5G技術在智能輸電的應用

孟秋實

(廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000)

1 引言

2019年6月，國家工業和信息化部正式發放5G牌照。隨后電網公司在公司層面制定5G+智能電網應用研究工作方案，按照“全網統一部署，統籌安排，試點先行、有序推進”的原則開展5G應用工作。應用工作主要分為業務驗證和業務示范兩個階段，廣州供電局在輸電領域負責兩棲機器人業務驗證以及輸電線路視頻監控等7個場景在廣州市南沙區的應用示范。

本文結合5G技術特點與智能輸電的需求、5G在智能輸電的應用場景以及目前還存在的挑戰三個方面進行探討。

2 背景

2.1 5G技術特點

第五代移動通信技術可以解決未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業務和應用場景，同時與行業深度融合，滿足垂直行業終端互聯的多樣化需求，實現真正的“萬物互聯”，構建社會經濟數字化轉型的基石。5G在設計之初就具備高帶寬、低時延、海量物聯三個特點，國際電信聯盟(ITU) 為 5G 定義了 eMBB(增強移動寬帶)、 mMTC(大規模機器類通信)、 URLLC(低時延高可靠)三大應用場景。

5G 提供定制化的端到端網絡切片服務。網絡切片整體包括接入、傳輸、核心網域切片使能技術，網絡切片標識及接入技術，網絡切片端到端管理技術，網絡切片端到端 SLA 保障技術 4 項關鍵技術。將物理網絡分割成多個端到端的邏輯網絡。提供滿足電力監控系統高安全等級、數據隔離、穩定可靠，業務自主可控等需要。

與4G網絡相比，5G網絡在體驗速率、鏈接密度、時延三個指標上可以達到4G網絡的10倍。

NSA可利用運營商已有的4G核心網，現階段技術發展成熟，基本實現大面積覆蓋，但用戶終端要同時保持與4G及5G基站的雙連接，并且由于NSA核心網還是4G無法發揮5G的廣連接和低延時特性；SA是5G的最終形式可發揮5G的所有特性，但5G核心網需要從頭新建，現階段沒有大范圍覆蓋。

相比于 4G 以人為中心的移動寬帶網絡，5G 網絡將實現真正的“萬物互聯”，并締造出規模空前的新興產業，為移動通信帶來無限生機。物聯網擴展了移動通信的服務范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯，使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業和領域。

2.2 智能輸電

智能輸電線路是南方電網公司2019年5月提出的”智能生產體系“的一部分。主要分為智能巡視、智能操作、智能安全、信息建模四個方面，最終的工作目標是實現輸電線路巡視現場作業100%無人化、輸電線路巡視現場操作無人化、智能安全內嵌、同時實現輸電線路信息在三維模型中的可視化展示與應用。

3 5G在智能輸電的應用場景

3.1 智能巡視

首先是視頻。不論是可見光視頻，還是紅外測溫、紅外山火，亦或是無人機視頻，均對帶寬存在需求。而高帶寬也是5G能夠提供的最直觀的便利。如圖1所示。

圖1 輸電線路視頻監控

目前廣州地區線路視頻監控采用4Gapn傳輸。能實現1080P視頻的高清傳輸。但是為了滿足一百多名線路主人同時觀看多路視頻以及云臺操作靈敏度的使用體驗上的優化，我局視頻監控配置標準是將碼率限制在1000kbps。應用5G網絡，可實現多路1080P傳輸，如表1所示。

表1 傳輸配置比

5G更重要的意義是其真正開啟了智能時代的大門。隨著人工智能的深度應用，AI對視頻、圖像清晰度的要求逐漸提升，5G具備的大帶寬能夠提供更加高清的視頻傳輸能力，清晰度更高的畫面與更豐富的視頻細節將使得AI分析更有用武之地。

相較于前端識別，我們更傾向于通過云端的圖像識別算法，突破前端識別電量、算力、不同算法的限制，集中統一進行已迭代的圖像識別與風險預警。

在視頻設備應用5G的改造上，有兩種方式。一種是加裝5G cpe 或5G物聯網網關，可實現舊設備的改造，直接連入物聯網平臺。另一種方式是在線監測主機中直接集成5G的通信模塊，對于新設備采購可采用這種方式。

利用5G網絡，無人機的視頻可以實現5G實時回傳。現場由無人機進行拍攝，其他同事可通過專家會商系統，在生產監控指揮中心了解現場情況。以前通過4G多卡聚合的方式也可實現，目前我們已在南沙區通過5G網絡實現，視頻效果更好，幾乎沒有卡頓和延遲。5G，4G網絡傳輸值如表2所示。

表2 5G網絡與4G網絡的傳輸速度對比

無人機、直升機的點云數據也可以通過5G直接傳回后臺進行分析，現場計算線數距離等。

還有一種應用場景，就是在跨區、跨省市的出差過程中，機巡產生的大量數據可通過5G進行回傳，通過5G切片網絡，解決無法連接企業內網的問題。

機器人的可見光、紅外視頻同樣需要高帶寬傳輸，實現高清視頻傳輸、可見光及紅外AI智能分析、三維模型同步。

3.2 智能操作

機器人包含控制功能，傳統mesh組網方式無法滿足網絡安全要求。(1)是依賴光纖資源；(2)是形成的AP熱點有一定的網絡安全風險。

對機器人通信模塊進行5G改造，對隧道內進行5G信號覆蓋，利用5G低時延切片網絡可解決控制問題。目前南沙區110kV重魚甲乙線兩棲機器人已完成5G業務驗證，效果良好。如圖2所示，解決了原有110kV線路光纖資源已滿的問題。

圖2 110kV重魚甲乙線兩棲機器人

通過5G網絡，操作人員在辦公室僅需一鍵操作無人機起飛，自動巡視可完成起飛、精細化巡視和通道巡視、降落及數據回傳，將回傳的巡視數據導入缺陷分析系統，即可完成缺陷的分析研判。

3.3 智能安全

基于5G網絡同傳多路視頻，實現單臺設備多角度視頻全景拼接，360°無死角監控施工現場作業安全。

針對地震、雨雪、洪水、故障搶修等災害環境下的電力搶險救災場景，通過應急通信車進行現場支援，5G 可為應急通信現場多種大帶寬多媒體裝備提供自組網及大帶寬回傳能力，與移動邊緣計算等技術像結合，支撐現場高清視頻集群通信、指揮決策。

未來應急通信車將作為現場搶險的重要信息樞紐及指揮中心，需具備自組網能力，配備各種大帶寬多媒體裝備，如無人機、單兵作業終端、車載攝像頭、移動終端等。應急通信車可配備搭載 5G 基站的無人機主站，通過該無人機在災害區域迅速形成半徑在2～6km 的 5G 網絡覆蓋，其余無人機、單兵作業終端等設備可通過接入該無人機主站，回傳高清視頻信息或進行多媒體集群通信。應急通信車一方面作為現場的信息集中點，結合邊緣計算技術(MEC)，實現基于現場視頻監控、調度指揮、綜合決策等豐富的本地應用。

3.4 信息建模

通過5G網絡，實現三維模型在移動端、VR眼鏡的AR展示，支撐現場巡檢、作業過程中的三維臺賬查詢、核對。如圖3所示。

圖3 移動端電纜三維全景查看

4 5G網絡應用輸電線路中存在的問題

目前大部分5G網絡覆蓋范圍內網絡接入方式為NSA,終端要保持與4G及5G基站的雙連接，終端實現方式復雜，功耗與只接入4G相比偏高2～3W，如網絡接入方式升級為SA，終端不用保持雙連接則功耗會降低2～3W，如表3、表4所示。

表3 終端4G，5G網絡測試項對比值

表4 5G功耗的參數，功耗值

輸電線路連接發電廠、變電站，途徑城市、森林、田野、山脈各類地形，盡量避開人口密集區。而5G覆蓋以用戶為主，主要覆蓋在人口密集區域，與線路范圍存在矛盾。

5 結束語

綜上所述，從2014年4G牌照發放發展到2019年6月5G出現，視頻直播、移動互聯網等多方面的蓬勃發展的過程，5G技術給電網企業輸電部門提供了更多的便利，有效的解決了工作中視頻問題。利用無人機跟5G網絡結合替代解決了自動巡視，網絡數據自動收集等問題，提高電網企業的經濟效益。希望通過5G技術不斷更新，能挖掘更多智能輸電功能以幫助企業解決更多的問題。