摘 要：近年來，隨著無人機在電力巡檢中應用的越來越廣泛，無人機的安全問題越來越突出。分析了電力巡檢中無人機存在的安全問題，對其風險因素進行了分析，對電力巡檢無人機安全技術的原理、構思及實現(xiàn)方式進行討論，并針對其風險因素的應對方式進行了淺析。

關鍵詞：無人機；電力巡檢；安全防護

中圖分類號：V243.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0248-02

1 引 言

無人機電力巡檢是無人機行業(yè)的重要應用領域，隨著無人機技術的成熟和發(fā)展，無人機電力巡檢逐漸成為現(xiàn)實。如今無人機巡檢的工作效率是原來人工巡檢的8～10倍，電力巡檢工每天的工作效率有了質的提升，也大大降低了巡檢人員的作業(yè)風險。盡管無人機代替人工執(zhí)行電力巡檢有諸多優(yōu)越性，但電力行業(yè)關系國家經濟民生安全，電網屬于國家戰(zhàn)略資源，無人機在巡檢信息傳輸?shù)倪^程中，就很容易導致電力信息的泄露或者無人機被劫持誘騙，所以如何保證國家戰(zhàn)略資源的安全，引起了國家有關部門的高度重視[1]。

2 無人機使用中存在的安全問題

近年來越來越多的無人機安全事件出現(xiàn)，不僅會泄露公司敏感數(shù)據(jù)，也會對電網財產造成重大的安全隱患。電力巡檢專用無人機在其控制流程中的每一部分都可能出現(xiàn)安全隱患，如：傳感器GPS數(shù)據(jù)欺騙風險，數(shù)據(jù)鏈路和身份認證風險，線路碰撞風險，無人機安全管控風險。我們將無人機系統(tǒng)安全主要分為信息安全和物理安全兩大方面：①信息安全防護包括無人機傳感器、GPS安全、無人機終端安全、無人機鏈路安全和無人機地面站安全。②物理安全防護包括防碰撞、防雷電、無人機與電線、無人機與鳥類的碰撞等。

3 安全問題原因分析

電力無人機的安全問題可以分為無人機終端安全和設備碰撞安全兩部分。前者主要指無人機在正常操作過程中各個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的信息安全隱患，而線路設備安全主要是指無人機可能對電力設備產生的碰撞安全。圖1給出了無人機系統(tǒng)的組成。無人機信息傳輸過程中，不透明不可控可能導致信息泄露、導航系統(tǒng)和傳感器欺騙導致無人機被劫持誘騙[2]。

4 無人機巡檢安全防護的風險分析

（1）對無人機奪取無線電控制的風險

伴隨著消費級無人機的逐漸普及，政府不得不采取一些強硬手段，來保障低空領域安全。政府通常采用一個接收器來追蹤并確定無人機，使用足夠強大的電子信號照射無人機，奪取其無線電控制。

同時，政府為了避免自我的無人機被對方操縱，科研部門希望借助阻截無人機使用的傳輸代碼，進而控制這臺無人機，而將其引導返航，回歸到操作者手中[3]。

（2）對無人機進行聲波干擾的風險

陀螺儀是無人機中的關鍵組件，功能是提供機體傾斜、旋轉及方向角度等信息，以保持機體平衡。通過對陀螺儀進行共振測試，發(fā)現(xiàn)可利用聲波使陀螺儀發(fā)生共振，從而擾亂無人機的平穩(wěn)飛行，輸出錯誤信息，從而導致無人機墜落。

（3）無人機信號干擾的風險

無人機無法獲得足夠精確的自身坐標數(shù)據(jù)。因此，各國無人機的飛行控制均采用GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)與慣性導航系統(tǒng)相結合的方式。無人機在照相時還需要知道自己的精確位置，因此無人機上安裝了GPS信號接收機。

正是如此，無人機的GPS信號接收機容易遭受電子干擾，導致無人機只能依靠基于陀螺儀的慣性導航系統(tǒng)，無法獲得足夠精確的自身坐標數(shù)據(jù)。如果沒有精確的地形連測，借助于照相機和攝像機獲得的情報將沒有任何價值，此時的無人機頂多是一臺會飛的相機，無論是從軍事角度，還是從民用的測繪角度，都意味著損失。

（4）黑客滲透攻擊的風險

黑客們通過無人機內置的Wi-Fi網絡和開放的遠程端口，向無人機的實時操作系統(tǒng)發(fā)起的攻擊。通過Wi-Fi網絡，攻擊者可以斷開無人機擁有者的FreeFlight控制應用并使之與自己配對，然后獲得完整的控制權限。甚至，黑客們還能通過Bebop模型，將正在天上飛的無人機“一鍵拿下”。連接到目標無人機之后，獲得了訪問控制器的root權限，隨后自然是可以肆意地進行破壞，甚至讓無人機直接掉到地上。

5 無人機系統(tǒng)組成與安全防護的關系

無人機系統(tǒng)包括終端安全、反GPS欺騙、基于激光雷達和毫米波雷達的無人機高壓線路、桿塔探測、電力專用無人機安全標準、基于全國產“龍芯”、“申威”等通用CPU的無人機飛行控制與任務等。實際上這些內容都是圍繞無人機展開的。下面主要介紹無人機的相關組成，從中可以看到以上研究內容和無人機的關系[4]。

旋翼無人機的系統(tǒng)組成如圖3所示，包括無人機自主飛行控制系統(tǒng)，其中含有飛控系統(tǒng)、電機、電調、遙控接收機、姿態(tài)參考系統(tǒng)、導航定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和任務執(zhí)行系統(tǒng)，同時，還需要地面控制臺、圖傳地面顯示系統(tǒng)、遙控裝置。

下面介紹每部分的功能和作用：

飛控系統(tǒng)：無人機的控制中心，接收各個傳感器的信息并運算，連接其他各模塊的為一個整體；（基于國產通用CPU的無人機飛行控制與任務）。

電機：無人機執(zhí)行機構，為無人機提供動力；（電力專用無人機安全標準）。

電調：驅動控制設備，為無人機提供能量轉換，接收飛控系統(tǒng)的直接命令；（電力專用無人機安全標準）。

遙控接收機：接收遙控裝置的命令并發(fā)送給飛控系統(tǒng)；（終端安全）。

姿態(tài)參考系統(tǒng)：給飛控系統(tǒng)反饋當前無人機的準確實時姿態(tài)，為飛控系統(tǒng)提供動力反饋提供支持；（電力專用無人機安全標準）。

導航定位系統(tǒng)：如GPS、RTK等定位設備，可以給飛控系統(tǒng)提供當前無人機的實時位置；（反GPS欺騙）。

通信系統(tǒng)：飛控系統(tǒng)與地面站控制臺之間相互通信的設備及通信協(xié)議，飛控系統(tǒng)可以發(fā)送無人機當前的實時狀態(tài)同時也可以接受地面控制臺的控制指令，而通信系統(tǒng)就是兩者之間的橋梁；（終端安全、電力專用無人機安全標準）。

圖傳地面顯示系統(tǒng)：接收無人機機載攝像機當前所拍攝圖像，并在地面端實時顯示；（高壓線路、桿塔探測）。

遙控裝置：給接收機發(fā)送控制信號，飛控系統(tǒng)解算后執(zhí)行相應命令。（終端安全）。

6 無人機系統(tǒng)安全防護的方式淺析

（1）無人機航跡規(guī)劃與避撞

由于無人機領域的發(fā)展，各類避撞、航跡規(guī)劃算法層出不窮。動態(tài)航跡規(guī)劃的目的是根據(jù)飛行器的位置、任務要求和周圍環(huán)境的情況實時設定每架飛機的飛行路徑，確保飛機可以躲避飛行區(qū)域中的障礙物并且完成指定任務[5]。

我們基于A*搜索、遺傳、模擬退火、蟻群、粒子群、勢能函數(shù)等通用優(yōu)化算法進行研究，可以提出一套完備的適用于低空復雜空域的動態(tài)避撞算法。在實際應用中，考慮到計算復雜度和實用性的關系，本項目擬采用結合勢能函數(shù)和增強學習的方法來做無人機航跡規(guī)劃。

基于勢能函數(shù)的算法主要借鑒物理勢場的原理，將飛行器在環(huán)境中的運動視為一種在虛擬人工受力場中的運動。勢場中存在引力極和斥力極，其中目標點對飛行器產生的是引力，障礙物對飛行器產生的是斥力，最后通過求合力來控制飛行器的運動。該方法的優(yōu)點是相對于空間法更適合于動態(tài)環(huán)境，缺點是缺乏全局信息，不能處理局部極小值，如圖4所示。

（2）基于TPM的可信計算

可信計算的核心是稱為TPM（TrustedPlatformModule）（可信平臺模塊）的安全芯片，作為可信計算技術的核心，TPM被業(yè)內喻為安全PC產業(yè)鏈的“信任原點”，旨在將PC變成一個安全可信的計算平臺。在實際應用中，TPM安全芯片被嵌入到PC主板之上。

7 結束語

隨著經濟社會的發(fā)展，發(fā)電量與用電量逐年上升，國家能源局等對電力安全可靠性提出新要求，電力巡檢關系電力安全可靠性與國計民生，戰(zhàn)略地位與實際剛性需求突出。隨著無人機巡檢應用的廣泛深入，保護戰(zhàn)略資源的安全，開展各種防干擾手段對其的影響研究以及干擾監(jiān)測設備的研究都變得越來越緊迫。

參考文獻

[1]陸 璐.國家電網無人機電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關鍵技術研究[J].科技尚品，2016（10）.

[2]劉 勇，陳海濱，劉 方.基建現(xiàn)場巡檢無人機智能感知系統(tǒng)的研究與應用[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018（15）.

[3]李 棟.基于無人機視覺的輸電線路安全距離巡檢系統(tǒng)研究[D].廣西大學，2016.

[4]張昌賽，劉正軍，楊樹文，等.大型無人機輸電線路巡檢數(shù)據(jù)采集與處理關鍵技術[J].測繪通報，2017（s1）：136～139.

[5]張澤浩.基于動態(tài)貝葉斯網絡的無人機巡檢輸電線路故障診斷研究[D].華北電力大學（北京），2016.

收稿日期：2018-11-13

作者簡介：朱 敏（1992-），男，助理工程師，本科，主要從事信息安全工作。

羅 晨（1990-），男，助理工程師，研究生，主要從事信息運維工作。

毛幼軍（1970-），男，高級工程師，本科，主要從事信息系統(tǒng)管理工作。