基于5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用

廖振陸

摘要：隨著我國經濟發(fā)展和人民生活水平的提高，對于電力能源的需求也逐年增加，輸電線路作為電力能源傳輸的重要載體，國家電網公司和南方電網公司也加快輸電線路的建設，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，但輸電線路運維現(xiàn)狀不容樂觀。現(xiàn)有輸電線路運維人員缺口較大，且傳統(tǒng)人工巡檢模式存在巡檢工作強度高、效率低、效果差的問題，加之輸電線路多位于遠離城鎮(zhèn)、遠離交通干線、人煙稀少的高山大嶺地區(qū)，需要特巡特維的任務日益增多，輸電線路巡檢工作面臨的問題日益突出。近年來，電力公司積極采用新型運維方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢，其中無人機巡檢在輸電線路巡檢中應用較為廣泛，其靈活性強、操作難度低、巡檢效率高、受地域環(huán)境影響小等優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，但隨著實際的應用，其數據傳輸速率、人員操控、操控范圍等方面的短板也逐漸暴露。目前5G網絡的建設初見成效，基于5G的無人機技術也應用于輸電線路，彌補了無人機應用存在的短板，從而解鎖更多無人機在輸電線路領域的應用場景。

關鍵詞：5G技術;無人機;輸電線路;巡檢;應用

1.5G+無人機”的技術特點

相對于傳統(tǒng)的無人機來說，“5G+無人機”最大的優(yōu)勢在于，為無人機產品提供了高速率、低功耗、低時延的5G網絡支撐，這對于改善無人機圖像信息傳輸質量和增強無人機的遠距離控制極為重要。傳統(tǒng)類型的無人機產品，一般使用2.4GHz、5.8GHz頻段無線電頻率進行數據傳輸，由遙控端和無人機之間直接進行數據傳輸，信號很容易受到周圍環(huán)境的干擾和影響。使用了5G網絡的無人機產品，一方面，能夠利用大規(guī)模多輸入多輸出（mMIMO）技術對信號進行波束賦形，實現(xiàn)信號在水平方向和垂直方向的動態(tài)調整，以增強信號的指向性;另一方面，利用移動邊緣計算技術（MEC）和網絡切片技術，將移動接入網與互聯(lián)網業(yè)務深度融合并有效進行網絡資源的配置，為無人機產品提供高質量的網絡服務;而隨著5G網絡的廣泛覆蓋，更有助于實現(xiàn)對使用5G網絡無人機的遠程控制。

2.基于5G技術在輸電線路無人機巡檢的應用

通過對無人機巡檢的需求和5G網絡技術的研究，結合無人機巡檢的經驗，開發(fā)出輸電線路無人機巡檢平臺，平臺利用人工智能、大數據、云計算、物聯(lián)網等先進技術，集成輸電專業(yè)無人機微應用，同時深度融入運檢業(yè)務，根據實際需求實現(xiàn)全自動巡檢、VR巡檢和智能聯(lián)動等功能。

2.1輸電線路無人機巡檢平臺系統(tǒng)架構

輸電線路無人機巡檢平臺系統(tǒng)架構由感知層、網絡層、平臺層和應用層4部分組成。1）感知層。通過無人機及其搭載設備實現(xiàn)圖像信息和傳感信息的采集與匯聚，具備邊緣計算和區(qū)域自治能力，實現(xiàn)設備采集信息的就地預處理。2）網絡層。即5G網絡節(jié)點組成全覆蓋的5G應用網絡，為無人機及其搭載設備提供高可靠、高安全、高帶寬的數據傳輸通道。3）平臺層。其將設備管理的專業(yè)業(yè)務、數據、物聯(lián)等共性需求沉淀封裝成共享服務，支撐前端應用創(chuàng)新，包括電網資源業(yè)務中臺、數據中臺和物聯(lián)管理平臺。4）應用層。該層基于業(yè)務中臺和數據中臺統(tǒng)一服務，在統(tǒng)一數據模型、技術標準和框架下實現(xiàn)輸電專業(yè)各類微應用建設。

2.2輸電線路無人機巡檢平臺功能設計

本平臺作為基于5G網絡的新型無人機巡檢平臺，設計了首頁、狀態(tài)概覽、巡線管理、無人機巡線、信息管理、資產管理和系統(tǒng)管理7類功能，實現(xiàn)線路管理、設備管理、權限管理、任務管理等管理需求，且提供無人機巡檢的操作及監(jiān)控能力，同時首頁為大屏展示，提供實時圖像、數據、告警信息、線路地圖等信息的展示。1）首頁。首頁為大屏展示功能，可以提供巡線實時場景展示、多線路多圖層可視化展示等圖像展示功能，同時還可以提供安全運行天數統(tǒng)計、危險點統(tǒng)計、今日巡檢任務統(tǒng)計、無人機巡檢占比統(tǒng)計、本周巡檢任務統(tǒng)計、實時告警及統(tǒng)計等信息的圖表展示功能。2）狀態(tài)概覽。提供狀態(tài)信息的可視化查看功能，提供線路地圖的多圖層展示，并通過點擊圖層內線路、無人機等圖標，實現(xiàn)線路基本信息、桿塔基本信息、業(yè)務告警信息、無人機信息、搭載設備信息、無人機位置信息等信息的查看和顯示功能。3）巡線管理。主要提供基礎參數配置、巡檢軌跡管理、任務管理、巡線記錄和巡線報告等功能，主要為運維人員提供參數、無人機軌跡、任務的設置界面和巡線記錄、巡線報告的查詢界面。4）無人機巡線。主要提供全自動巡檢、VR巡檢和智能聯(lián)動的操作和實時監(jiān)控功能。5）信息管理。信息管理主要提供以關鍵詞、線路、桿塔等信息為篩選條件的搜索功能，實現(xiàn)無人機信息、搭載設備信息、電池信息和告警信息的查詢。6）資產管理。主要提供輸電線路整套系統(tǒng)硬件設備的管理工作，實現(xiàn)線路、桿塔和無人機的基礎信息的全周期綜合管理。7）系統(tǒng)管理。提供平臺基本的數據配置、系統(tǒng)設置、權限管理和系統(tǒng)日志管理等功能。

2.3功能應用

2.3.1無人機全自動巡檢

利用5G無人機的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)無人化的全自動巡檢。整套無人機巡檢裝置包括：5G無人機、全自動機場及在無人機上搭載高倍攝像頭、激光、紅外線熱成像吊艙、電池等設備。同輸電線路無人機巡檢平臺相結合，可以實現(xiàn)無人機全自動巡檢。通過輸電線路無人機巡檢平臺，對無人機進行人工遠程操控，記錄無人機飛行軌跡及操作動作流程，同時將輸電線路以每條線路為基礎建立巡檢任務。巡檢任務的內容包括線路名稱、線路所屬運維小組、巡檢頻率和巡檢位置等信息。當無人機接到巡檢平臺下達的巡檢指令后，立即從全自動機場起飛，按照存儲的飛行軌跡和操作動作指令，完成本次全部飛行任務和操作動作，此過程中無人機可以在線路中間的臨時停機場完成電池的自動更換，以達到長時間、長距離巡檢的巡檢要求。一般情況下，無人機搭載的高倍攝像頭完成對輸電線路及其周邊環(huán)境所有關注細節(jié)的拍攝工作，將高清照片或視頻通過5G網絡傳輸至邊緣物聯(lián)代理，由邊緣物聯(lián)代理實現(xiàn)對圖像數據的智能識別，然后將分析結果上傳至巡檢平臺，并自動生成巡檢報告從而完成整個全自動巡檢任務。同時無人機還可以搭載激光設備，以月或季度為周期，利用激光點云技術完成對輸電線路及其周邊的掃描，并通過5G網絡將數據上傳至巡檢平臺，由巡檢平臺對上傳數據進行分析、處理，自動生成巡檢報告，實現(xiàn)對輸電線路及其周邊環(huán)境的安全評估。

2.3.2無人機VR巡檢

由于邊緣物聯(lián)代理智能識別準確率和識別場景的限制，運維人員需要對存在問題的圖片和視頻進行二次審核，同時需要確認輸電線路現(xiàn)場情況，此時可以利用VR技術，通過5G網絡對無人機進行遠程操控，實現(xiàn)無人機VR巡檢。為實現(xiàn)無人機VR巡檢，在無人機上搭載360°全景攝像頭。利用5G網絡高速度、大帶寬、低延時、高精度的特點，運維人員可以在中心機房通過輸電線路無人機巡檢平臺，對無人機進行遠程操控，同時運維人員需要佩戴VR眼鏡，通過5G網絡使現(xiàn)場拍攝視頻與VR眼鏡實現(xiàn)同步，自由的進行全方位多角度觀看，使運維人員能夠身臨其境的對輸電線路的每個細節(jié)進行巡查，并對周圍環(huán)境進行評估。

2.3.3無人機智能聯(lián)動

無人機智能聯(lián)動是指無人機與桿塔上圖像監(jiān)測裝置結合，當圖像監(jiān)測裝置檢測到有問題時，通過平臺間數據共享觸發(fā)智能聯(lián)動機制，控制無人機自動進行清障、喊話等操作，保障輸電線路運行安全。當無人機巡檢平臺接到可視化平臺推送的通道異物告警后，巡檢平臺將異物位置信息發(fā)送到無人機，同時給無人機發(fā)送清障指令，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載激光清障器和高清攝像頭，利用5G通信高帶寬、低延時、高精度的特點，準確到達異物位置，并鎖定異物，高能激光束射到目標異物，通過光熱作用將架空線路上的漂浮型異物部位吸收激光導致局部溫度急劇升高后熔化或氣化，從而掉落。同理，當輸電線路下方出現(xiàn)未經批準的非法施工或經過超高車輛后，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載喊話裝置和高清攝像頭，快速到達指定位置，對下方施工人員或車輛司機進行喊話，勒令其停止施工或駛離，并進行錄像保存證據，并將視頻實時回傳至無人機巡檢平臺，運維人員可以通過現(xiàn)場視頻進行備案和責任追尋。

3.結語

針對無人機在輸電線路巡檢方面的短板，本文提出利用5G技術的高速度、大帶寬、低延時、廣連接的特點，解決目前無人機巡檢存在的精度低、帶寬小、高延時和操控范圍小等痛點，同時與其他監(jiān)測設備進行數據共享，實現(xiàn)智能聯(lián)動等相關高級應用。目前5G覆蓋范圍較小，尤其是輸電線路橫跨的偏遠地區(qū)，電力公司可以通過與運營商合作加強5G在電網領域的建設，同時也可以建立小型基站，建立5G專網，利用5G切片技術按需分配，優(yōu)化網絡使用環(huán)境。隨著5G網絡的全覆蓋以及相關技術的成熟，5G無人機可以大范圍應用于輸電線路巡檢領域，使輸電線路巡檢擺脫環(huán)境、地域和人員等傳統(tǒng)巡檢方式限制，較大程度上提高工作效率，同時保障外破、缺陷等問題的及時發(fā)現(xiàn)。電力公司還可以利用巡檢過程中積累的大量數據進行數據共享，繼而大數據分析，優(yōu)化巡檢任務，提升邊緣計算能力，進一步提升輸電線路巡檢自動化水平，同時促進輸電線路巡檢的數字化轉型。

參考文獻

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