基于5G技術的無人機電力巡檢應用研究

摘要：《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》明確列出“5G+智慧電力”行動計劃，基于5G技術的無人機電力巡檢是“5G+智慧電力”行動計劃的重要組成部分。相比于傳統通信網絡，基于5G技術的無人機電力巡檢在效率、精準度、安全性和經濟性等方面具有明顯優勢。本文提出了一個具體的5G無人機電力巡檢方案，包括無人機的選擇與配置、飛行控制系統的構建、數據處理與分析、任務規劃與管理、安全保障措施以及人員培訓與支持。未來，基于5G技術的無人機電力巡檢將向無人化、智能化和規?；较虬l展。

關鍵詞：5G技術；無人機；電力巡檢

一、引言

2021年7月，工業和信息化部等十部門聯合發布《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》，明確列出“5G+智慧電力”行動計劃，指出：“推廣發電設備運維、配電自動化、輸電線/變電站巡檢、用電信息采集等場景應用，實現發電環節生產的可視化、配電環節控制的智能化、輸變電環節監控的無人化、用電環節采集的實時化”?；?G技術的無人機電力巡檢應用是“5G+智慧電力”行動計劃的重要組成部分，是實現智慧電力的關鍵環節?；?G技術的無人機電力巡檢，經過近3年的試點與推廣應用，已逐步發展成為我國電力行業智慧運維的“必選項”，用于全國各城市的電力巡檢中。經過近3年的發展，基于5G技術的無人機電力巡檢不僅在技術層面得到了顯著的提升和完善，而且在實際應用中展現出了巨大的潛力和價值[1]。

本文將重點探討基于5G的無人機電力巡檢的優勢、方案與發展趨勢，為電力行業的智慧化轉型提供理論依據和實踐指導。

二、5G無人機電力巡檢的主要優勢

與4G、Wi-Fi、光纖等通信技術相比，5G技術具有高速率、低時延、大連接等特點。相較于傳統通信網絡下的無人機巡檢，基于5G技術的無人機電力巡檢具有更高效、更精準、更安全、更經濟等優勢。

（一）更高效

基于5G技術的無人機電力巡檢可以實現實時數據傳輸，大大提高了巡檢的效率。無人機可以在空中快速飛行，對電力設備進行全面的巡檢，而5G技術可以保證數據的實時傳輸，使得巡檢人員可以及時獲取設備的狀態信息，從而快速做出決策[2]。飛行半徑增大是高效性的另一種體現。5G網絡覆蓋范圍的提升使得無人機可以在更遠的距離上進行操作，減少了前往現場的時間和成本。

（二）更精準

5G技術結合高精度定位系統（如GPS和北斗），可以提供更精確的飛行定位和路徑規劃，確保巡檢的準確性。無人機可以通過高清攝像頭和激光雷達等設備對電力設備進行精細化巡檢，從而提高了巡檢的精準度。5G技術可以保證數據的高速傳輸，使得無人機可以實時獲取設備的高清圖像和三維模型。無人機可以搭載先進的圖像識別技術，對巡檢圖像進行即時分析，更精準地識別潛在問題。

（三）更安全

與4G技術相比，5G網絡的穩定性降低了通信中斷的風險，確保無人機在執行任務過程中的安全性。而且，基于5G技術的無人機可以搭載更先進的避障系統，實時感知周圍環境，自動規避障礙物，降低事故發生的概率。在遇到緊急情況時，操作人員可以利用5G網絡快速遠程控制無人機，及時采取措施，保障人員和設備的安全。

（四）更經濟

基于5G技術的無人機電力巡檢通過自動化和智能化的巡檢流程，減少了對現場巡檢人員的依賴，降低了人力成本。5G無人機具有較強的巡檢能力，可以及時發現問題，預防潛在的大規模故障，從而減少了長期的維護和修復成本。此外，5G技術使得無人機可以在更廣泛的區域內執行任務，提高了設備的使用效率和投資回報率，降低了巡檢成本。

三、5G無人機電力巡檢的具體方案

上一章解決了“為什么”要用基于5G技術的無人機進行電力巡檢的問題，本章將重點解決“怎么用”5G無人機進行電力巡檢的問題，也就是5G無人機電力巡檢的具體方案。

（一）無人機的選擇和配置

在基于5G技術的無人機電力巡檢方案中，無人機的選擇和配置是至關重要的。首先，無人機的續航能力必須足夠強大，以確保能夠完成長時間的飛行任務，覆蓋廣闊的巡檢區域。這通常意味著需要選擇那些能夠攜帶大容量電池或采用高能量密度電池的無人機模型[3]。飛行穩定性是另一個關鍵因素，尤其是在復雜的電力巡檢環境中，無人機需要在各種天氣條件下穩定飛行。這要求無人機具備良好的氣動設計和先進的飛行控制系統。傳感器的選擇和集成對于巡檢效果至關重要。高清攝像頭可以提供清晰的可見光圖像，幫助檢測電力設施的外觀狀況，如絕緣子的破損、導線的斷裂等。5G通信模塊的集成是實現無人機電力巡檢數據高效傳輸的關鍵。

（二）飛行控制系統的建構

飛行控制系統是無人機電力巡檢方案的大腦，它負責處理無人機的所有飛行操作和數據傳輸任務。一個先進的飛行控制系統需要具備高度的自主性，這樣無人機才能在沒有人工干預的情況下，按照預設的航線自動執行巡檢任務。這包括自動起飛、飛行路徑規劃、避障、數據采集和自動降落等功能。自主飛行能力的核心在于無人機能夠理解和執行復雜的飛行任務。自主飛行能力通常需要無人機搭載多種傳感器，如GPS、IMU（慣性測量單元）、氣壓計等，以實現精確的定位和姿態控制。此外，無人機還需要具備強大的圖像處理和分析能力，以實時識別和響應環境中的障礙物或其他潛在風險。實時監控與干預功能是飛行控制系統的另一個重要組成部分。通過5G網絡，操作人員可以實時查看無人機的飛行狀態和采集的數據，必要時進行遠程干預。這不僅提高了巡檢的安全性，還為操作人員提供了更多靈活控制的空間。

（三）數據處理與分析

數據處理與分析是無人機電力巡檢方案中至關重要的環節，它直接影響到巡檢結果的準確性和實用性。首先，無人機收集的大量圖像和視頻數據需要經過高效的圖像識別技術進行處理。這通常涉及使用人工智能和機器學習算法，如深度學習網絡，來自動識別和分類圖像中的各種特征和異常情況。例如，通過訓練深度學習模型來識別輸電線路的常見故障，如導線斷裂、絕緣子破損或塔架傾斜等，無人機可以在飛行過程中實時分析圖像，并迅速標記出潛在的問題區域。這種方法不僅大大提高了巡檢的效率，也提高了故障檢測的準確性。數據融合是進一步提升巡檢質量的關鍵技術。通過將無人機收集的數據與其他數據源相結合，可以獲得更全面的巡檢報告[4]。

（四）任務規劃與管理

任務規劃與管理是確保無人機電力巡檢方案高效執行的基礎。一個詳細的巡檢計劃需要根據電力網絡的布局、巡檢需求和無人機的性能來制定。這包括航線規劃、巡檢頻次的設定、重點關注區域的選擇等。航線規劃需要考慮到電力設施的分布、地形特征、天氣條件等多種因素，以確保無人機能夠有效地覆蓋所有需要巡檢的區域。任務調度系統則負責實時分配和調整無人機的巡檢任務。這個系統需要具備高度的靈活性和智能化，以應對突發情況和巡檢需求的變化。例如，如果某個區域突然出現了緊急情況，任務調度系統能夠迅速重新分配無人機，優先對該區域進行巡檢。同時，系統還能夠根據無人機的實時狀態，如電量、天氣條件等，動態調整巡檢任務，以確保巡檢的連續性和效率。

（五）安全保障措施

安全保障措施是無人機電力巡檢方案中不可或缺的部分，它關系到無人機操作的安全和合規。飛行安全策略的制定需要考慮到各種可能的風險因素，包括無人機的飛行高度限制、禁飛區域的設置以及應急響應程序的建立。這些措施旨在最大限度地減少無人機操作對公共安全和電力設施的影響。例如，飛行高度限制可以防止無人機與民航飛機發生沖突，禁飛區域的設置則可以避免無人機進入敏感或危險區域。應急響應程序則需要詳細規定在遇到緊急情況時的操作步驟，如無人機失控、碰撞或其他意外事件時的處理方法。數據安全同樣重要，確保無人機傳輸的數據加密，防止數據泄露或被惡意篡改。這不僅涉及巡檢數據的保密，還關系到電力系統的安全運行。因此，需要采取強有力的數據加密措施，如使用SSL/TLS加密協議，以及定期更新加密密鑰等，以確保數據傳輸的安全。

（六）人員培訓與支持

人員培訓與支持是無人機電力巡檢方案成功實施的關鍵。操作員（俗稱“飛手”）的專業培訓確保他們能夠熟練掌握無人機的操作和維護技能，這對于保障無人機的正常運行和巡檢質量至關重要。培訓內容應包括無人機的基本操作、飛行控制系統的使用、傳感器的校準和維護、數據的采集和分析等。技術支持團隊的建立則為無人機巡檢提供必要的技術支持和故障排除服務，確保巡檢任務的連續和無人機系統的穩定。技術支持團隊需要具備快速響應能力，能夠在無人機出現技術問題時迅速提供解決方案。此外，團隊還需要定期對無人機系統進行維護和升級，以適應不斷變化的巡檢需求和技術發展。

四、5G無人機電力巡檢的發展趨勢

（一）無人化

無人化并不是指未來的5G無人機電力巡檢完全不需要人來參與，而是指未來的5G無人機電力巡檢可以盡可能地減少人員參與[5]。隨著自主飛行技術的發展，無人機搭載先進的飛行控制系統，可以根據預先編程的航線，自主地在指定的區域進行巡檢，同時利用其搭載的傳感器和算法自動避障，確保安全飛行。此外，無人機還能夠根據巡檢任務的具體需求，自動規劃航線和執行任務，大大降低了人力成本。無人機機巢是一種地面基礎設施，用于存放、管理和自動維護無人機。無人機機巢的使用極大地提高了無人機操作的自動化水平。當無人機完成巡檢任務后，它可以自動返回機巢。機巢內置的充電系統能夠為無人機自動充電，確保其隨時準備執行下一次任務。同時，機巢還能夠自動上傳無人機收集的數據和圖像到云端或數據中心，供運維人員進行分析和處理。這種自動化的返回、充電和數據上傳功能，不僅減少了人工干預的需求，還提高了無人機的使用效率和數據的實時性。運維人員無需到現場手動更換電池或取回數據，從而節省了大量的時間和資源。

（二）智能化

智能化是5G無人機電力巡檢發展的另一大趨勢。它涉及無人機的自主決策、數據分析和問題解決能力的提升。智能化巡檢不僅要求無人機能夠自主飛行，還要求它能夠智能識別巡檢中發現的問題，并進行初步的分析和判斷。在智能化的趨勢下，無人機搭載的傳感器和攝像頭將更加先進，能夠捕捉更高質量的圖像和數據。同時，無人機將配備更強大的圖像識別和數據處理能力，利用人工智能和機器學習算法，對巡檢數據進行實時分析，自動識別出電力設施的異常和缺陷，如導線斷裂、絕緣子破損等。智能化巡檢還可以實現預測性維護，通過對歷史數據的分析，預測潛在的故障和風險，提前采取措施，避免故障的發生。此外，智能化巡檢還可以實現更高效的數據管理和信息共享，無人機收集的數據可以實時上傳到云端，供多個部門和專業人員共享和分析，提高決策的效率和準確性。

（三）規?；?/p>

規模化是5G無人機電力巡檢發展的第三個重要趨勢。它指的是無人機巡檢能夠在更大規模上實施，覆蓋更廣泛的區域和更多的電力設施。規?；矙z的實現，得益于5G技術提供的大容量數據傳輸能力和無人機自主飛行技術的成熟。在規模化的趨勢下，無人機巡檢將不再局限于小范圍或特定類型的電力設施，而是能夠覆蓋整個電力網絡，包括輸電線路、變電站、配電線路等。通過部署多個無人機，可以實現對整個電網的全面監控和管理，及時發現和處理問題，提高電力系統的穩定性和可靠性。規模化巡檢還可以實現資源的優化配置，通過集中調度和任務分配，提高無人機的使用效率，降低運維成本。隨著5G技術的普及和無人機技術的不斷進步，未來無人機電力巡檢的規?；瘧脤⒏訌V泛，成為電力系統運維的常態，為電網的數字化轉型升級提供強有力的支持。

五、結束語

5G技術的高速率、低時延和大連接特性，為無人機提供了強大的數據傳輸能力，使得實時、精準、安全、經濟的電力巡檢成為可能。隨著5G技術的不斷成熟和無人機技術的進一步發展，未來的電力巡檢將向無人化、智能化和規模化方向發展。但同時也應意識到，技術的快速發展也帶來了數據安全與隱私保護等新的挑戰。未來的研究和實踐需要在發揮技術優勢的同時，加強對數據安全與隱私保護的關注和改進。

作者單位：潘銳祥 深圳市好盈科技股份有限公司

參考文獻

[1]彭軍，黃小春，毛鵬鵬，等.基于5G技術的無人機電力巡檢應用探索[J].長江信息通信，2023，36（10）：201-203.

[2]許保瑜，陳慶寧，王勝偉，等.基于5G無人機在電力輸電線路自動巡線的實現與研究[J].云南電力技術，2021，49（06）：8-12.

[3]王鵬飛.5G無人機自動巡線技術在電力輸電線路巡檢的實現策略[J].中國高新科技，2023，（10）：69-70.

[4]蔣暢，陳鳳翔，謝皓凌，等.5G無人機自動巡線技術在電力輸電線路巡檢的實現策略[J].無線互聯科技，2022，19（05）：3-4.

[5]李耕宇，肖志剛.基于北斗5G和UWB的電力巡檢員定位系統[J].信息技術與信息化，2021，（07）：158-160.

[6]趙子豐.風電場5G無人機巡檢技術與路徑優化設計[J].粘接，2023，50（07）：184-188.