5G通信技術在輸電線路在線監測系統中的應用

宰紅斌　高慧勇　王昊　任靚　李亞亮

關鍵詞： 5G 通信技術 輸電線路 在線監測 網絡覆蓋

中圖分類號： TM91 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0064-04

傳統的線路巡檢方法存在一些問題，如重點區域和施工區域的輸電通道無法實現立體巡檢、線路運行風險較高等。及時發現輸電通道的環境威脅以及高風險目標的自動識別是關鍵問題。為解決這些問題，本項目利用自有5G 網絡，實現輸電線路的立體巡檢和環境監測，并有效減少了安全風險，提高了線路的可靠性。項目實施后，基于自有5G 網絡，具備傳輸速率高、帶寬大和安全的特點。首先，它為現有的外網監測設備提供了高速穩定的網絡傳輸通道，從而滿足了精準化巡檢、無人機機巢建設、通道三維立體化巡檢、新型智能技術應用和線路智能運維等方面的需求。其次，5G 網絡改善了現有設備的精準性和及時性，為排查隱患、及時搶修和現場協作等提供了可靠的信息網絡支持。最后，自有5G 網絡還為后續的在線監測全覆蓋、線路通道環境大數據的完善及人工智能輸電的發展奠定了信息網絡基礎。基于5G 專網下固定移動機巢模塊的建設，可以對周圍可覆蓋區域的本系統設備進行巡視監控，并為搶險救災提供支援。

1 5G通信技術在輸電線路在線監測系統中的重要意義和價值

5G 通信技術在輸電線路在線監測系統中具有重要的意義和價值，其在傳輸速率、覆蓋范圍、網絡連接穩定性等方面的優勢為實現高效、可靠的線路監測提供了關鍵支持。首先，5G 通信技術的高速傳輸能力是其在輸電線路在線監測系統中的重要優勢之一。5G 網絡的傳輸速率遠超過了傳統網絡技術，能夠以更快的速度傳輸監測數據，實現實時的線路狀態監測和故障定位。這種高速傳輸能力使監測數據可以及時傳送到監測中心，快速反應和響應線路異常情況，提高線路故障處理的效率和準確性［1］。其次，5G 通信技術具備廣闊的覆蓋范圍，可以在更大范圍內實現線路監測的全面覆蓋。傳統的線路監測系統往往受限于網絡覆蓋范圍的限制，導致部分區域無法進行有效監測。而5G 網絡的高覆蓋能力可以解決這一問題，使監測系統能夠覆蓋更廣泛的輸電線路，從而實現對整個線路網絡的實時監測和管理。此外，5G 通信技術的網絡連接穩定性也是其在輸電線路在線監測系統中的重要特點之一。傳統網絡技術往往存在連接不穩定、容易中斷的問題，影響了數據的實時傳輸和監測系統的可靠性。而5G 網絡采用了先進的信號處理技術和多頻段傳輸技術，能夠提供更穩定的網絡連接，有效降低了網絡中斷的風險，確保了監測數據的及時傳輸和系統的持續運行。通過5G 通信技術的應用，線路監測系統可以實現實時、準確的線路狀態監測，及時發現和定位線路異常情況，有效降低線路故障的風險，提高線路的可靠性和安全性。同時，5G 通信技術的廣泛覆蓋和穩定連接也為未來的線路監測系統提供了更大的發展空間，為智能化、自動化的線路監測和管理奠定了堅實基礎。

2 5G通信技術在輸電線路在線監測系統中的難點分析

2.1 網絡覆蓋不全

網絡覆蓋不全面是5G 通信技術在輸電線路在線監測系統中的一個重要難點。盡管5G 網絡在理論上具備廣闊的覆蓋范圍和高速傳輸能力，但在實際應用中，由于各種因素的限制，目前尚未實現全面覆蓋。首先，偏遠地區的網絡覆蓋是一個挑戰。由于地理條件復雜、基礎設施不完善等原因，偏遠地區的網絡覆蓋相對較弱。在這些地區，5G 基站的建設和覆蓋難度較大，導致網絡信號不穩定或無法覆蓋到位。這使得輸電線路在線監測系統無法實現實時數據傳輸和監測，降低了系統的可靠性和有效性。其次，復雜地形條件也對網絡覆蓋產生影響。山區、森林、沼澤等復雜地形地貌對無線信號傳播產生阻礙，導致信號衰減、多徑效應等問題。這些地區的輸電線路通常位于較為復雜的地形環境中，如果5G 網絡無法克服這些障礙，就無法實現對線路的全面覆蓋和監測。最后，建筑物和障礙物的遮擋也會影響5G 網絡的覆蓋范圍。高樓大廈、密集的城市建筑群等都可能成為信號傳播的阻礙物，使信號無法穿透或衰減嚴重。對于沿線有高樓大廈等建筑物的輸電線路，5G 網絡的覆蓋可能會受到限制，影響在線監測系統的正常運行。

2.2 技術成熟度有待提升

技術成熟度有待提升是5G 通信技術在電力行業應用中的一個重要難題。雖然5G 技術已經在商用環境中得到了應用，但是在滿足電力行業特殊需求的安全防護機制、網絡架構設計等方面，仍然需要進一步驗證和完善。首先，針對電力行業的特殊需求，需要開發和驗證相應的安全防護機制。電力系統對通信網絡的可靠性和安全性有著特殊的要求，因此，在應用5G 通信技術時需要確保通信的安全性，防止潛在的安全威脅和攻擊。針對電力行業的特殊需求，需要開發適用于電力行業的安全防護機制，并進行驗證和測試，以確保系統的安全性和可靠性［2］。其次，需要深入研究和解決5G 網絡在電力行業中的網絡架構設計問題。5G網絡切片、核心網下沉、超低延遲業務承載等新特性為電力行業的應用提供了新的可能性，但也給現有的電力安全防護架構和網絡管理帶來了新的挑戰。為了滿足電力行業的特殊需求，需要進行深入研究和探索，設計符合電力行業要求的網絡架構，以實現高效、安全和可靠的通信。最后，需要進行技術驗證和實踐示范。在5G 技術尚未完全成熟的情況下，需要與電力企業、網絡運營商和設備供應商等各方共同合作，開展技術驗證和實踐示范。通過實際應用和驗證，可以進一步了解5G 技術在電力行業中的應用效果和問題，并逐步完善和提升相關的技術成熟度。

2.3 應用配套產業處于培養期

5G 技術的應用需要各個主體的協同合作，包括設備供應商、網絡運營商和電力企業等。然而，目前相關的配套產業鏈和生態系統尚未完全成熟，這給技術的應用和推廣帶來了一些阻礙和困難。首先，缺乏統一的標準和規范是應用配套產業處于培育期的一個主要問題。5G 技術的應用需要各個環節的配套設備和系統具備互操作性和兼容性，以實現無縫集成和協同工作。然而，在當前階段，針對電力行業的5G 應用，缺乏統一的標準和規范，導致不同廠商的設備和系統之間存在兼容性問題，限制了技術的推廣和應用。其次，配套產業的供應鏈和產業生態系統尚未形成良好的發展格局。5G 通信技術的應用需要設備供應商、網絡運營商和電力企業等各個主體的合作和共同發展。然而，目前在電力行業中相關的配套產業鏈尚未完全形成，供應鏈上存在一些薄弱環節和缺乏配套設備的情況，這限制了5G 技術在電力行業中的應用范圍和推廣速度。最后，缺乏經驗和人才儲備也是一項挑戰。5G 通信技術是一項前沿的技術，需要有相關經驗和技術的人才支持。然而，在電力行業中，有5G 技術應用經驗的人才相對較少。人才儲備不足導致在應用過程中可能會遇到技術難題和困惑，需要更多的人才培養和經驗積累來推動技術的發展和應用。

3 5G通信技術在輸電線路在線監測系統中的對策

3.1 建設本地化的5G服務器

建設本地化的5G 服務器是為了解決5G 網絡覆蓋不全面的問題，在輸電線路監測系統中確保穩定的通信環境，并保障數據的安全性。首先，需要進行需求分析，確定建設本地化5G 服務器的具體目標和功能。針對輸電線路監測系統的需求，確定服務器的容量、帶寬需求、安全性要求等關鍵指標。其次，建設本地化5G 服務器需要搭建相應的基礎設施，包括服務器機房、網絡設備、通信設備等。機房要滿足服務器安裝、運行和維護的需求，保證服務器的正常運行和數據的安全存儲。建設本地化5G 服務器需要與5G 網絡進行連接，以實現與智能監控設備和激光雷達之間的數據互通互聯。這包括與網絡運營商合作或建設私有網絡，確保穩定的5G 信號覆蓋到位［3］。再次，在建設本地化5G 服務器時，要重視數據的安全性。采取安全防護措施，包括加密傳輸、訪問控制、數據備份等，確保線路模型數據的保密性和完整性。建設本地化5G 服務器需要進行網絡管理和維護工作，包括對服務器進行監控和管理，確保服務器的穩定運行；定期檢查和維護網絡設備，保證網絡的正常運行和安全性。最后，在建設本地化5G 服務器過程中，需要與相關主體進行合作和管理。與網絡運營商、設備供應商、電力企業等進行合作，確保服務器的性能和可靠性滿足需求，并進行合理的資源管理和協調。通過建設本地化5G 服務器，可以在偏遠地區或復雜地形條件下提供穩定的通信環境，保障激光雷達與智能監控設備之間的數據互通互聯。同時，采取數據安全保障措施和進行網絡管理與維護，確保線路模型數據的安全性和可靠性。通過合作與管理，協同各方力量，共同推進本地化5G 服務器的建設，為輸電線路監測系統提供可靠的通信支持。

3.2 建設無人機綜合管控

建設無人機綜合管控平臺是為了解決手控無人機巡檢存在的難度和風險問題，提高巡線效率和安全性。

（1）根據輸電線路監測的需求，設計無人機綜合管控平臺的功能。實時回傳功能，將無人機采集的數據實時傳回平臺，供監測人員進行實時分析和判斷；遠程遙控功能，可以通過平臺對無人機進行遙控操作，包括起飛、降落、飛行模式切換等。

（2）為了實現無人機綜合管控平臺的功能，需要配備相應的硬件設備。包括無人機設備，根據巡線需求選擇適當的無人機類型和配置；通信設備，確保平臺與無人機之間的可靠通信，即數據傳輸和指令控制；地面控制設備，提供對無人機的遙控操作和數據接收等功能。

（3）利用線路激光雷達模型庫的數據，對無人機的航跡進行規劃和優化。根據線路特征和巡檢要求，通過算法和模擬，確定最佳的航跡規劃方案，確保無人機能夠覆蓋線路的各個關鍵部位，并實現高效巡線［4］。此外，通過平臺實現無人機采集數據的實時傳輸和處理。無人機將采集到的數據通過通信設備傳輸到平臺，平臺對數據進行實時處理和分析，提供及時的監測結果和報告。

（4）在無人機綜合管控平臺的建設中，要考慮安全措施和風險管理，包括確保無人機的飛行安全，通過飛行參數監測和遙控操作，預防飛行事故的發生。數據安全保護，采取加密傳輸和訪問控制等措施，防止數據泄露和篡改。通過建設無人機綜合管控平臺，可以實現無人機的自動化巡線和作業，提高巡線效率和安全性。建設無人機綜合管控平臺的流程具體如圖1所示。

3.3 智能識別算法的應用

應用智能識別算法是為了提高輸電線路在線監測系統的自主識別能力，并能夠準確識別潛在的運行隱患因素和評估安全裕度［5-6］。建設智能識別算法倉，集成各種智能識別算法，包括圖像識別、數據分析、模式識別等。這些算法可以通過對輸電線路監測數據的處理和分析，識別出潛在的運行隱患因素，并對線路的安全裕度進行評估，確保輸電線路監測系統能夠獲取到充足的監測數據。通過傳感器、激光雷達、無人機等設備采集線路的圖像數據、溫度數據、振動數據等，然后將這些數據輸入智能識別算法倉進行處理和分析。利用智能識別算法對線路監測數據進行處理和分析。圖像識別算法可以識別圖像中的缺陷、破損、雜物等問題；數據分析算法可以對溫度、振動等數據進行模式識別，識別異常情況；模式識別算法可以根據歷史數據和模型對線路的狀態進行評估。綜合考慮這些算法的結果，可以準確地識別出潛在的運行隱患因素，并評估線路的安全裕度。通過不斷改進和優化智能識別算法，不斷學習和訓練，使算法能夠適應不同的線路環境和運行情況，提高識別的準確性和可靠性。同時，結合人工智能和機器學習等技術，不斷優化算法的性能和效率。通過搭建智能識別算法倉，利用圖像識別、數據分析和模式識別等算法，可以提高輸電線路在線監測系統的自主識別能力，實現對潛在運行隱患因素的準確識別和安全裕度的評估。這將提高線路監測的效果，降低運行風險，保障電力系統的安全運行。

4 智能識別算法監測系統的案例分析

某電力公司擁有大規模的輸電線路網絡，為了提高線路的安全性和可靠性，決定在在線監測系統中引入智能識別算法。該系統旨在實現對線路的自主識別和潛在隱患因素的準確識別，以及對線路安全裕度的評估。電力公司與專業的算法團隊合作，建設智能識別算法倉庫。該倉庫集成了多種智能識別算法，包括圖像識別、數據分析和模式識別等。算法團隊根據輸電線路的特點和需求，針對不同的監測數據開發和優化相應的算法。在輸電線路上安裝傳感器、激光雷達和無人機等設備，實時采集線路的圖像數據、溫度數據、振動數據等。這些數據通過網絡傳輸到智能識別算法倉庫進行處理和分析。引入智能識別算法后，線路在線監測系統具備了較強的自主識別能力，能夠準確識別線路中的潛在隱患因素，如缺陷、破損、雜物等，及時進行告警和處理。通過智能識別算法，系統能夠綜合考慮線路的各種因素，對安全裕度進行評估。這有助于電力公司及時發現線路的安全隱患，采取預防性措施，減少事故風險。通過以上方案的實施，該電力公司在輸電線路在線監測系統中成功應用智能識別算法，提高了線路的安全性和可靠性，降低了運維成本，實現了更高效的線路監測與維護。

5 結語

5G 通信技術在輸電線路在線監測系統中的應用，具有廣闊的發展前景。然而，這一應用也面臨一些困難和挑戰，包括網絡覆蓋不全面、技術成熟度有待提升和應用配套產業處于培育期等。為了克服這些困難，可以采取一系列對策，如建設本地化5G 服務器以提供穩定的通信環境，建設無人機綜合管控平臺以提高巡線效率和安全性，以及應用智能識別算法提升自主識別能力和評估線路安全裕度。通過解決這些措施，可以實現輸電線路在線監測系統的全面升級，提高線路的安全性和可靠性，降低運維成本，并為電力行業的發展帶來更多機遇。隨著5G 技術的不斷發展和成熟，相信在不久的將來，5G 通信技術將在電力行業的各個領域發揮更大的作用，為電力行業的現代化轉型和可持續發展做出重要貢獻。