基于5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用

張琪 趙勇峰 李晗洢

摘要：現如今，我國是社會經濟迅猛發展的新時期，5G技術及應用在全球范圍內已進行較多討論和探索，5G賦予的高帶寬、低延時、高精度、寬空域的特點，可以幫助無人機彌補更多短板，同時解鎖更多應用場景滿足輸電線路巡檢的需求。文章利用具備5G通信能力的無人機，在5G網絡環境下實現輸電線路無人機全自動巡檢、無人機VR巡檢及無人機智能聯動等應用場景，能夠真正實現5G無人機在輸電線路巡檢的應用，減少人工成本、提高輸電線路巡檢質量、及時發現輸電線路及其周邊環境存在問題、保障輸電線路運行安全。

關鍵詞：5G;輸電線路巡檢;無人機巡檢;全自動巡檢

引言

近年，伴隨著經濟的快速發展，用電負荷不斷提升，電網規模日益擴大，系統的安全穩定運行尤為重要。但目前輸電線路仍然以人工巡檢為主，效率低、局限性大、人員安全存在隱患，難以滿足輸電線路持續快速增長的需求，因此，智能巡檢是未來電網檢修工作的發展方向和趨勢。無人機是智能巡檢的重要方式之一，電力行業各單位正在大力推廣和應用。

1無人機檢查的優缺點

將無人機設備應用于電網輸電線路檢查可以有效改變以往效率低下和人力資源浪費的問題。目前，無人機檢查處于發展的初級階段，在實際應用中仍然存在一些弊端。一方面，無人機設備的體積小和電容量低，縮短了檢查時間，且難以用于遠距離傳輸線檢查。另一方面，無人機設備的遠程控制范圍小，存在距離限制，且系統相對便宜，因此不能自動識別傳輸線的缺陷。但是，與傳統的手動檢查方法相比，使用無人機檢查傳輸線具有一定的優勢。首先，無人機設備的基礎是自主懸停技術和自定義導航技術，可以防止與傳輸線碰撞，并提高檢查的安全性。其次，它可以有效地分析惡劣天氣下輸電線路中出現的問題，并找出發生問題的地方，以快速解決問題并恢復電路系統。最后，無人機設備分為兩種類型———手動和自動駕駛，使用時可以根據需要選擇合適的類型。在某些應用中，兩種操作方法都可以減少人員的使用，這也提高了檢查的速度和電力公司的經濟效益。

2.5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用

2.1無人機自主巡航

無人機自主巡航是輸電線路無人機智能巡檢技術的核心組成部分。其巡航的區域主要分為塔間區域和近塔區域。目前，輸電線路無人機巡檢并不具備自主或自動巡檢能力，通常采用的方式是：人工預先設定運行的軌跡，然后基于GPS按預定軌跡飛行。該方法存在明顯的不足：（1）無法適應檢測目標或者周圍環境隨時間可能發生的變化，容易發生安全事故。例如，當樹木生長至輸電線路附近時，無人機有較大可能撞上樹木，造成無人機墜毀。（2）該方法對無人機定位的精度有著較高的要求。然而，常用的民用無人機GPS的定位誤差可高達10m。雖然利用載波相位差分技術能克服這一問題，但是該技術需要建立較多的基站，以覆蓋輸電線路所處的較為廣闊的范圍，因而將該項技術應用于輸電線路無人機自主巡航的成本太高，并不切合工程實際。目前，機器視覺技術是解決上述問題的潛在解決方式，也成為了該領域的研究熱點。此外，采用GPS和機器視覺輔助技術的組合導航系統是輸電線路無人機智能巡檢的未來發展趨勢。

2.2巡檢數據分析

巡檢數據分析的目的是利用無人機采集的圖像和視頻數據，及時發現并消除設備缺陷。（1）線路設備本體缺陷：組成線路本體的構件、附件、零部件，包括基礎、桿塔、導地線、絕緣子、金具、接地裝置等本身的缺陷。（2）附屬設施缺陷：指附加在線路本體上的各類標志牌、警告牌及各種技術監測設備、避雷器等出現的缺陷。（3）外部缺陷（隱患）：指外部環境變化對線路安全運行已構成某種潛在性威脅的情況（如在保護區內新建房屋、植樹竹、堆物、取土、線下施工車輛作業等對線路造成的影響）。（4）線路通道內導線對建筑物、樹竹等交叉跨越距離不滿足。線路保護區內有礦區，修建交通設施、建筑物等有高大施工機具和焚燒現象。（5）固定翼無人機具有航速高、覆蓋范圍大、續航時間長等特點，適合應用于災后線路走廊的大范圍普查。通過利用固定翼無人機進行災后勘查，可在短時間內整體掌握線路的整體損失情況，為應急決策提供初步依據。

2.3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。1）首頁。首頁為大屏展示功能，可以提供巡線實時場景展示、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行天數統計、危險點統計、今日巡檢任務統計、無人機巡檢占比統計、本周巡檢任務統計、實時告警及統計等信息的圖表展示功能。2）狀態概覽。提供狀態信息的可視化查看功能，提供線路地圖的多圖層展示，并通過點擊圖層內線路、無人機等圖標，實現線路基本信息、桿塔基本信息、業務告警信息、無人機信息、搭載設備信息、無人機位置信息等信息的查看和顯示功能。3）巡線管理。主要提供基礎參數配置、巡檢軌跡管理、任務管理、巡線記錄和巡線報告等功能，主要為運維人員提供參數、無人機軌跡、任務的設置界面和巡線記錄、巡線報告的查詢界面。4）無人機巡線。主要提供全自動巡檢、VR巡檢和智能聯動的操作和實時監控功能。5）信息管理。信息管理主要提供以關鍵詞、線路、桿塔等信息為篩選條件的搜索功能，實現無人機信息、搭載設備信息、電池信息和告警信息的查詢。6）資產管理。主要提供輸電線路整套系統硬件設備的管理工作，實現線路、桿塔和無人機的基礎信息的全周期綜合管理。7）系統管理。提供平臺基本的數據配置、系統設置、權限管理和系統日志管理等功能。

2.4適用于檢測傳輸線錯誤

無人機在輸電線路故障的檢測中起著重要的作用，無人機主要有三種檢查方法。第一，通過雷達檢測錯誤;第二，通過視頻檢測錯誤;第三，使用紅外檢測錯誤。雷達檢測可以提高對傳輸線的定量測量精度，雷達測距裝置可以準確地測量傳輸線與周圍障礙物之間的距離，為維護和安裝提供參考。在目視檢查中，檢查人員可以通過安裝在無人機上的攝像機拍攝傳輸線，并通過通信模塊將航拍照片或視頻傳輸到地面站的計算機。檢查人員可以借助專業軟件分析傳輸線的實時運行。紅外線檢測技術利用紅外線幫助檢查人員進行圖像分析，適用于肉眼無法識別的線缺陷檢查，在線金屬缺陷檢測中具有很高的應用價值。

結語

本文概述了輸電線路無人機智能巡檢技術的應用現狀，指出了這項技術的工作模式和特點，分析了輸電線路無人機智能巡檢技術的技術需求，引出了其存在的四個尚未解決的關鍵科學和技術問題，并針對這些關鍵問題，探討了潛在的解決方案，也對未來輸電線路無人機智能巡檢技術發展進行了展望，可為輸電線路無人機智能巡檢技術的快速發展和相關研究一定的有益參考。

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