基于5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用

陳新橋 國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司

一、當前無人機巡檢存在的問題

無人機巡檢需要運維人員同時具備電力巡檢和無人機操控的雙重能力，在缺少運維人員的情況下較難實現無人機的廣泛應用，同時運維人員綜合素質參差不齊，給無人機巡檢的質量帶來較大不確定性；由于通信技術的限制，當前無人機使用4G、Wi-Fi 或藍牙等通信方式，帶來空域定位精度低、帶寬小、高延時和操控范圍小等問題，導致傳輸圖像不清晰、無人機誤碰高壓線和墜機等現象。Wi-Fi 點對點的形式，通信距離一般不超過500 m，圖傳能力可達到1080P，每秒30 幀左右；4G 網絡在網絡覆蓋的情況下，不受操控距離的限制，圖傳能力以720P 為主；藍牙傳輸則在傳輸距離和圖傳能力方面均處于最低水平。因此現階段無人機無法完全滿足輸電線路巡檢的需求。

二、5G技術特點

5G 具備高速度、大帶寬、低功耗、低延時、廣連接、高安全和精準定位等特點，使5G 在應用方面具備先天優勢。5G 的理論帶寬可達到20 Gbps，遠高于現在4G 的網絡速度，同時能夠提供毫秒級的傳輸時延和厘米級的定位精度。利用5G 的蜂窩通信技術，在5G 覆蓋范圍內可以與4G 網絡同樣具有不受操控距離限制的能力，但5G 的高帶寬、高速度可以實現的圖傳能力為4K或8K 超高清視頻，真正實現對輸電線路細節的感知。5G 網絡的低延時能力，提供毫秒級的傳輸時延，使無人機響應速度更快，同時厘米級的定位精度，也使對無人機的操控更加精準。利用5G 切片技術，能夠保障每個接入設備連接的安全、速度和帶寬。因此5G 技術與無人機技術相結合，將能夠釋放更多潛力。

三、5G技術在輸電線路無人機巡檢的應用

（一）輸電線路無人機巡檢平臺系統架構

1.感知層

通過無人機及其搭載設備實現圖像信息和傳感信息的采集與匯聚，具備邊緣計算和區域自治能力，實現設備采集信息的就地預處理。

2.網絡層

即5G 網絡節點組成全覆蓋的5G 應用網絡，為無人機及其搭載設備提供高可靠、高安全、高帶寬的數據傳輸通道。

3.平臺層

其將設備管理的專業業務、數據、物聯等共性需求沉淀封裝成共享服務，支撐前端應用創新，包括電網資源業務中臺、數據中臺和物聯管理平臺。

4.應用層

該層基于業務中臺和數據中臺統一服務，在統一數據模型、技術標準和框架下實現輸電專業各類微應用建設。

（二）輸電線路無人機巡檢平臺功能設計

本平臺作為基于5G 網絡的新型無人機巡檢平臺，設計了首頁、狀態概覽、巡線管理、無人機巡線、信息管理、資產管理和系統管理7 類功能，實現線路管理、設備管理、權限管理、任務管理等管理需求，且提供無人機巡檢的操作及監控能力，同時首頁為大屏展示，提供實時圖像、數據、告警信息、線路地圖等信息的展示。

（三）功能應用

1.無人機全自動巡檢

利用5G 無人機的優勢，可以實現無人化的全自動巡檢。整套無人機巡檢裝置包括：5G 無人機、全自動機場及在無人機上搭載高倍攝像頭、激光、紅外線熱成像吊艙、電池等設備。同輸電線路無人機巡檢平臺相結合，可以實現無人機全自動巡檢。

通過輸電線路無人機巡檢平臺，對無人機進行人工遠程操控，記錄無人機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建立巡檢任務。巡檢任務的內容包括線路名稱、線路所屬運維小組、巡檢頻率和巡檢位置等信息。當無人機接到巡檢平臺下達的巡檢指令后，立即從全自動機場起飛，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和操作動作，此過程中無人機可以在線路中間的臨時停機場完成電池的自動更換，以達到長時間、長距離巡檢的巡檢要求。

2.無人機VR 巡檢

由于邊緣物聯代理智能識別準確率和識別場景的限制，運維人員需要對存在問題的圖片和視頻進行二次審核，同時需要確認輸電線路現場情況，此時可以利用VR 技術，通過5G 網絡對無人機進行遠程操控，實現無人機VR 巡檢。

為實現無人機VR 巡檢，在無人機上搭載360°全景攝像頭。利用5G 網絡高速度、大帶寬、低延時、高精度的特點，運維人員可以在中心機房通過輸電線路無人機巡檢平臺，對無人機進行遠程操控，同時運維人員需要佩戴VR 眼鏡，通過5G 網絡使現場拍攝視頻與VR 眼鏡實現同步，自由的進行全方位多角度觀看，使運維人員能夠身臨其境的對輸電線路的每個細節進行巡查，并對周圍環境進行評估。

四、結語

針對無人機在輸電線路巡檢方面的短板，本文提出利用5G 技術的高速度、大帶寬、低延時、廣連接的特點，解決目前無人機巡檢存在的精度低、帶寬小、高延時和操控范圍小等痛點，同時與其他監測設備進行數據共享，實現智能聯動等相關高級應用。目前5G 覆蓋范圍較小，尤其是輸電線路橫跨的偏遠地區，電力公司可以通過與運營商合作加強5G 在電網領域的建設，同時也可以建立小型基站，建立5G 專網，利用5G切片技術按需分配，優化網絡使用環境。