5G無人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)在電力輸電線路巡檢的實(shí)現(xiàn)策略

蔣 暢,陳鳳翔,謝皓凌,石 蕾,顧 澤,李文濤

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司輸電運(yùn)行檢修分公司,貴州 貴陽 550002)

0 引言

伴隨我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升,人們對(duì)電力能源的應(yīng)用需求也在逐年增加。輸電線路作為電力能源傳輸?shù)闹匾窂?電網(wǎng)公司對(duì)于輸電線路的建設(shè)工作呈現(xiàn)逐年增加的發(fā)展趨勢(shì),當(dāng)前我國輸電線路運(yùn)維狀況并不佳。我國輸電線路運(yùn)維人員數(shù)量缺口極大,多數(shù)輸電線路建設(shè)位于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、遠(yuǎn)離交通干線的區(qū)域,人工巡檢模式存在巡檢強(qiáng)度高、巡檢工作效率低及巡檢效果差的情況,加之特巡特維任務(wù)的不斷增加,電力輸電線路巡檢工作所面臨的發(fā)展問題愈發(fā)凸顯。5G技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的有效連接,妥善解決數(shù)據(jù)傳輸卡頓的問題。輸電線路中無人機(jī)巡檢活動(dòng)的開展具備靈活性強(qiáng)、操作難度低以及巡檢效率高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。5G技術(shù)與無人機(jī)的有效結(jié)合,可充分結(jié)合二者的應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢(shì),有效彌補(bǔ)無人機(jī)巡檢工作開展的應(yīng)用短板問題,確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全平穩(wěn)性,為我國人民群眾提供更加優(yōu)質(zhì)的電力資源。

1 無人機(jī)輸電線路巡檢

無人機(jī)電力輸電線路日常巡檢方法主要是由紅外巡視、可見光巡視以及激光雷達(dá)巡視等多種巡視方法構(gòu)成[1]?？梢姽庋惨暦绞绞菬o人機(jī)常用的巡視方法,借助可見光攝像頭進(jìn)行錄像以及照片的拍攝,將輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)快速及時(shí)地傳遞給工作人員。無人機(jī)巡視的拍照順序?yàn)椤跋日w后局部、從上到下、從左到右”,以此為基礎(chǔ)獲得輸電線路的詳細(xì)信息[2]。

電力輸電線路巡視過程中,無人機(jī)線路觀察的核心內(nèi)容為線路本體以及附屬設(shè)施,工作人員可按照相關(guān)實(shí)際需求對(duì)線路銅套以及線路外部環(huán)境進(jìn)行有效觀察,充分滿足不同條件下的輸電線路巡視需求[3]。

2 5G無人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)在電力輸電線路巡檢的具體應(yīng)用

2.1 5G無人機(jī)自動(dòng)巡線平臺(tái)系統(tǒng)

第一,感知層。使用無人機(jī)及搭載設(shè)備對(duì)圖像信息及傳感信息進(jìn)行采集、匯總,其所具備的邊緣計(jì)算能力能會(huì)對(duì)采集信息就地預(yù)處理。

第二,網(wǎng)絡(luò)層。5G網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所組成的全覆蓋5G應(yīng)用網(wǎng)絡(luò),能夠?yàn)闊o人機(jī)以及搭載設(shè)備提供安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。

第三,平臺(tái)層。將設(shè)備管理中的專業(yè)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)以及物聯(lián)等共性需求沉淀封裝成為共享服務(wù),支撐前端應(yīng)用創(chuàng)新。

第四,應(yīng)用層。在業(yè)務(wù)中臺(tái)以及數(shù)據(jù)中臺(tái)統(tǒng)一服務(wù)前提下,借助統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及框架開展輸電專業(yè)各類微應(yīng)用的建設(shè)工作。

2.2 5G無人機(jī)全自動(dòng)巡檢活動(dòng)

5G無人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)應(yīng)用過程中,所應(yīng)用的無人機(jī)巡檢裝置為5G無人機(jī)、全自動(dòng)機(jī)場、高倍攝像頭、激光、紅外線熱成像吊艙等設(shè)備,在與輸電線路無人巡檢平臺(tái)充分結(jié)合的前提下,繼而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自動(dòng)巡檢需求[4]。5G無人機(jī)自動(dòng)巡檢期間可在線路中間的臨時(shí)停車場完成電池自動(dòng)更換需求,繼而有效滿足長時(shí)間、長距離的輸電線路自動(dòng)巡檢需求。

5G無人機(jī)所搭載的高倍攝像頭對(duì)輸電線路以及周邊環(huán)境內(nèi)關(guān)注的細(xì)節(jié)開展拍攝工作,借助5G網(wǎng)絡(luò)將高清照片以及視頻傳輸至邊緣物聯(lián)代理平臺(tái),由邊緣物聯(lián)代理對(duì)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能化識(shí)別,將分析結(jié)果上傳至巡檢平臺(tái),在完成自動(dòng)生成巡檢保后完成全自動(dòng)巡檢任務(wù)。無人機(jī)在進(jìn)行激光設(shè)計(jì)搭載期間,需要以月、季度作為周期,利用激光點(diǎn)云技術(shù)完成輸電線路以及周邊環(huán)境進(jìn)行掃描,利用5G網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)將上傳至巡檢平臺(tái),同時(shí)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3 5G無人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)有效應(yīng)用至電力輸電線路巡檢的策略

3.1 提升5G無人機(jī)自動(dòng)飛行技術(shù)

5G無人機(jī)在開展電力自動(dòng)巡檢活動(dòng)中,巡檢地形一旦出現(xiàn)復(fù)雜多變情況時(shí),為了保障5G無人機(jī)在各種地形條件下進(jìn)行超低空、超視距安全飛行,需要借助高精度導(dǎo)航定位技術(shù),利用差分定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)改正觀測(cè)誤差。5G無人機(jī)能提供高精度的差分定位結(jié)果,將定位精度提高至厘米級(jí),繼而為5G無人機(jī)的自動(dòng)安全飛行提供相應(yīng)保障。

第一,確保無人機(jī)飛行期間通信的正常性,5G無人機(jī)在開展自動(dòng)巡檢活動(dòng)期間,巡檢工作環(huán)境具備一定的特殊性。雖然5G網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸速度相較于4G網(wǎng)絡(luò)有了極大的改善,但也會(huì)受到地形阻擋、多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落的影響,繼而出現(xiàn)通信中斷、回傳信息清晰度不夠的情況。5G無人機(jī)需要通過數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)為5G無人機(jī)電力巡檢長距離、超視距飛行實(shí)時(shí)開展視頻回傳活動(dòng),確保5G無人機(jī)在巡檢過程中通信系統(tǒng)的正常性。

第二,優(yōu)化5G無人機(jī)的避障系統(tǒng)。5G無人機(jī)在開展電力巡檢活動(dòng)期間,需要借助超低空飛行開展實(shí)時(shí)信息的獲取、回傳活動(dòng),但5G無人機(jī)在飛行過程中極易受到電力線路導(dǎo)線、鐵塔以及樹木等物體的影響。因此,需要對(duì)5G無人機(jī)的避障系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,借助自主雷達(dá)避障系統(tǒng)對(duì)于無人機(jī)200 m以內(nèi)的飛行障礙進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別以及自主避障,確保5G無人機(jī)超低空的飛行安全。

第三,制定科學(xué)合理的無人機(jī)航跡規(guī)劃。工作人員需要對(duì)電力輸電線路巡檢地區(qū)的電力模型以及地形數(shù)據(jù)開展全面性的了解,以此為基礎(chǔ)制定科學(xué)合理的無人機(jī)飛行計(jì)劃,確保5G無人機(jī)飛行的安全性,提升電力輸電線路自動(dòng)巡檢效率。

3.2 提升5G無人機(jī)多傳感自動(dòng)任務(wù)檢測(cè)技術(shù)水平

為了提高5G無人機(jī)在電力巡檢過程中的數(shù)據(jù)獲取能力,需要借助時(shí)間同步技術(shù)以及位置姿態(tài)系統(tǒng),對(duì)準(zhǔn)多傳感數(shù)據(jù)時(shí)間坐標(biāo)以及空間坐標(biāo)[5]。

第一,開展高精度位置測(cè)量活動(dòng)。為了提升5G無人機(jī)的多傳感信息獲取能力,利用高精度POS系統(tǒng)為無人機(jī)吊艙提供高精度的位置基準(zhǔn),為5G無人機(jī)的慣性穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)精確性的指向。

第二,不斷完善光電吊艙的自動(dòng)跟蹤。5G無人機(jī)在對(duì)巡檢目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確性拍照與成像期間,均發(fā)生在吊艙載荷系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,也因此相機(jī)、視頻攝像機(jī)無法精準(zhǔn)地進(jìn)行巡檢目標(biāo)制定,借助雙閉環(huán)控制策略實(shí)現(xiàn)吊艙的自動(dòng)跟蹤,實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢信息的有效收集與回傳。

第三,開展精準(zhǔn)化的任務(wù)規(guī)劃與任務(wù)控制活動(dòng)。需要將設(shè)計(jì)的任務(wù)計(jì)劃導(dǎo)入5G無人機(jī)任務(wù)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備檢測(cè)任務(wù)的自動(dòng)執(zhí)行活動(dòng)。同時(shí),通過任務(wù)規(guī)劃以及任務(wù)控制軟件,讓無人機(jī)在飛行過程中利用傳感器檢測(cè)動(dòng)作的自動(dòng)化執(zhí)行,幫助5G無人機(jī)有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢工作任務(wù)。

4 結(jié)語

伴隨5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的全面性覆蓋,將5G無人機(jī)應(yīng)用至輸電線路巡檢活動(dòng)中,可讓輸電線路巡檢活動(dòng)有效擺脫環(huán)境、地域、人員對(duì)線路巡檢所帶來的制約,最大限度地提升輸電線路巡檢的工作效率。為此需有效應(yīng)用5G無人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù),進(jìn)一步提升無人機(jī)的輸電線路巡視能力,發(fā)揮5G技術(shù)以及無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì),滿足輸電線路的未來線路巡檢要求,加快輸電線路巡檢活動(dòng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。