基于5G網(wǎng)絡的遠程遙控業(yè)務實踐及探索

國網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電有限公司 金燁晨 於岳祥

基于遠程遙控業(yè)務實際，5G網(wǎng)絡的應用對保障操控活動的有效性具有積極影響。結(jié)合遠程遙控業(yè)務的特點，科學探究并落實5G網(wǎng)絡，不僅促使操控人員的控制信號良好地體現(xiàn)在機械設備上，同時操控人員能夠在千里之外對施工現(xiàn)場實現(xiàn)更為充分地了解[1]。

1 5G網(wǎng)絡

與4G技術(shù)相對比，5G技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在速度快，這也是5G網(wǎng)絡最基本的特點。通過提升網(wǎng)絡速度，用戶會具有更為良好的體驗感。同時4G技術(shù)在面對VR以及超高清業(yè)務時，難以滿足其對于速度的要求，而5G技術(shù)能夠確保超高清業(yè)務的良好落實。一般情況下，5G技術(shù)基站峰值要在20GB/s，才能確保相關(guān)業(yè)務的良好落實，這里需要注意的是峰值速度不代表每個用戶所能得到的體驗?；谖覈?G技術(shù)的快速發(fā)展，速度方面還可以進行改進，尚有很大的進步空間。其次，5G技術(shù)還具有泛在網(wǎng)的特點。隨著5G技術(shù)的深入使用，業(yè)務適用范圍得到了相應的拓寬，從而網(wǎng)絡業(yè)務得到了進一步的豐富，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍、更為有效的運用。泛在網(wǎng)具體可以體現(xiàn)為兩個方面：廣泛覆蓋和縱深覆蓋。廣泛覆蓋指的是5G技術(shù)需要全面覆蓋到人類生活的各個區(qū)域，基于5G技術(shù)的全面覆蓋和使用，設置相應的傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境和空氣有效的檢測，5G技術(shù)的檢測價值得到充分的發(fā)揮。縱深覆蓋則指的是在日常生活中隨處可見網(wǎng)絡的存在，但是為了深入挖掘網(wǎng)絡的價值，應該將其落實到更高品質(zhì)的區(qū)域內(nèi)[2]。4G技術(shù)早已經(jīng)實現(xiàn)在眾多行業(yè)、日常生活中大范圍的使用，而通過5G網(wǎng)絡的使用普及，使得之前4G網(wǎng)絡無法滿足的區(qū)域得到相應的改善，網(wǎng)絡品質(zhì)得以充分提升。從這一點來看，相對于速度，5G技術(shù)泛在網(wǎng)的特點更具有挖掘的價值，僅僅服務于小范圍的高速度網(wǎng)絡，無法充分體現(xiàn)出5G技術(shù)未來的發(fā)展價值，也無法讓更多人體驗到5G技術(shù)的服務品質(zhì)。由此可見，5G網(wǎng)絡良好使用的保障為泛在網(wǎng)。最后，5G技術(shù)還有一個很重要的特點為低功耗。當大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)對于5G技術(shù)具有需求時，為了確保5G技術(shù)得到良好使用，就會產(chǎn)生相應的功耗。在通信過程中，所使用的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品產(chǎn)生的能量過多，就會使得用戶產(chǎn)生相應的抵觸，難以得到更廣范圍的落實?；诖?，5G技術(shù)很重要的一個特點就是低功耗。與此同時，低時延也是5G技術(shù)不可忽略的重要特點之一。5G技術(shù)先進運用的一個重要體現(xiàn)就是無人駕駛和工業(yè)自動化。在進行信息交流時，可以接受140ms左右的時延，但如果在無人駕駛或者工業(yè)自動化中，這個時延就無法良好的滿足使用要求了。由此，5G技術(shù)的最低時延要在1ms以內(nèi)，亦或者還要更低，才能確?，F(xiàn)代化作業(yè)的需求得到切實的滿足。基于5G技術(shù)的優(yōu)勢和特點，能夠很好的對應現(xiàn)代機械遠程控制業(yè)務中存在的問題，促使遠程遙控業(yè)務對于穩(wěn)定性和實時性的操控要求得到相應的滿足。通過對遠程遙控業(yè)務中的5G網(wǎng)絡使用進行深入的探索和實踐，能夠確保施工的效率性和工作人員的安全性，從而切實提升項目的完成質(zhì)量[3]。

2 遠程遙控技術(shù)

基于當前社會發(fā)展需求，各種大型工程機械得到了廣泛地使用。面對不同的作業(yè)要求，尤其是危險性比較高的作業(yè)場景，機械操控人員需要體現(xiàn)出更為先進的技術(shù)能力，完善安全防護工作。操控人員在操控控制面板時，處在一個相對封閉的空間內(nèi)，所布及的范圍很小，無法清楚地掌控施工現(xiàn)場更為全面的情況，從而可能會出現(xiàn)操控失誤的問題，施工安全事故的發(fā)生幾率極大地提升。無論是施工質(zhì)量還是現(xiàn)場安全，對于施工作業(yè)來說都是最為重要的，基于這兩點目標，遠程遙控技術(shù)需要達到更高的標準，才能確保更為廣泛的使用。在遠程遙控業(yè)務當中，視頻圖像成為了操控工作的重要保障，通過不斷優(yōu)化圖像的分辨率，并引進VR技術(shù)，促使遠程遙控作業(yè)得到了極大的改善。除此之外，要不斷延伸遠程遙控的距離，從而在面對一些危險性比較高的工作區(qū)域，操控人員也能夠在安全區(qū)域?qū)ζ溥M行良好的操控，而距離的延長就需要更為先進的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)作為支持?，F(xiàn)階段所使用的相關(guān)無線傳輸技術(shù)都具有一定的弊端，比如ZIGBEE、433技術(shù)無法傳輸帶有視頻圖像的數(shù)據(jù)；Wi-Fi技術(shù)很容易受到外部干擾，難以進行長距離數(shù)據(jù)傳輸。

5G網(wǎng)絡作為最新的移動通信技術(shù)，具備eMBB、mMTC、uRLLC業(yè)務。基于5G網(wǎng)絡的遠程遙控業(yè)務通常具有以下特點：第一，系統(tǒng)帶寬大。操控人員在開展遠程機械操作工作時，想要具有更為真實的感知體驗，需要清晰度更高的圖像，這就需要系統(tǒng)帶寬能夠切實滿足這一點要求。5GeMBB業(yè)務的下載速率比較高，通常在4K以上的高清VR顯示要求都能夠切實滿足，從而操控人員對于遠距離施工現(xiàn)場的真實感受得以極大地優(yōu)化。第二，支持范圍廣。點對點遠程技術(shù)在使用時存在一定的弊端，其只能滿足有限范圍內(nèi)的操作作業(yè)。而基于對5G等蜂窩移動通訊的良好使用，通信子系統(tǒng)所能涉及的范圍被極大地拓寬，實現(xiàn)更為遠距離的控制作業(yè)，機械的適用性更高，操控人員的安全需求得到了切實的滿足。蜂窩技術(shù)的使用建立在授權(quán)頻譜上，能夠有效避免信號受到干擾的問題，只要處在無線網(wǎng)絡的環(huán)境下，就能落實良好的機械操作工作。第三，操作時延低。遠程操作時延在合理的范圍內(nèi)，才能促使遠程操控作業(yè)良好開展，操控指令能夠及時的落實到機器中，5G通信系統(tǒng)設計的最小時延能夠保障在1ms內(nèi)，充分滿足了實時性操控的需求[4]。

3 基于5G網(wǎng)絡的遠程遙控業(yè)務實踐

基于對5G技術(shù)和遠程遙控技術(shù)的深入分析可以得知，在5G網(wǎng)絡的推動下，遠程遙控業(yè)務實現(xiàn)了快速地進步以及更為先進的發(fā)展。由此，5G網(wǎng)絡得以良好地落實在各項遠程遙控作業(yè)當中，以某5G遠程遙控項目為例。操作人員距離配電站約為100km，操作人員通過良好利用5G網(wǎng)絡，與位于現(xiàn)場的機器設備進行聯(lián)系，實現(xiàn)對配電開關(guān)/環(huán)網(wǎng)柜、配電線路機器人巡檢的實時操控，并能夠得到現(xiàn)場真實的、全面的信息。

3.1 組織架構(gòu)

在5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)之上完善的遠程遙控方案組織架構(gòu)主要涉及到以下內(nèi)容：配電開關(guān)/環(huán)網(wǎng)柜、配電線路機器人巡檢。配電站與操作區(qū)之間具有100km的距離，在作業(yè)現(xiàn)狀設置配電線路機器人巡檢，其自身具備高清攝像頭。支持5G通信終端以及5G網(wǎng)絡良好落實的設備和技術(shù)分別為CPE設備、NSA組網(wǎng)以及邊緣計算技術(shù)。通過對高清攝像頭以及VR攝像頭的良好使用，對所得的現(xiàn)場高清圖像進行拼接和編碼壓縮，利用5G網(wǎng)絡進行傳輸，操作人員能夠在遠端控制室得到更為全面且高清的現(xiàn)場圖像。通過在配電站設置相應的巡檢機器人，進行相應的巡檢工作，在保障現(xiàn)場得到有效管理的同時，也無需工作人員實際深入到現(xiàn)狀。通常巡檢內(nèi)容包括設置顯示屏的工作參數(shù)，控制人員為機器人發(fā)送相應的指令，而機器人根據(jù)所得到的指令執(zhí)行巡檢工作。操控人員通過對圖像進行相應地分析，并作出相應的操控，5G網(wǎng)絡會將操控人員所下達的控制信號實時傳輸?shù)浆F(xiàn)場的機器設備。其具備相對應的5G通信終端，當終端收到來自遠程控制室的控制信號后，信號在執(zhí)行單元的支持下，實現(xiàn)現(xiàn)場總線信號的良好接收[5]。與此同時，操控人員通過傳感器以及5G網(wǎng)絡，能夠?qū)崟r掌握并清晰配電開關(guān)/環(huán)網(wǎng)柜、配電線路機器人巡檢的工作狀態(tài)。除此之外，環(huán)網(wǎng)柜以往所采用的手動控制，由于環(huán)網(wǎng)柜可能會出現(xiàn)的短路或者爆炸等事故，因此人工操作是很危險的，基于5G網(wǎng)絡的使用，通過遠程遙控的方式，能夠切實保障工作人員的安全性，而遠程遙控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分、合閘的操作，同時可以調(diào)整點控的位置。

3.2 電力巡檢

輸電線的功率損耗程度非常大，當有遠距離輸電需求時，會用到大型電力變壓器，通過提升電壓，從而減小電流，有效避免輸電線路的損失，由此電力巡檢是非常重要的一部分?；?G技術(shù)的運用，配電線路機器人巡檢得到了良好地落實。

機器人依據(jù)提前規(guī)劃的航線進入巡檢點，基于機器人中所具有的高清攝像頭，能夠清楚掌握桿塔上絕緣子、導地線等相關(guān)情況，利用5G網(wǎng)絡傳輸?shù)街腔圻\檢管控應用群。在巡檢的過程中發(fā)現(xiàn)有安全隱患存在后，無人機將會自動反應進行處理，從而有效解決其所具有的問題。通過對三維建模技術(shù)的良好運用，形成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，針對巡檢對象建立健全相應的巡檢檔案，從而有效提升巡檢效率和質(zhì)量。在5G網(wǎng)絡基礎(chǔ)之上，無人機針對相鄰基站進行切換過程中，能夠極大程度上保障切換的連續(xù)性，進而實現(xiàn)對精細的、全面的巡檢工作，同時將拍攝下來的高清視頻圖像傳輸?shù)焦芾砥脚_，智能系統(tǒng)會根據(jù)其進行深入的分析，對其中存在的安全隱患落實深入的分析明確。巡檢機器人其所具有的高清鏡頭能夠確保配電柜上的文字、數(shù)字、指針都得到清晰的呈現(xiàn)，為遠程監(jiān)控中心提供更為精確良好的數(shù)據(jù)信息[6]。通過良好運用巡檢機器人，促使傳統(tǒng)形式下參與巡檢的工作人員解放出來，參與其他任務工作，在切實保障巡檢工作有效性的同時，工作人員的安全也得到了切實的保障。

3.3 性能指標

在遠程操控業(yè)務中的5G網(wǎng)絡使用性能指標包括以下幾個方面：通信帶寬、通信時延、圖像穩(wěn)定。經(jīng)過對相關(guān)設備的分析，其通信帶寬上行速率、下行速率都達到了標準要求?；趯EC的有效建設，端到端時延普遍在15ms以內(nèi)，遠程遙控操控得以切實滿足?；趯?G網(wǎng)絡的有效落實，遠程遙控過程中能夠確保傳輸?shù)膱D像清晰度和穩(wěn)定性，為操控人員提供了充分的支持。相對于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡的優(yōu)勢充分地體現(xiàn)在了帶寬、時延、穩(wěn)定程度等方面，從而控制信號和視頻圖像得到了良好的傳輸。

3.4 效益分析

首先，實用性?；趯?G網(wǎng)絡的充分利用，建立健全相應的工業(yè)無線方案，網(wǎng)絡成本得到有效的降低，同時遠程遙控技術(shù)的涉及范圍得以進一步延伸，從而充分拓展了遠程遙控的運用項目。原有形式下的工業(yè)無線方案所使用的數(shù)傳電臺以及圖傳電臺，所耗費的購置成本很高。同時，通過對VR全景視頻技術(shù)的有效使用，在5G高帶寬能力的基礎(chǔ)上，能夠?qū)F(xiàn)場的實際情況以視頻圖像的方式傳輸給操作人員，從而遠程操控作業(yè)的有效性得到了切實的保障。其次，業(yè)務拓展。該項目作業(yè)方案所使用的是模塊化設計，控制模塊、通信模塊等皆基于通用模塊，而控制信號結(jié)合通用車載CAN總線，能夠良好地遷移到其他形式的遠程控制場景當中。除此之外，社會效益?；?G網(wǎng)絡開展的遠程遙控業(yè)務，在國內(nèi)電力企業(yè)中使用比較少，其優(yōu)勢在于即便在惡劣的環(huán)境下也能實現(xiàn)良好地運用，為之后全面性的無人操作奠定了發(fā)展基礎(chǔ)[7]。操控人員在安全區(qū)域通過對無線設備的使用，對遠距離的配電開關(guān)/環(huán)網(wǎng)柜、配電線路機器人巡檢進行相應的操控，對現(xiàn)場實現(xiàn)全方面的了解。在5G網(wǎng)絡的支持下，只要是在網(wǎng)絡環(huán)境下，就能夠保障遠距離操控的有效性，各種外部因素都不會對其產(chǎn)生沖擊。最后，品牌效應。該項目通過將5G網(wǎng)絡良好落實到遠程遙控業(yè)務當中，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更多客戶，基于5G網(wǎng)絡的使用與更多行業(yè)伙伴建立良好的關(guān)系，而這些都是之后開展業(yè)務的潛在客戶，能夠為企業(yè)帶來更多的效益?；?G網(wǎng)絡，對遠程遙控業(yè)務進行更為深入的探索和實踐，5G產(chǎn)業(yè)鏈得以進一步的完善優(yōu)化，商業(yè)模式逐步成熟。結(jié)合相應的宣傳和包裝，該產(chǎn)業(yè)鏈能夠得到更為良好地發(fā)展，并在企業(yè)內(nèi)形成相應的品牌效應。

結(jié)合當前各項工程實際要求，在遠程遙控業(yè)務中，有效運用5G網(wǎng)絡，對優(yōu)化現(xiàn)代化機械控制具有直接影響。因此，應立足于遠程遙控業(yè)務實際，深入分析5G網(wǎng)絡，推動遠程遙控業(yè)務開展得到充分地的優(yōu)化，無線傳輸?shù)木嚯x得以進一步延伸、信息傳輸?shù)那逦群蛿?shù)量得到相應的提升。