基于5G技術(shù)的無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用

陳新橋 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州供電分公司

一、當(dāng)前無人機(jī)巡檢存在的問題

無人機(jī)巡檢需要運(yùn)維人員同時(shí)具備電力巡檢和無人機(jī)操控的雙重能力，在缺少運(yùn)維人員的情況下較難實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的廣泛應(yīng)用，同時(shí)運(yùn)維人員綜合素質(zhì)參差不齊，給無人機(jī)巡檢的質(zhì)量帶來較大不確定性；由于通信技術(shù)的限制，當(dāng)前無人機(jī)使用4G、Wi-Fi 或藍(lán)牙等通信方式，帶來空域定位精度低、帶寬小、高延時(shí)和操控范圍小等問題，導(dǎo)致傳輸圖像不清晰、無人機(jī)誤碰高壓線和墜機(jī)等現(xiàn)象。Wi-Fi 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式，通信距離一般不超過500 m，圖傳能力可達(dá)到1080P，每秒30 幀左右；4G 網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下，不受操控距離的限制，圖傳能力以720P 為主；藍(lán)牙傳輸則在傳輸距離和圖傳能力方面均處于最低水平。因此現(xiàn)階段無人機(jī)無法完全滿足輸電線路巡檢的需求。

二、5G技術(shù)特點(diǎn)

5G 具備高速度、大帶寬、低功耗、低延時(shí)、廣連接、高安全和精準(zhǔn)定位等特點(diǎn)，使5G 在應(yīng)用方面具備先天優(yōu)勢(shì)。5G 的理論帶寬可達(dá)到20 Gbps，遠(yuǎn)高于現(xiàn)在4G 的網(wǎng)絡(luò)速度，同時(shí)能夠提供毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和厘米級(jí)的定位精度。利用5G 的蜂窩通信技術(shù)，在5G 覆蓋范圍內(nèi)可以與4G 網(wǎng)絡(luò)同樣具有不受操控距離限制的能力，但5G 的高帶寬、高速度可以實(shí)現(xiàn)的圖傳能力為4K或8K 超高清視頻，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路細(xì)節(jié)的感知。5G 網(wǎng)絡(luò)的低延時(shí)能力，提供毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延，使無人機(jī)響應(yīng)速度更快，同時(shí)厘米級(jí)的定位精度，也使對(duì)無人機(jī)的操控更加精準(zhǔn)。利用5G 切片技術(shù)，能夠保障每個(gè)接入設(shè)備連接的安全、速度和帶寬。因此5G 技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合，將能夠釋放更多潛力。

三、5G技術(shù)在輸電線路無人機(jī)巡檢的應(yīng)用

（一）輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

1.感知層

通過無人機(jī)及其搭載設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖像信息和傳感信息的采集與匯聚，具備邊緣計(jì)算和區(qū)域自治能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備采集信息的就地預(yù)處理。

2.網(wǎng)絡(luò)層

即5G 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成全覆蓋的5G 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，為無人機(jī)及其搭載設(shè)備提供高可靠、高安全、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。

3.平臺(tái)層

其將設(shè)備管理的專業(yè)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、物聯(lián)等共性需求沉淀封裝成共享服務(wù)，支撐前端應(yīng)用創(chuàng)新，包括電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)和物聯(lián)管理平臺(tái)。

4.應(yīng)用層

該層基于業(yè)務(wù)中臺(tái)和數(shù)據(jù)中臺(tái)統(tǒng)一服務(wù)，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和框架下實(shí)現(xiàn)輸電專業(yè)各類微應(yīng)用建設(shè)。

（二）輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

本平臺(tái)作為基于5G 網(wǎng)絡(luò)的新型無人機(jī)巡檢平臺(tái)，設(shè)計(jì)了首頁、狀態(tài)概覽、巡線管理、無人機(jī)巡線、信息管理、資產(chǎn)管理和系統(tǒng)管理7 類功能，實(shí)現(xiàn)線路管理、設(shè)備管理、權(quán)限管理、任務(wù)管理等管理需求，且提供無人機(jī)巡檢的操作及監(jiān)控能力，同時(shí)首頁為大屏展示，提供實(shí)時(shí)圖像、數(shù)據(jù)、告警信息、線路地圖等信息的展示。

（三）功能應(yīng)用

1.無人機(jī)全自動(dòng)巡檢

利用5G 無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)無人化的全自動(dòng)巡檢。整套無人機(jī)巡檢裝置包括：5G 無人機(jī)、全自動(dòng)機(jī)場(chǎng)及在無人機(jī)上搭載高倍攝像頭、激光、紅外線熱成像吊艙、電池等設(shè)備。同輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自動(dòng)巡檢。

通過輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程操控，記錄無人機(jī)飛行軌跡及操作動(dòng)作流程，同時(shí)將輸電線路以每條線路為基礎(chǔ)建立巡檢任務(wù)。巡檢任務(wù)的內(nèi)容包括線路名稱、線路所屬運(yùn)維小組、巡檢頻率和巡檢位置等信息。當(dāng)無人機(jī)接到巡檢平臺(tái)下達(dá)的巡檢指令后，立即從全自動(dòng)機(jī)場(chǎng)起飛，按照存儲(chǔ)的飛行軌跡和操作動(dòng)作指令，完成本次全部飛行任務(wù)和操作動(dòng)作，此過程中無人機(jī)可以在線路中間的臨時(shí)停機(jī)場(chǎng)完成電池的自動(dòng)更換，以達(dá)到長時(shí)間、長距離巡檢的巡檢要求。

2.無人機(jī)VR 巡檢

由于邊緣物聯(lián)代理智能識(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別場(chǎng)景的限制，運(yùn)維人員需要對(duì)存在問題的圖片和視頻進(jìn)行二次審核，同時(shí)需要確認(rèn)輸電線路現(xiàn)場(chǎng)情況，此時(shí)可以利用VR 技術(shù)，通過5G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)VR 巡檢。

為實(shí)現(xiàn)無人機(jī)VR 巡檢，在無人機(jī)上搭載360°全景攝像頭。利用5G 網(wǎng)絡(luò)高速度、大帶寬、低延時(shí)、高精度的特點(diǎn)，運(yùn)維人員可以在中心機(jī)房通過輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)，對(duì)無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，同時(shí)運(yùn)維人員需要佩戴VR 眼鏡，通過5G 網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)場(chǎng)拍攝視頻與VR 眼鏡實(shí)現(xiàn)同步，自由的進(jìn)行全方位多角度觀看，使運(yùn)維人員能夠身臨其境的對(duì)輸電線路的每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行巡查，并對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。

四、結(jié)語

針對(duì)無人機(jī)在輸電線路巡檢方面的短板，本文提出利用5G 技術(shù)的高速度、大帶寬、低延時(shí)、廣連接的特點(diǎn)，解決目前無人機(jī)巡檢存在的精度低、帶寬小、高延時(shí)和操控范圍小等痛點(diǎn)，同時(shí)與其他監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)等相關(guān)高級(jí)應(yīng)用。目前5G 覆蓋范圍較小，尤其是輸電線路橫跨的偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力公司可以通過與運(yùn)營商合作加強(qiáng)5G 在電網(wǎng)領(lǐng)域的建設(shè)，同時(shí)也可以建立小型基站，建立5G 專網(wǎng)，利用5G切片技術(shù)按需分配，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境。