盲区输电线路巡检系统、方法和介质与流程

1.本发明涉及盲区输电线路巡检技术领域，尤其是涉及盲区输电线路巡检系统、方法和介质。


背景技术：

2.在电力行业，常采用无人机的方式来实施输电线路的环境监控。但电网存在“点多面广”的特点，并且沿线自然环境复杂，这就导致通信网络的建设难度较大，目前部分电网沿线仍没有覆盖网络。进一步的，这也导致无人机无法接入网络，无法进行电网的智能控制、立体化巡检，并且也无法回传电网的监测数据。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提供盲区输电线路巡检系统、方法和介质，以解决盲区输电线路巡检困难的问题。
4.一种盲区输电线路巡检系统，所述盲区输电线路巡检系统包括：基站、网关、相控阵天线及无人机；
5.所述基站，用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络；其中，所述网络覆盖范围内的区域部署有所述网关及所述相控阵天线；
6.所述相控阵天线通过所述网关接入所述通信网络，用于将所述通信网络延伸覆盖至盲区输电线路；其中，所述盲区输电线路位于所述网络覆盖范围内的区域之外；
7.所述无人机，通过微波与所述相控阵天线建立通信链路，以接入延伸覆盖后的通信网络，用于基于延伸覆盖后的通信网络对所述盲区输电线路进行巡检。
8.在其中一个实施例中，所述基站为5g基站，用于通过延伸覆盖后的5g通信网络为所述盲区输电线路的巡检提供切片服务。
9.在其中一个实施例中，所述相控阵天线为固定式相控阵天线，所述固定式相控阵天线固定部署于所述网络覆盖范围内的区域中的任意一个位置。
10.在其中一个实施例中，所述相控阵天线为车载移动式相控阵天线，所述车载移动式相控阵天线的移动范围为所述网络覆盖范围内的区域。
11.在其中一个实施例中，在所述无人机飞行的过程中，所述相控阵天线向所述无人机发射的天线波束持续切换角度。
12.一种盲区输电线路巡检方法，应用于上述盲区输电线路巡检系统，所述方法，包括：
13.向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过所述相控阵天线将所述通信网络延伸覆盖至所述盲区输电线路；
14.通过覆盖后的通信网络控制接入的无人机对所述盲区输电线路进行巡检。
15.在其中一个实施例中，所述方法，还包括：通过延伸覆盖后的5g通信网络为所述盲区输电线路的巡检提供切片服务。
16.在其中一个实施例中，还包括：在所述无人机飞行的过程中，控制所述相控阵天线向所述无人机发射的天线波束持续切换角度。
17.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述盲区输电线路巡检方法的步骤。
18.本发明提供了盲区输电线路巡检系统、方法和介质，通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线，利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路，这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过微波与无人机建立无线通信链路，利用无人机实现盲区输电线路的智能化快速巡检，这样就能实现电网的智能化控制、立体化巡检，以及及时回传电网的监测数据。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.其中：
21.图1为一个实施例中盲区输电线路巡检系统的示意图；
22.图2为一个实施例中盲区输电线路巡检方法的流程示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在电力行业，常采用无人机的方式来实施输电线路的环境监控。但电网存在“点多面广”的特点，并且沿线自然环境复杂，这就导致通信网络的建设难度较大，目前部分电网沿线仍没有覆盖网络。进一步的，这也导致无人机无法接入网络，无法进行电网的智能控制、立体化巡检，并且也无法回传电网的监测数据。针对该情况，提出了以下解决方案。
25.如图1所示，图1为一个实施例中盲区输电线路巡检系统的示意图，该盲区输电线路巡检系统包括：基站100、网关(未示出)、相控阵天线200及无人机300。该盲区输电线路巡检系统可将网络延伸覆盖至盲区输电线路400，并通过接入网络的无人机300来对盲区输电线路400进行巡检。
26.其中，在该盲区输电线路巡检系统中，各个组件实现如下功能：
27.本实施例中的基站，用于向网络覆盖范围内的区域提供通信网络。
28.具体的来说，基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过通信交换中心，与终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。基站可用来保证终端可以随时随地保持着有网络，但基站的网络覆盖范围有限，4g基站的覆盖半径约为1-3公里，5g基站的覆盖半径仅为几百米。如图1所示，网络覆盖范围也即圆圈所指示的范围。
29.在基于提供的通信网络传输前向信号时，也即对无人机进行控制时，首先，核心网
侧的控制信号、语音呼叫信号或携带数据业务信息的信号通过通信网络发送到基站；其次，这些信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射；最后，终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。而传输反向信号时，也即获取无人机的监测数据时，与前向流程方向相反，但原理相似。
30.本实施例中的网关及相控阵天线部署于网络覆盖范围内的区域，相控阵天线通过网关接入通信网络，用于将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路。
31.具体的来说，网关又称网间连接器、协议转换器，是一种充当转换重任的计算机系统或设备。网关在网络层以上实现网络互连，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间。本实施例中，网关部署于网络覆盖范围内的区域，用于将相控阵天线接入网络。
32.相控阵天线则是组装在一起的天线阵元的集合，其基本功能是发射和接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。
33.本实施例中，相控阵天线可选用固定式相控阵天线，该固定式相控阵天线固定部署于网络覆盖范围内的区域中的任意一个位置。通常来说，一般部署于相对较高的位置，这样网络延伸的效果更佳，例如建筑物顶端。
34.本实施例中，相控阵天线也可选用车载移动式相控阵天线，车载移动式相控阵天线的移动范围为网络覆盖范围内的区域。一般可以设定为，移动式相控阵天线与无人机同步运动，从而保证信号的相对稳定。
35.相控阵天线对通信网络进行延伸覆盖取决于天线增益。而天线增益是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣宽度越窄，副瓣宽度越小，增益越高。
36.我们可以通过阵因子来计算相控阵波束宽度θ
bw
，计算公式为：
[0037][0038]
其中,为波束宽度因子,λ是波长，n是线性阵元数,为阵元间距，θ0是扫描角,也就是波束指向方向。
[0039]
可以看出当天线口径(nd)越大，也就是阵元数越多，阵元间距越大，波束越窄；也可以理解为线阵越长，波束宽度就越窄，天线增益就越大。
[0040]
随着扫描角度θ0的增大，波束宽度会变宽，扫描角正负60度时，其余弦值为1/2，相比于0度时增大了一倍；随着扫描角度的增加，不仅仅是波束宽度会恶化，天线增益也会恶化。通常一般不大于正负60度。
[0041]
还可以看出在天线口径不变的情况下，波长越长，波束宽度越大；因此更适合使用波长短的更高频段，以便获得更窄的波束。
[0042]
通过设计，本实施例中的相控阵天线通信网络延伸覆盖至20公里外的盲区输电线路。
[0043]
本实施例中的无人机，通过微波与相控阵天线建立通信链路，以接入延伸覆盖后的通信网络，用于基于延伸覆盖后的通信网络对盲区输电线路进行巡检。
[0044]
本实施例中，在相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路后，无人机通过
微波与相控阵天线建立通信链路，从而接入延伸覆盖后的通信网络。具体的来说，微波的频段为300mhz-3000ghz，因为微波链路有更高的可用带宽，可传输视频画面，它所采用的高带宽和高增益天线抗干扰性能良好，因此选用微波建立通信链路。
[0045]
巡检的过程为：无人机在自动机场实现释放与回收，并进行换电池与充电。无人机搭载有可变焦摄像头与激光雷达，可进行风机全自主路径规划与图像及视频拍摄。因接入了网络，后端控制中心可调度无人机与机场，并获取实时的图像及视频。
[0046]
此外，在无人机飞行的过程中，相控阵天线向无人机发射的天线波束还需持续切换角度，从而实现通信稳定。
[0047]
可选的，该切换角度的方法包括：1)对相控阵天线进行天线波控参数配置，包含阵面通道分布、dx坐标、dy坐标、频率划分、波束地址以及波控协议。
[0048]
2)根据相控阵天线的相位计算公式和步骤1中的波控配置参数，通过上位机软件生成各个通道的理论相位，并将理论相位算出的值归一化到0～360
°
之间，再加上阵面校准幅相，得到各个通道的幅相，并根据芯片的换算公式计算出波束需要的频率和角度；
[0049]
3)建立上位机与天线分机之间的通信连接；
[0050]
4)在每次烧写程序前擦除天线分机上的flash数据，保证烧写数据的正确性；
[0051]
5)重新启动天线分机；
[0052]
6)向flash中烧写存储各个波束数据的起始地址；
[0053]
7)根据波束的起始地址，向该地址写入波束数据；
[0054]
8)天线上电后，可编程阵列逻辑处理芯片的程序会将波束数据起始地址初始化到随机存取存储器中，以备波束控制时使用；
[0055]
9)天线分机接收到波束的频率和角度时，根据波束和角度从随机存取存储器中查询该波束的起始地址：
[0056]
10)根据得到的波束数据的起始地址，连续读取阵面通道的数个数据，该数据则为该波束需要的数据；
[0057]
11)将读取的波束数据写入到对应的芯片中；
[0058]
12)最后通过芯片的信号控制该芯片的输出电压值，以实现波束切换。
[0059]
可见，上述盲区输电线路巡检系统通过在基站的网络覆盖范围内架设相控阵天线，利用相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路，这样就能在相对较小的建设难度下实现通信网络的全面覆盖。并且通过微波与无人机建立无线通信链路，利用无人机实现盲区输电线路的智能化快速巡检，这样就能实现电网的智能化控制、立体化巡检，以及及时回传电网的监测数据。
[0060]
在一个具体实施例中，上述基站为5g基站，用于通过延伸覆盖后的5g通信网络为盲区输电线路的巡检提供切片服务。
[0061]
具体的来说，切片服务，就是把5g网络分成“很多片”，每一片满足不同的需求。为了实现网络切片，网络功能虚拟化(network function virtualization，nfv)是先决条件。本质上讲，所谓nfv，就是将网络中的专用设备的软硬件功能(比如核心网中的网络节点和策略与计费规则功能单元，无线接入网中的数字单元)转移到虚拟主机(virtual machines，vms)上。这些虚拟主机是基于行业标准的商用服务器，它们是商用现成产品，低成本且安装简便。简单的说，就是用基于行业标准的服务器、存储和网络设备，来取代网络
中的专用的网元设备。
[0062]
网络经过功能虚拟化后，无线接入网部分叫边缘云(edge cloud)，而核心网部分叫核心云(core cloud)。边缘云中的vms和核心云中的vms，通过软件定义网络(software defined network，sdn)互联互通。
[0063]
这样，网络采用nfv和sdn后，执行切片就非常容易了，像切面包一样水平将网络“切”成多个虚拟子网络(片)。由于切片服务能提供较高水准的网络带宽、时延、连接能力、数据安全隔离及定制网服务的能力，因此可以进一步开展电网信息采集、测量、控制、保护、计量和山火监测等工作。
[0064]
如图2所示，还提出了一种盲区输电线路巡检方法，应用于上述盲区输电线路巡检系统，该方法，包括：
[0065]
步骤202，向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路。
[0066]
步骤204，通过覆盖后的通信网络控制接入的无人机对盲区输电线路进行巡检。
[0067]
在其中一个实施例中，该方法，还包括：通过延伸覆盖后的5g通信网络为盲区输电线路的巡检提供切片服务。
[0068]
在其中一个实施例中，该方法，还包括：在无人机飞行的过程中，控制相控阵天线向无人机发射的天线波束持续切换角度。
[0069]
一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
[0070]
向网络覆盖范围内的区域提供通信网络，并通过相控阵天线将通信网络延伸覆盖至盲区输电线路；
[0071]
通过覆盖后的通信网络控制接入的无人机对盲区输电线路进行巡检。
[0072]
在其中一个实施例中，还执行以下步骤：通过延伸覆盖后的5g通信网络为盲区输电线路的巡检提供切片服务。
[0073]
在其中一个实施例中，还执行以下步骤：在无人机飞行的过程中，控制相控阵天线向无人机发射的天线波束持续切换角度。
[0074]
需要说明的是，上述盲区输电线路巡检系统、方法和介质属于一个总的发明构思，盲区输电线路巡检系统、方法和介质实施例中的内容可相互适用。
[0075]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0076]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例
中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0077]
以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。