基于5G技術(shù)的無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用

廖振陸

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，對于電力能源的需求也逐年增加，輸電線路作為電力能源傳輸?shù)闹匾d體，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司也加快輸電線路的建設(shè)，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，但輸電線路運(yùn)維現(xiàn)狀不容樂觀?，F(xiàn)有輸電線路運(yùn)維人員缺口較大，且傳統(tǒng)人工巡檢模式存在巡檢工作強(qiáng)度高、效率低、效果差的問題，加之輸電線路多位于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、遠(yuǎn)離交通干線、人煙稀少的高山大嶺地區(qū)，需要特巡特維的任務(wù)日益增多，輸電線路巡檢工作面臨的問題日益突出。近年來，電力公司積極采用新型運(yùn)維方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢，其中無人機(jī)巡檢在輸電線路巡檢中應(yīng)用較為廣泛，其靈活性強(qiáng)、操作難度低、巡檢效率高、受地域環(huán)境影響小等優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，但隨著實(shí)際的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)傳輸速率、人員操控、操控范圍等方面的短板也逐漸暴露。目前5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)初見成效，基于5G的無人機(jī)技術(shù)也應(yīng)用于輸電線路，彌補(bǔ)了無人機(jī)應(yīng)用存在的短板，從而解鎖更多無人機(jī)在輸電線路領(lǐng)域的應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：5G技術(shù);無人機(jī);輸電線路;巡檢;應(yīng)用

1.5G+無人機(jī)”的技術(shù)特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的無人機(jī)來說，“5G+無人機(jī)”最大的優(yōu)勢在于，為無人機(jī)產(chǎn)品提供了高速率、低功耗、低時延的5G網(wǎng)絡(luò)支撐，這對于改善無人機(jī)圖像信息傳輸質(zhì)量和增強(qiáng)無人機(jī)的遠(yuǎn)距離控制極為重要。傳統(tǒng)類型的無人機(jī)產(chǎn)品，一般使用2.4GHz、5.8GHz頻段無線電頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由遙控端和無人機(jī)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信號很容易受到周圍環(huán)境的干擾和影響。使用了5G網(wǎng)絡(luò)的無人機(jī)產(chǎn)品，一方面，能夠利用大規(guī)模多輸入多輸出（mMIMO）技術(shù)對信號進(jìn)行波束賦形，實(shí)現(xiàn)信號在水平方向和垂直方向的動態(tài)調(diào)整，以增強(qiáng)信號的指向性;另一方面，利用移動邊緣計算技術(shù)（MEC）和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將移動接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)深度融合并有效進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的配置，為無人機(jī)產(chǎn)品提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù);而隨著5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，更有助于實(shí)現(xiàn)對使用5G網(wǎng)絡(luò)無人機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

2.基于5G技術(shù)在輸電線路無人機(jī)巡檢的應(yīng)用

通過對無人機(jī)巡檢的需求和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，結(jié)合無人機(jī)巡檢的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)出輸電線路無人機(jī)巡檢平臺，平臺利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，集成輸電專業(yè)無人機(jī)微應(yīng)用，同時深度融入運(yùn)檢業(yè)務(wù)，根據(jù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)全自動巡檢、VR巡檢和智能聯(lián)動等功能。

2.1輸電線路無人機(jī)巡檢平臺系統(tǒng)架構(gòu)

輸電線路無人機(jī)巡檢平臺系統(tǒng)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層4部分組成。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、數(shù)據(jù)中臺和物聯(lián)管理平臺。4）應(yīng)用層。該層基于業(yè)務(wù)中臺和數(shù)據(jù)中臺統(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)。

2.2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。

2.3功能應(yīng)用

2.3.1無人機(jī)全自動巡檢

利用5G無人機(jī)的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)無人化的全自動巡檢。整套無人機(jī)巡檢裝置包括：5G無人機(jī)、全自動機(jī)場及在無人機(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)巡檢平臺相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自動巡檢。通過輸電線路無人機(jī)巡檢平臺，對無人機(jī)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程操控，記錄無人機(jī)飛行軌跡及操作動作流程，同時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)接到巡檢平臺下達(dá)的巡檢指令后，立即從全自動機(jī)場起飛，按照存儲的飛行軌跡和操作動作指令，完成本次全部飛行任務(wù)和操作動作，此過程中無人機(jī)可以在線路中間的臨時停機(jī)場完成電池的自動更換，以達(dá)到長時間、長距離巡檢的巡檢要求。一般情況下，無人機(jī)搭載的高倍攝像頭完成對輸電線路及其周邊環(huán)境所有關(guān)注細(xì)節(jié)的拍攝工作，將高清照片或視頻通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至邊緣物聯(lián)代理，由邊緣物聯(lián)代理實(shí)現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的智能識別，然后將分析結(jié)果上傳至巡檢平臺，并自動生成巡檢報告從而完成整個全自動巡檢任務(wù)。同時無人機(jī)還可以搭載激光設(shè)備，以月或季度為周期，利用激光點(diǎn)云技術(shù)完成對輸電線路及其周邊的掃描，并通過5G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至巡檢平臺，由巡檢平臺對上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，自動生成巡檢報告，實(shí)現(xiàn)對輸電線路及其周邊環(huán)境的安全評估。

2.3.2無人機(jī)VR巡檢

由于邊緣物聯(lián)代理智能識別準(zhǔn)確率和識別場景的限制，運(yùn)維人員需要對存在問題的圖片和視頻進(jìn)行二次審核，同時需要確認(rèn)輸電線路現(xiàn)場情況，此時可以利用VR技術(shù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)對無人機(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、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，對無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，同時運(yùn)維人員需要佩戴VR眼鏡，通過5G網(wǎng)絡(luò)使現(xiàn)場拍攝視頻與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輸電線路的每個細(xì)節(jié)進(jìn)行巡查，并對周圍環(huán)境進(jìn)行評估。

2.3.3無人機(jī)智能聯(lián)動

無人機(jī)智能聯(lián)動是指無人機(jī)與桿塔上圖像監(jiān)測裝置結(jié)合，當(dāng)圖像監(jiān)測裝置檢測到有問題時，通過平臺間數(shù)據(jù)共享觸發(fā)智能聯(lián)動機(jī)制，控制無人機(jī)自動進(jìn)行清障、喊話等操作，保障輸電線路運(yùn)行安全。當(dāng)無人機(jī)巡檢平臺接到可視化平臺推送的通道異物告警后，巡檢平臺將異物位置信息發(fā)送到無人機(jī)，同時給無人機(jī)發(fā)送清障指令，無人機(jī)接到指令后自動更換搭載設(shè)備，搭載激光清障器和高清攝像頭，利用5G通信高帶寬、低延時、高精度的特點(diǎn)，準(zhǔn)確到達(dá)異物位置，并鎖定異物，高能激光束射到目標(biāo)異物，通過光熱作用將架空線路上的漂浮型異物部位吸收激光導(dǎo)致局部溫度急劇升高后熔化或氣化，從而掉落。同理，當(dāng)輸電線路下方出現(xiàn)未經(jīng)批準(zhǔn)的非法施工或經(jīng)過超高車輛后，無人機(jī)接到指令后自動更換搭載設(shè)備，搭載喊話裝置和高清攝像頭，快速到達(dá)指定位置，對下方施工人員或車輛司機(jī)進(jìn)行喊話，勒令其停止施工或駛離，并進(jìn)行錄像保存證據(jù)，并將視頻實(shí)時回傳至無人機(jī)巡檢平臺，運(yùn)維人員可以通過現(xiàn)場視頻進(jìn)行備案和責(zé)任追尋。

3.結(jié)語

針對無人機(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、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、高延時和操控范圍小等痛點(diǎn)，同時與其他監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動等相關(guān)高級應(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。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋以及相關(guān)技術(shù)的成熟，5G無人機(jī)可以大范圍應(yīng)用于輸電線路巡檢領(lǐng)域，使輸電線路巡檢擺脫環(huán)境、地域和人員等傳統(tǒng)巡檢方式限制，較大程度上提高工作效率，同時保障外破、缺陷等問題的及時發(fā)現(xiàn)。電力公司還可以利用巡檢過程中積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，繼而大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化巡檢任務(wù)，提升邊緣計算能力，進(jìn)一步提升輸電線路巡檢自動化水平，同時促進(jìn)輸電線路巡檢的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

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