基于5G技術(shù)的無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用

張琪 趙勇峰 李晗洢

摘要：現(xiàn)如今，我國是社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的新時期，5G技術(shù)及應(yīng)用在全球范圍內(nèi)已進(jìn)行較多討論和探索，5G賦予的高帶寬、低延時、高精度、寬空域的特點(diǎn)，可以幫助無人機(jī)彌補(bǔ)更多短板，同時解鎖更多應(yīng)用場景滿足輸電線路巡檢的需求。文章利用具備5G通信能力的無人機(jī)，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)輸電線路無人機(jī)全自動巡檢、無人機(jī)VR巡檢及無人機(jī)智能聯(lián)動等應(yīng)用場景，能夠真正實(shí)現(xiàn)5G無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用，減少人工成本、提高輸電線路巡檢質(zhì)量、及時發(fā)現(xiàn)輸電線路及其周邊環(huán)境存在問題、保障輸電線路運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：5G;輸電線路巡檢;無人機(jī)巡檢;全自動巡檢

引言

近年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷不斷提升，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。但目前輸電線路仍然以人工巡檢為主，效率低、局限性大、人員安全存在隱患，難以滿足輸電線路持續(xù)快速增長的需求，因此，智能巡檢是未來電網(wǎng)檢修工作的發(fā)展方向和趨勢。無人機(jī)是智能巡檢的重要方式之一，電力行業(yè)各單位正在大力推廣和應(yīng)用。

1無人機(jī)檢查的優(yōu)缺點(diǎn)

將無人機(jī)設(shè)備應(yīng)用于電網(wǎng)輸電線路檢查可以有效改變以往效率低下和人力資源浪費(fèi)的問題。目前，無人機(jī)檢查處于發(fā)展的初級階段，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些弊端。一方面，無人機(jī)設(shè)備的體積小和電容量低，縮短了檢查時間，且難以用于遠(yuǎn)距離傳輸線檢查。另一方面，無人機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制范圍小，存在距離限制，且系統(tǒng)相對便宜，因此不能自動識別傳輸線的缺陷。但是，與傳統(tǒng)的手動檢查方法相比，使用無人機(jī)檢查傳輸線具有一定的優(yōu)勢。首先，無人機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)是自主懸停技術(shù)和自定義導(dǎo)航技術(shù)，可以防止與傳輸線碰撞，并提高檢查的安全性。其次，它可以有效地分析惡劣天氣下輸電線路中出現(xiàn)的問題，并找出發(fā)生問題的地方，以快速解決問題并恢復(fù)電路系統(tǒng)。最后，無人機(jī)設(shè)備分為兩種類型———手動和自動駕駛，使用時可以根據(jù)需要選擇合適的類型。在某些應(yīng)用中，兩種操作方法都可以減少人員的使用，這也提高了檢查的速度和電力公司的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5G技術(shù)的無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用

2.1無人機(jī)自主巡航

無人機(jī)自主巡航是輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的核心組成部分。其巡航的區(qū)域主要分為塔間區(qū)域和近塔區(qū)域。目前，輸電線路無人機(jī)巡檢并不具備自主或自動巡檢能力，通常采用的方式是：人工預(yù)先設(shè)定運(yùn)行的軌跡，然后基于GPS按預(yù)定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應(yīng)檢測目標(biāo)或者周圍環(huán)境隨時間可能發(fā)生的變化，容易發(fā)生安全事故。例如，當(dāng)樹木生長至輸電線路附近時，無人機(jī)有較大可能撞上樹木，造成無人機(jī)墜毀。（2）該方法對無人機(jī)定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機(jī)GPS的定位誤差可高達(dá)10m。雖然利用載波相位差分技術(shù)能克服這一問題，但是該技術(shù)需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項技術(shù)應(yīng)用于輸電線路無人機(jī)自主巡航的成本太高，并不切合工程實(shí)際。目前，機(jī)器視覺技術(shù)是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，采用GPS和機(jī)器視覺輔助技術(shù)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)是輸電線路無人機(jī)智能巡檢的未來發(fā)展趨勢。

2.2巡檢數(shù)據(jù)分析

巡檢數(shù)據(jù)分析的目的是利用無人機(jī)采集的圖像和視頻數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備缺陷。（1）線路設(shè)備本體缺陷：組成線路本體的構(gòu)件、附件、零部件，包括基礎(chǔ)、桿塔、導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置等本身的缺陷。（2）附屬設(shè)施缺陷：指附加在線路本體上的各類標(biāo)志牌、警告牌及各種技術(shù)監(jiān)測設(shè)備、避雷器等出現(xiàn)的缺陷。（3）外部缺陷（隱患）：指外部環(huán)境變化對線路安全運(yùn)行已構(gòu)成某種潛在性威脅的情況（如在保護(hù)區(qū)內(nèi)新建房屋、植樹竹、堆物、取土、線下施工車輛作業(yè)等對線路造成的影響）。（4）線路通道內(nèi)導(dǎo)線對建筑物、樹竹等交叉跨越距離不滿足。線路保護(hù)區(qū)內(nèi)有礦區(qū)，修建交通設(shè)施、建筑物等有高大施工機(jī)具和焚燒現(xiàn)象。（5）固定翼無人機(jī)具有航速高、覆蓋范圍大、續(xù)航時間長等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于災(zāi)后線路走廊的大范圍普查。通過利用固定翼無人機(jī)進(jìn)行災(zāi)后勘查，可在短時間內(nèi)整體掌握線路的整體損失情況，為應(yīng)急決策提供初步依據(jù)。

2.3輸電線路無人機(jī)巡檢平臺功能設(shè)計

本平臺作為基于5G網(wǎng)絡(luò)的新型無人機(jī)巡檢平臺，設(shè)計了首頁、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，同時首頁為大屏展示，提供實(shí)時圖像、數(shù)據(jù)、告警信息、線路地圖等信息的展示。1）首頁。首頁為大屏展示功能，可以提供巡線實(shí)時場景展示、多線路多圖層可視化展示等圖像展示功能，同時還可以提供安全運(yùn)行天數(shù)統(tǒng)計、危險點(diǎn)統(tǒng)計、今日巡檢任務(wù)統(tǒng)計、無人機(jī)巡檢占比統(tǒng)計、本周巡檢任務(wù)統(tǒng)計、實(shí)時告警及統(tǒng)計等信息的圖表展示功能。2）狀態(tài)概覽。提供狀態(tài)信息的可視化查看功能，提供線路地圖的多圖層展示，并通過點(diǎn)擊圖層內(nèi)線路、無人機(jī)等圖標(biāo)，實(shí)現(xiàn)線路基本信息、桿塔基本信息、業(yè)務(wù)告警信息、無人機(jī)信息、搭載設(shè)備信息、無人機(jī)位置信息等信息的查看和顯示功能。3）巡線管理。主要提供基礎(chǔ)參數(shù)配置、巡檢軌跡管理、任務(wù)管理、巡線記錄和巡線報告等功能，主要為運(yùn)維人員提供參數(shù)、無人機(jī)軌跡、任務(wù)的設(shè)置界面和巡線記錄、巡線報告的查詢界面。4）無人機(jī)巡線。主要提供全自動巡檢、VR巡檢和智能聯(lián)動的操作和實(shí)時監(jiān)控功能。5）信息管理。信息管理主要提供以關(guān)鍵詞、線路、桿塔等信息為篩選條件的搜索功能，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)信息、搭載設(shè)備信息、電池信息和告警信息的查詢。6）資產(chǎn)管理。主要提供輸電線路整套系統(tǒng)硬件設(shè)備的管理工作，實(shí)現(xiàn)線路、桿塔和無人機(jī)的基礎(chǔ)信息的全周期綜合管理。7）系統(tǒng)管理。提供平臺基本的數(shù)據(jù)配置、系統(tǒng)設(shè)置、權(quán)限管理和系統(tǒng)日志管理等功能。

2.4適用于檢測傳輸線錯誤

無人機(jī)在輸電線路故障的檢測中起著重要的作用，無人機(jī)主要有三種檢查方法。第一，通過雷達(dá)檢測錯誤;第二，通過視頻檢測錯誤;第三，使用紅外檢測錯誤。雷達(dá)檢測可以提高對傳輸線的定量測量精度，雷達(dá)測距裝置可以準(zhǔn)確地測量傳輸線與周圍障礙物之間的距離，為維護(hù)和安裝提供參考。在目視檢查中，檢查人員可以通過安裝在無人機(jī)上的攝像機(jī)拍攝傳輸線，并通過通信模塊將航拍照片或視頻傳輸?shù)降孛嬲镜挠嬎銠C(jī)。檢查人員可以借助專業(yè)軟件分析傳輸線的實(shí)時運(yùn)行。紅外線檢測技術(shù)利用紅外線幫助檢查人員進(jìn)行圖像分析，適用于肉眼無法識別的線缺陷檢查，在線金屬缺陷檢測中具有很高的應(yīng)用價值。

結(jié)語

本文概述了輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了這項技術(shù)的工作模式和特點(diǎn)，分析了輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的技術(shù)需求，引出了其存在的四個尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，并針對這些關(guān)鍵問題，探討了潛在的解決方案，也對未來輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望，可為輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的快速發(fā)展和相關(guān)研究一定的有益參考。

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