5G技術(shù)在智能輸電的應(yīng)用

孟秋實

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000)

1 引言

2019年6月，國家工業(yè)和信息化部正式發(fā)放5G牌照。隨后電網(wǎng)公司在公司層面制定5G+智能電網(wǎng)應(yīng)用研究工作方案，按照“全網(wǎng)統(tǒng)一部署，統(tǒng)籌安排，試點先行、有序推進(jìn)”的原則開展5G應(yīng)用工作。應(yīng)用工作主要分為業(yè)務(wù)驗證和業(yè)務(wù)示范兩個階段，廣州供電局在輸電領(lǐng)域負(fù)責(zé)兩棲機器人業(yè)務(wù)驗證以及輸電線路視頻監(jiān)控等7個場景在廣州市南沙區(qū)的應(yīng)用示范。

本文結(jié)合5G技術(shù)特點與智能輸電的需求、5G在智能輸電的應(yīng)用場景以及目前還存在的挑戰(zhàn)三個方面進(jìn)行探討。

2 背景

2.1 5G技術(shù)特點

第五代移動通信技術(shù)可以解決未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，同時與行業(yè)深度融合，滿足垂直行業(yè)終端互聯(lián)的多樣化需求，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，構(gòu)建社會經(jīng)濟數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。5G在設(shè)計之初就具備高帶寬、低時延、海量物聯(lián)三個特點，國際電信聯(lián)盟(ITU) 為 5G 定義了 eMBB(增強移動寬帶)、 mMTC(大規(guī)模機器類通信)、 URLLC(低時延高可靠)三大應(yīng)用場景。

5G 提供定制化的端到端網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片整體包括接入、傳輸、核心網(wǎng)域切片使能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識及接入技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片端到端管理技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片端到端 SLA 保障技術(shù) 4 項關(guān)鍵技術(shù)。將物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)。提供滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)高安全等級、數(shù)據(jù)隔離、穩(wěn)定可靠，業(yè)務(wù)自主可控等需要。

與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在體驗速率、鏈接密度、時延三個指標(biāo)上可以達(dá)到4G網(wǎng)絡(luò)的10倍。

NSA可利用運營商已有的4G核心網(wǎng)，現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展成熟，基本實現(xiàn)大面積覆蓋，但用戶終端要同時保持與4G及5G基站的雙連接，并且由于NSA核心網(wǎng)還是4G無法發(fā)揮5G的廣連接和低延時特性；SA是5G的最終形式可發(fā)揮5G的所有特性，但5G核心網(wǎng)需要從頭新建，現(xiàn)階段沒有大范圍覆蓋。

相比于 4G 以人為中心的移動寬帶網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，并締造出規(guī)?？涨暗男屡d產(chǎn)業(yè)，為移動通信帶來無限生機。物聯(lián)網(wǎng)擴展了移動通信的服務(wù)范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯(lián)，使移動通信技術(shù)滲透至更加廣闊的行業(yè)和領(lǐng)域。

2.2 智能輸電

智能輸電線路是南方電網(wǎng)公司2019年5月提出的”智能生產(chǎn)體系“的一部分。主要分為智能巡視、智能操作、智能安全、信息建模四個方面，最終的工作目標(biāo)是實現(xiàn)輸電線路巡視現(xiàn)場作業(yè)100%無人化、輸電線路巡視現(xiàn)場操作無人化、智能安全內(nèi)嵌、同時實現(xiàn)輸電線路信息在三維模型中的可視化展示與應(yīng)用。

3 5G在智能輸電的應(yīng)用場景

3.1 智能巡視

首先是視頻。不論是可見光視頻，還是紅外測溫、紅外山火，亦或是無人機視頻，均對帶寬存在需求。而高帶寬也是5G能夠提供的最直觀的便利。如圖1所示。

圖1 輸電線路視頻監(jiān)控

目前廣州地區(qū)線路視頻監(jiān)控采用4Gapn傳輸。能實現(xiàn)1080P視頻的高清傳輸。但是為了滿足一百多名線路主人同時觀看多路視頻以及云臺操作靈敏度的使用體驗上的優(yōu)化，我局視頻監(jiān)控配置標(biāo)準(zhǔn)是將碼率限制在1000kbps。應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)多路1080P傳輸，如表1所示。

表1 傳輸配置比

5G更重要的意義是其真正開啟了智能時代的大門。隨著人工智能的深度應(yīng)用，AI對視頻、圖像清晰度的要求逐漸提升，5G具備的大帶寬能夠提供更加高清的視頻傳輸能力，清晰度更高的畫面與更豐富的視頻細(xì)節(jié)將使得AI分析更有用武之地。

相較于前端識別，我們更傾向于通過云端的圖像識別算法，突破前端識別電量、算力、不同算法的限制，集中統(tǒng)一進(jìn)行已迭代的圖像識別與風(fēng)險預(yù)警。

在視頻設(shè)備應(yīng)用5G的改造上，有兩種方式。一種是加裝5G cpe 或5G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可實現(xiàn)舊設(shè)備的改造，直接連入物聯(lián)網(wǎng)平臺。另一種方式是在線監(jiān)測主機中直接集成5G的通信模塊，對于新設(shè)備采購可采用這種方式。

利用5G網(wǎng)絡(luò)，無人機的視頻可以實現(xiàn)5G實時回傳。現(xiàn)場由無人機進(jìn)行拍攝，其他同事可通過專家會商系統(tǒng)，在生產(chǎn)監(jiān)控指揮中心了解現(xiàn)場情況。以前通過4G多卡聚合的方式也可實現(xiàn)，目前我們已在南沙區(qū)通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，視頻效果更好，幾乎沒有卡頓和延遲。5G，4G網(wǎng)絡(luò)傳輸值如表2所示。

表2 5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度對比

無人機、直升機的點云數(shù)據(jù)也可以通過5G直接傳回后臺進(jìn)行分析，現(xiàn)場計算線數(shù)距離等。

還有一種應(yīng)用場景，就是在跨區(qū)、跨省市的出差過程中，機巡產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可通過5G進(jìn)行回傳，通過5G切片網(wǎng)絡(luò)，解決無法連接企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的問題。

機器人的可見光、紅外視頻同樣需要高帶寬傳輸，實現(xiàn)高清視頻傳輸、可見光及紅外AI智能分析、三維模型同步。

3.2 智能操作

機器人包含控制功能，傳統(tǒng)mesh組網(wǎng)方式無法滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求。(1)是依賴光纖資源；(2)是形成的AP熱點有一定的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。

對機器人通信模塊進(jìn)行5G改造，對隧道內(nèi)進(jìn)行5G信號覆蓋，利用5G低時延切片網(wǎng)絡(luò)可解決控制問題。目前南沙區(qū)110kV重魚甲乙線兩棲機器人已完成5G業(yè)務(wù)驗證，效果良好。如圖2所示，解決了原有110kV線路光纖資源已滿的問題。

圖2 110kV重魚甲乙線兩棲機器人

通過5G網(wǎng)絡(luò)，操作人員在辦公室僅需一鍵操作無人機起飛，自動巡視可完成起飛、精細(xì)化巡視和通道巡視、降落及數(shù)據(jù)回傳，將回傳的巡視數(shù)據(jù)導(dǎo)入缺陷分析系統(tǒng)，即可完成缺陷的分析研判。

3.3 智能安全

基于5G網(wǎng)絡(luò)同傳多路視頻，實現(xiàn)單臺設(shè)備多角度視頻全景拼接，360°無死角監(jiān)控施工現(xiàn)場作業(yè)安全。

針對地震、雨雪、洪水、故障搶修等災(zāi)害環(huán)境下的電力搶險救災(zāi)場景，通過應(yīng)急通信車進(jìn)行現(xiàn)場支援，5G 可為應(yīng)急通信現(xiàn)場多種大帶寬多媒體裝備提供自組網(wǎng)及大帶寬回傳能力，與移動邊緣計算等技術(shù)像結(jié)合，支撐現(xiàn)場高清視頻集群通信、指揮決策。

未來應(yīng)急通信車將作為現(xiàn)場搶險的重要信息樞紐及指揮中心，需具備自組網(wǎng)能力，配備各種大帶寬多媒體裝備，如無人機、單兵作業(yè)終端、車載攝像頭、移動終端等。應(yīng)急通信車可配備搭載 5G 基站的無人機主站，通過該無人機在災(zāi)害區(qū)域迅速形成半徑在2～6km 的 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，其余無人機、單兵作業(yè)終端等設(shè)備可通過接入該無人機主站，回傳高清視頻信息或進(jìn)行多媒體集群通信。應(yīng)急通信車一方面作為現(xiàn)場的信息集中點，結(jié)合邊緣計算技術(shù)(MEC)，實現(xiàn)基于現(xiàn)場視頻監(jiān)控、調(diào)度指揮、綜合決策等豐富的本地應(yīng)用。

3.4 信息建模

通過5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)三維模型在移動端、VR眼鏡的AR展示，支撐現(xiàn)場巡檢、作業(yè)過程中的三維臺賬查詢、核對。如圖3所示。

圖3 移動端電纜三維全景查看

4 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用輸電線路中存在的問題

目前大部分5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入方式為NSA,終端要保持與4G及5G基站的雙連接，終端實現(xiàn)方式復(fù)雜，功耗與只接入4G相比偏高2～3W，如網(wǎng)絡(luò)接入方式升級為SA，終端不用保持雙連接則功耗會降低2～3W，如表3、表4所示。

表3 終端4G，5G網(wǎng)絡(luò)測試項對比值

表4 5G功耗的參數(shù)，功耗值

輸電線路連接發(fā)電廠、變電站，途徑城市、森林、田野、山脈各類地形，盡量避開人口密集區(qū)。而5G覆蓋以用戶為主，主要覆蓋在人口密集區(qū)域，與線路范圍存在矛盾。

5 結(jié)束語

綜上所述，從2014年4G牌照發(fā)放發(fā)展到2019年6月5G出現(xiàn)，視頻直播、移動互聯(lián)網(wǎng)等多方面的蓬勃發(fā)展的過程，5G技術(shù)給電網(wǎng)企業(yè)輸電部門提供了更多的便利，有效的解決了工作中視頻問題。利用無人機跟5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合替代解決了自動巡視，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動收集等問題，提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟效益。希望通過5G技術(shù)不斷更新，能挖掘更多智能輸電功能以幫助企業(yè)解決更多的問題。