使用望远镜进行巡检时需要找到有利地形，且天线场地不能有任何遮挡，因国家广电总局所属广播电台，大多坐落于边远山区，海岛等条件恶劣地区。机房离天线场地甚远，中间多山坡、耕田、水渠、公路、小河、鱼塘等。所以在日常巡检中需要步行至各个有利观察点，故使巡检时间拉长，增加工作量。且长时间的露天作业，容易使作业人员感到疲劳，降低工作效率。故将先进的无人飞行器技术融入广播发射台天馈线系统巡检维护中，是大势所趋。

3 无人机在运用中突显的技术优势

无人机巡检其拥有可精准悬停、不受地形和高度影响、更高效快捷等优点，具有可搭载高清摄像头、红外热成像仪、电磁环境检测仪等特性，非常适用于广播发射台日常巡检、维保等工作中。自2018年国家广电总局东南广播电视维护中心引进无人机以来，就对无人机如何在中短波天馈线系统大修、维护、巡检、测试等方面起到积极作用，做了多项研究和试验。使用无人机对天馈线系统巡检进入常态化阶段，不但降低了巡检人员的劳动强度，同时还降低了高空作业的安全风险，使巡检效率得到了显著提高。在特殊节假日等重要保障期间无人机已经发挥了十分突出的积极作用。因此，无人机的加入对台站天馈线路的巡检和对电台智能化的发展都起到了十分积极的促进作用，将成为台站运行维护不可或缺的重要技术手段。据调查和试验效果分析，大疆经纬M300 RTK搭载禅思H20T高分辨率相机非常适合中短波天馈线的巡检，其拥有55分钟的超长续航能力，及15米/秒的抗风能力，内置的RTK模块，可提供强大的抗电磁干扰能力，可设置65535个航点在线任务录制，利用精准复拍的功能，确保每次自动化巡检都能拍取到同一目标区域的照片，提升了精细化、自动化，达到了准确性的要求。

4 无人机在发射台站中的运用

4.1 无人机在日常巡检中的应用

无人机根据日常巡检人员巡检的线路进行GPS坐标点录制，利用无人机其精准定位和精准复拍功能，在每付天馈线主要观测点设置多个悬停点，进行自动飞行巡检。图1为无人机对中短波天馈线系统进行巡检，巡检结束后，技术人员可通过无人机反馈的高清图片，分析研判有无故障，并为准备相应抢修工具备件提供准确支持。

图1 无人机对中短波天馈线系统进行巡检

图2 无人机发现烧坏的泄放电阻

图3 地面备勤人员进行故障维修

4.2 无人机在突发事件中的应用

在机房突发停机故障后，机房人员与维修室人员必须快速做出反应，机房人员进行机房巡检，天线人员在确定符合无人机飞行要求的天气环境下，利用无人机的自动飞行巡检功能，对停机相应的天线进行有针对性的自动巡检或人工操作巡检的方式，进行故障排查，在无人机巡检期间，可以组织维护班人员做好应急抢修准备，同时根据巡查的结果，制定相应的抢修方案，这样可以大大缩短故障恢复时间，待正常停机检修时，再大范围对其它天馈线系统进行有针对性的检查，为制定维修计划提供有力依据。下例为某中波台发现发射机偶尔出现短暂封锁后又恢复正常状态的情况，因观测角度及故障点在中波铁塔拉线的最高点，台站人员在地面进行巡检时很难发现问题点。东南广电维护中心技术人员在利用无人机进行天馈线巡检时，及时发现距地面120米处4蓬拉线2U绝缘架泄放电阻有烧断现象（图2），地面备勤人员马上进行故障维修（图3）。

4.3 无人机在天馈线系统故障前的应用

固定思维中只有出现故障，才启动应急抢修预案来解决。那么是否可以在故障前进行隐性故障排除呢？传统巡检中，对于天馈线系统的打火、烧断天馈线的故障，只能在晚上用肉眼去观察有无火花来判断。当已经出现火花，就很有可能会出现烧断现象，造成发射机停机事故。在发现故障之前使用无人机巡检，可以用挂载热成像镜头的无人机在发射机工作时对天馈线系统进行热成像扫描，通过设置等温线和高温线，故障点温度相对于正常工作温度较高，所以能很好的发现到有无发热点，在发生打火、烧断前进行故障清除。把被动抢修转变成主动维修。在某中波台利用热成像技术对馈线系统进行巡检（如图4）可以很直观的看到馈线中各个节点的温度有没有很大差异，是否有发热现象。

4.4 无人机在天线场强测试中的应用

4.4.1 场强测试的意义

天线辐射的电磁波的强弱一般用电场强度来表示。信号的场强直接关系到收听收视效果，在广播电视的覆盖区内要求接收信号场强必须达到一定值以上，才能算作有效覆盖。场强大小取决于发射机功率、天馈线系统的损耗和增益、天线安装方式（高度、仰角、下倾角）、收发距离等因素，同时受到电波传播路径上地形地貌、建筑物等影响。收测场强有助于了解信号发射覆盖的效果，对于天线安装架设的质量和运行维护状况提供参考。

图4 热成像模式下的馈线系统

4.4.2 场强测量标准

按照测量场地要求，中波天线要在以天线阵相位中心为圆心的圆周上布点测量。圆周半径不小于1000m，在主向和偏向角度的±10°范围内，增加到1.5°一个测量点，测量点越多越准确。测量点周围环境应平坦，坡度不得大于2°，测量点25米半径内，应无障碍物，远区障碍物仰角不得高于4°。短波天线的场强测量点与天线之间的距离，应为5λ～10λ，圆周不小于500m，沿圆周每3°一个测量点，在主向和偏向角度的±10°范围内，增加到1.5°一个测量点。

4.4.3 场强测试在实际工作中的问题

根据场强的大小，可以判断出天线辐射的方向，天线辐射的方向性包括水平面和垂直面内的方向性，一般近场场强的方向性是测量水平面的方向性，现在以某中波台天线调试进行场强收测时遇到的问题进行解读。

2015年某城市道路建设工程与该台2号天线的2T1发射塔部分地网存在327m交叉重叠问题，对天线系统性能指标产生影响，使得天线的方向图发生畸变，主向发生偏移；天线的效率降低，阻抗发生变化。因此，要先对辐射方向场强进行测量，判断水平面方向性是否偏离，再对主调室、分调室的匹配网络进行调试，最后进行场强的复测。（如图5）

图5

4.4.4 水平方向性测量

根据该台现场的实际情况，结合Google地图进行模拟定位，在对水平面方向性测量时发现，2号中波天线发射主向128°，地处海滩旁边，天线前方2km以外均是滩涂或大海，2km以内是鱼塘。背向308°2km以外是高山，2km以内是农田和村庄。

如果按照测试标准进行测试，受到地形限制，许多测试点无法到达，经实地勘查，只有在主向128°1938m处沿海岸线的一条海堤处有进行测量的条件，最后决定，在主向1938m向两侧每1.5°进行一次测量，测量时使用GPS定位测量点，通过经纬度计算与天线相位中心的距离与角度，最后再使用近场场强测试仪进行测量。测量结果经过统计后发现存在一定的误差。（如图6）

若使用无人机进行测试，无人机本身自带GPS芯片，能通过计算机编程提前计算出各个测试点的坐标和高度，携带场强测试仪后，将测试路线录入无人机系统，无人机就能自行前往测量点进行测量，测量结束返回起飞点，再将测量结果导出就能进行天线辐射的方向性的判断。这样测试的优势是，无人机可以无视地形的影响，飞行速度快，只要前期规划好路线，确保在同一水平面内无障碍物影响无人机的飞行路线。（如图7）

4.4.5 前后比的测量

在被测天线的辐射主向和正后方距离天线几何中心等距离的两点上，用场强仪分别测量出这两点处的场强值，根据公式计算出前后比。

图6

图7

图8

在测量工作中，为了在发射天线主向正前方和正后方，找到便于场强测量的等距离点，必须进行多次现场勘查，并使用GPS随时定位人工能方便进入的测量地点。通过Google地图可以看到，除了正向1938m处能到达之外，只有1200m左右的道路中段处于正向可到达的测量位置，而背向1200m左右是农田，基本符合测量要求，因此只能从中挑出一对可测量的等距离点做前后比的测量。

如果使用无人机进行前后比测量，只要在测量最小距离之外任意一个正向测量点通过坐标计算得出与相位中心的距离进行场强测量，再到背向的等距离点将测得的场强值与正向场强值进行公式计算，就能得出前后比。（如图8）

4.4.6 垂直方向性测量

天线辐射的方向性还包括垂直面内的方向性，一般近场场强的方向性是测量水平面的方向性，垂直面方向性测量非常困难，大都不具备测量条件，因此一般不进行实测。如果使用无人机，在进行水平面的方向性测量并调整之后，就可以进行垂直面内的方向性测量，能更加精确的将广播电视信号发送到覆盖区域，提高发射效率。

4.5 无人机在发现人为破坏广播设备时的应用

我局所属台站的中、短波天线系统，多架设于农田、河流、鱼塘边，在春耕或者秋收时有农户会使用大型机械进行作业，秋收结束后会在天线场区焚烧稻草，会有百姓在河流边钓鱼等，这些操作如有不当会对天馈线系统造成一定的破坏，所以在日常巡检中可使用挂载喊话器的无人机进行场地巡检，对这些有隐患的操作人员进行实时沟通，给他们普及广播发射条例保护法，能及时有效的制止他们对天馈线系统的破坏。

4.6 无人机在灾后评估中的应用

国家广电总局东南广播电视维护中心所属台站分布在中国大江南北，户外的天馈线系统每年都经历着暴雪、暴雨、冰灾、台风等自然灾害的破坏。在自然灾害过后第一时间要对天馈线系统进行巡查评估，确保继续安全播出。自然灾害有可能会对道路、桥梁等进行破坏，传统人工巡检出行受阻并且外出依然存有较大的安全隐患。因此使用无人机进行灾后评估至关重要，无人机可无限制地巡航飞行，保证人身安全的同时，技术人员在屋内就可以清晰的巡查天馈线系统，评估受损情况，制定恢复方案。

4.7 无人机在冰雪灾后故障抢修中的应用

南方的冬天虽不像北方那样白雪飘飘，但是南方的冬天有时会有冻雨的出现，最严重的一次莫过于2008年的南昌冰灾，低温雨雪冰冻天气，一夜之间，不少地方被冰封，对居民生活、道路桥梁、电力系统带来了严重不利影响。图9为国家广电总局东南广播电视维护中心所属某台，天馈线系统受损严重。在启动应急抢修预案后，东南广播电视维护中心抢修人员即刻出发前往现场，为保障传输发射争分夺秒。在后续抢修中，随着温度慢慢上升，铁塔及天线幕上的冰块开始融化坠落。给抢修人员带来了不少安全隐患。如再次面临灾害时，是否还要冒着这样的危险呢？其实可以利用六旋翼无人机携带喷火装置，采用燃烧的方法，对铁塔及天线幕上的冰块进行加热去冰处理，待处理完后再进行抢修，能很大程度上保障了我们抢修人员的人身安全。

图9 被冻雨覆盖的短波天线

5 台站无人机专用控制室的打造设想

在台站至高办公楼中，找一间有阳台，且前方无遮挡的办公室，以一面墙至少能装下2*2拼接屏为佳，窗口处用遮阳帘进行遮光处理，安装一部能与维修室直接对话的对讲机，安装1台电脑，专门用来无人机巡检信息的存储。待每次巡检时，可用对讲机通知维修室人员把无人机放到指定起飞降落地点，开机进行自动巡检。一人或多人在控制室里可使用无人机实时图传功能投屏到大屏幕上，利用高清的大屏进行身临其境的巡检。有发现问题可记录下来，利用对讲机通知维修室人员准备相应的维修预案。在有其它突发事件发生时，无人机操作人员可在阳台上利用遥控器临时接管无人机控制权，再进行相应操作。无人机专用控制室能作为日常无人机及无人机挂载仪器的保养存放场所，也能根据季节特点、特殊节假日做出的加强性、防范性及针对性巡检的临时观测场地。

6 总 结

天馈线系统的运行状态对整个广播发射的持续运行有十分重要的意义，做好天馈线系统的巡检工作是十分重要的，将无人机技术应用在巡检、维保中能有效地提高巡检效率，提高安全播出的可靠性，因此，在实际工作中，要加大无人机巡检技术的应用，从而确保电台的安全传输发射。