基于5G 技術的無人機在輸電線路巡檢的應用分析

周坤 國網(wǎng)寧德供電公司 潘丹 國網(wǎng)福建信通公司 謝靜怡 國網(wǎng)福建營銷服務中心 劉宇軒 國網(wǎng)寧德供電公司

近年來隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，各個運營商都在不斷改善自己的移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，增大信號的覆蓋率和可靠性。輸電線路作為電力能源傳輸?shù)闹匾d體，國家也在不斷地加大人力和物力的投入。但就目前來看輸電運檢人員缺口依然比較大，而且大多依然采用傳統(tǒng)的人工巡檢模式，存在著巡檢質(zhì)量和效率不高的問題。除此之外輸電線路大多建設于山區(qū)和高海拔的一些地區(qū)，這無疑給輸電線路人工巡檢造成了很不少困難，難以滿足輸電線路日常巡檢作業(yè)。如果將基于5G 技術的無人機應用于輸電線路巡檢，就能很好地解決人工成本高和輸電線路巡檢效率比較低的問題。

一、當前輸電線路無人機巡檢現(xiàn)狀分析

隨著科技的不斷發(fā)展，無人機技術也被不斷應用于各個領域。在電力行業(yè)，無人機更多地被應用于輸電線路巡檢中，它主要是通過在無人機上搭載的可見光拍攝儀和紅外熱像儀等設備來實現(xiàn)。使用無人機進行輸電線路巡檢，其巡檢質(zhì)量和效率相對比較高，人工成本也比較節(jié)省，尤其在安全性方面也遠遠高于人工巡檢。目前全國各地都在進行著輸電線路無人機巡檢試點，從應用效果來看，雖然取得了較好成績，但也存在著一些比較明顯的問題[1]。

輸電線路無人機巡檢非常考驗無人機操作人員的技術含量，它不但要求作業(yè)人員需要具備較為專業(yè)的無人機操控能力，而且需要具備比較豐富的電力線路巡檢相關專業(yè)知識。然而作業(yè)人員操控無人機水平和電力線路巡檢專業(yè)涵養(yǎng)度的不同，造成了電力線路巡檢效果參差不齊。而且當前無人機大多使用4G、WIFI 或者藍牙等通信方式，其操控范圍容易受到限制，定位的準確度也不是很高，這無疑對無人機的使用范圍和傳輸圖像的清晰度有一定地制約作用。雖然輸電線路無人機巡檢要比人工巡檢的效率高出一大截，但它的后續(xù)問題也比較多。比如圖像比較模糊，數(shù)據(jù)傳輸能力比較低，操控距離具有限制性等，這些問題的出現(xiàn)，無法滿足當下輸電線路無人機智能巡檢發(fā)展的需求。

二、5G 網(wǎng)絡技術特點分析

5G 網(wǎng)絡技術作為現(xiàn)在最前端的通信技術，高速性是它最重要的一個特點，相比于4G 網(wǎng)絡，5G 具有更快的運行速度。從理論上來說，5G 的運行速度峰值能夠達到20Gb/s，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。5G 速度對于延時性的最低要求是在1 毫秒，這也就說明5G 速度能夠瞬時對需要傳送的信息做出快速反應，從而進行制動，這樣的反應優(yōu)勢應用于無人機，可以使無人機的響應速度更為快速。同時5G 技術厘米級的定位精準度也能夠使作業(yè)人員對無人機的操控更加精準[2]。因此，將基于5G 技術的無人機應用于輸電線路巡檢，能夠更完美、更充分地發(fā)揮5G 技術和無人機技術的作用。

三、輸電線路無人機巡檢流程分析

輸電線路無人機巡檢的操作流程主要分為四個階段：巡檢數(shù)據(jù)準備階段、無人機巡檢準備階段、無人機巡檢階段以及無人機回收階段。在輸電線路無人機巡檢數(shù)據(jù)準備階段，主要進行巡檢項目的制定、無人機巡檢地點的選取以及對無人機巡檢階段的天氣進行評估，確認是否保證無人機可以正常工作；無人機巡檢準備階段，主要檢查無人機設備的性能狀況，是否可以正常進行輸電線路巡檢作業(yè)，是否可以對作業(yè)人員的操作指令及時做出反應；無人機巡檢階段主要是對無人機操控人員的技術考驗，考驗其能否在巡檢過程中對無人機飛行狀態(tài)進行完美操控，對巡檢過程中出現(xiàn)的異常問題及時做出反應；無人機回收階段主要是對通過輸電線路無人機巡檢所采集的電力設備圖像和數(shù)據(jù)進行分析處理。

四、基于5G 技術的無人機在輸電線路巡檢的應用分析

將無人機技術和5G 網(wǎng)絡技術相結(jié)合，利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等進行深度計算分析，同時借助于輸電線路巡檢提供的精準定位以及高清圖片和數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)基于5G 技術的無人機在輸電線路巡檢過程中更智能地應用，使輸電線路巡檢結(jié)果更準確、更高效和更安全。

（一）輸電線路無人機巡檢的平臺系統(tǒng)架構

輸電線路無人機巡檢的平臺架構主要是由感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層四個部分組成。

感知層主要是通過無人機搭載可見光攝像儀、紅外熱像儀等設備對輸電線路圖像和數(shù)據(jù)進行采集，并且使用量角器等軟件進行人工圖像識別，辨別線路的角度，采集拍攝地點的經(jīng)緯度和高度，便于工作人員在分析圖像數(shù)據(jù)時，能夠得到輸電線路設備的位置和所出現(xiàn)問題的準確信息。

網(wǎng)絡層就是由5G 網(wǎng)絡全面覆蓋的應用網(wǎng)絡，它能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路無人機巡檢過程中數(shù)據(jù)信息的高速傳播，從而使無人機對操控人員所發(fā)出的指令及時做出反應，對無人機巡檢作業(yè)過程中所采集的數(shù)據(jù)及時進行傳輸。

平臺層則是對無人機在巡檢作業(yè)過程中所傳輸回來的數(shù)據(jù)以及圖像進行綜合整理和分析，并且在平臺中進行共享，為解決無人機巡檢過程中所發(fā)現(xiàn)的問題提供數(shù)據(jù)支持，以及為后續(xù)5G 技術無人機的進一步發(fā)展奠基良好基礎。

應用層則是基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和技術標準，服務于無人機的管理以及VR 巡檢，全自動巡檢和智能聯(lián)動等微應用的建設。

（二）無人機全自動巡檢功能

通過5G 網(wǎng)絡技術和無人機技術的相結(jié)合，可以實現(xiàn)輸電線路無人機全自動化巡檢的功能。通過建設無人機全自動機場和輸電線路無人機巡檢平臺相結(jié)合，可以實現(xiàn)無人機的自動飛行[3]。同時通過在無人機上裝載高倍攝像頭，還可以實現(xiàn)無人機自動定點拍照的功能。

作業(yè)人員只需要通過輸電線路無人機巡檢平臺，對無人機的操作流程和作業(yè)線路進行遠程監(jiān)控，減少了工作人員的工作量和參與度，提高了輸電線路巡檢的效率，也保證了作業(yè)人員的安全性。在輸電線路無人機巡檢過程中，作業(yè)人員可以通過無人機傳輸回來的數(shù)據(jù)，清晰地知道和掌握輸電線路無人機巡檢過程中的作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)位置以及作業(yè)頻率等信息[4]。作業(yè)人員只需要把操作指令輸入到無人機巡檢平臺中，然后通過5G網(wǎng)絡傳輸給無人機進行作業(yè)，自動完成輸電線路巡檢任務。

基于RTK 技術，通過三維點云航跡規(guī)劃去實現(xiàn)無人機自主巡檢功能。點云采集是通過激光雷達掃描或可見光傾斜攝影技術來實現(xiàn)，它具有精準度高、數(shù)據(jù)處理速度快和采集方式多樣化的優(yōu)勢。利用采集到的點云數(shù)據(jù)構建三維地圖模型，以便提取空間參數(shù)，進行精細的輸電線路無人機自主巡檢航點規(guī)劃選擇。同時利用無人機搭載的高清攝像頭對輸電線路設備的細節(jié)進行拍攝和數(shù)據(jù)采集，并且傳輸?shù)竭吘壩锫?lián)代理進行智能識別和分析，然后再傳輸?shù)捷旊娋€路無人機巡檢平臺，生成輸電線路無人機巡檢報告，使作業(yè)人員能夠根據(jù)報告對輸電線路整體安全情況進行評估，對出現(xiàn)問題及時做出解決方案，從而完成輸電線路巡檢整體工作內(nèi)容。

（三）無人機VR 巡檢功能

在輸電線路無人機巡檢過程中，作業(yè)人員需要對無人機反饋過來的問題進行二次審核。此時就可以通過無人機巡檢平臺，利用5G 網(wǎng)絡技術速度快，延時比較低，精準度比較高的優(yōu)勢，對無人機進行遠程操控，打開無人機的VR 程序，在無人機上搭載的全景攝像頭，可以使輸電線路現(xiàn)場和作業(yè)人員在VR 眼鏡中觀測到的情形實現(xiàn)同步，準確并且及時地將輸電線路現(xiàn)場情況進行反映，使作業(yè)人員，能夠更全面地掌握輸電線路運行工況，并且對所發(fā)生的問題作出準確的判斷和提供合適的檢修方法。

（四）無人機智能聯(lián)動功能

無人機的智能聯(lián)動是依托于安裝在桿塔上的圖像監(jiān)測裝置，如果檢測到問題，就會通過平臺間的數(shù)據(jù)共享，觸發(fā)智能聯(lián)動機制，控制無人機自動進行障礙的清理等操作，從而保證輸電線路的安全穩(wěn)定運行[5]。因為5G 通信技術具有延時度低，精準度高，傳輸速度快的特點，所以無人機巡檢平臺可以很快地接收無人機指令，并且很快地向無人機發(fā)送指令，使無人機及時做出響應。當無人機發(fā)現(xiàn)有異物時，向無人機巡檢平臺發(fā)出異物警告，作業(yè)人員根據(jù)無人機反饋的情況向無人機發(fā)送處理指令，無人機接到指令后，能快速地做出反應，更換搭載設備，鎖定異物所在位置，從而進行清理。

除此之外，無人機還可以對輸電線路下方非法施工或者是超高車輛強行通過等違規(guī)操作進行監(jiān)督，對違規(guī)的車輛或者施工人員進行拍照或者錄像保存證據(jù)，并將其反饋給輸電線路無人機巡檢平臺，通過工作人員下達指令后，對施工人員和違規(guī)車輛進行制止，確保輸電線路外部環(huán)境的安全。

（五）輸電線路竣工驗收功能

基于5G 技術的無人機還可以應用于輸電線路建設完成后的驗收工作。輸電線路設施往往比較密集，而且可能出現(xiàn)相互干擾和遮擋的情況。通過無人機上所搭載的激光雷達和紅外線等設備，可以對輸電線路設備的定位拍攝，從而實現(xiàn)對線路整體進行更全面地檢測。同時通過把輸電線路細節(jié)情況精確地反饋到無人機控制平臺，可以加大驗收人員對輸電線路整體工程的細節(jié)把握。除此之外還可以進一步應用基于5G 技術的RTK無人機，通過點高度法測量導線弧垂，保證導線對地面的安全距離。

五、結(jié)語

5G 技術和無人機相結(jié)合，利用5G 技術的高速度，低延時等優(yōu)勢，大大地彌補了之前輸電線路無人機巡檢方面的精度低、高延時和可操控范圍小的短板。而且基于5G 技術的無人機輸電線路巡檢上的應用，不僅提高了巡檢工作效率，降低了作業(yè)人員的工作強度，同時還增加了巡檢工作的安全性。

自主化和智能化是無人機未來發(fā)展的必然趨勢，隨著基于5G 技術的無人機的不斷發(fā)展，可以在輸電線路巡檢方面進行大規(guī)模的應用，保障問題發(fā)現(xiàn)的準確性和解決的及時性，實現(xiàn)輸電線路巡檢智能化和遠程作業(yè)的需求。在5G 通信技術的支持下真正實現(xiàn)5G 無人機在輸電線路自主巡檢上的應用，滿足不同場景下輸電線路巡檢的需求。