5G技術在變電站無人機巡檢中的應用

徐海奇 呂翠芳 于文海 張文強 余亮亮

摘 要：目前5G在電力領域的應用主要面向輸電、變電、配電、用電4個環節開展，應用場景主要涵蓋了采集監控類業務及實時控制類業務等。現從無人機巡檢新型運維業務的應用出發，結合當前5G技術的大帶寬特性，研究基于5G技術的變電站無人機巡檢解決方案，從而促進變電站內監控、巡檢作業向智能化、可視化、高清化升級，大幅提升變電站的設備巡檢效率。

關鍵詞：變電站;無人機;5G;巡檢

0 引言

目前，隨著社會發展，我國的5G技術愈來愈成熟，可以隨時隨地與網絡進行連接，不僅能耗較少，而且能夠有效緩解數據傳輸卡頓的現象，將5G技術與無人機結合起來，將有較大的發展空間和廣闊的應用前景。在電力行業應用中，變電站內龍門架、導線、絕緣子等設備位處高空，應用無人機巡查[1]，既能避免高空作業的安全風險，又可以360°全視角查看設備細節情況，提高巡視質量，而5G通信技術的應用，將為無人機應用帶來新機遇。

1 無人機巡檢+5G應用

第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Com-munication Technology，簡稱5G）是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡基礎設施。

目前正在廣泛使用的4G網絡在圖片數據傳輸時的最大帶寬只有1K，因此對于細節要求高的場合，圖片傳輸清晰度不足的問題嚴重制約了其高端應用。5G技術理論上可實現帶寬為100 Mb/s以上的單用戶數據傳輸，且其時延僅有10 ms，所以通過5G網絡傳輸的視頻和照片將更加清晰、流暢。當下正在各個場合逐漸普及的多旋翼無人機通過搭載高清攝像機、紅外鏡頭、夜視鏡頭等多種傳感器，可實現不同場合的業務應用[2-3]。在輸電、變電等站端線路，利用CPE設備連入區域5G網絡，將數據流傳輸到對應服務器中，用戶通過PC客戶端登錄服務器進行查看，就能夠實現無人機拍攝的高清視頻和照片的即拍即傳即看[4]。

1.1 ? ?綜合應用解決方案

智能化巡檢集控飛行系統是為電力用戶創新打造的一套以多無人機超視距集控飛行為核心功能的綜合應用解決方案，如圖1所示。智能化巡檢集控飛行系統由集控中心子系統、一體化航飛信服子系統、智能航空站子系統、集控無人機子系統、機載任務系統、輔助網絡與通信子系統和智能化巡檢綜合管控平臺7個部分組成。

該解決方案的核心功能包括多無人機超視距集控飛行、多智能航空站無人值守作業、集中式飛行信息服務等，其包含航飛管理、飛行控制、充換電管理、網絡管理、視頻管理、數據管理、數據傳輸、環境監控、電源管理等功能模塊。該解決方案由一體化航飛信服系統、智能航空站、移動航空站、機載任務系統、集控飛行座艙等核心產品構成，可按用戶應用配置需求，量身定制具體實施方案，搭建最契合用戶實際需求的實戰化無人機集控飛行作業系統。該解決方案采用模塊化設計，各前端模塊既可以單獨使用，又可以與其他模塊組網應用，解決不同行業無人機飛行作業的集控飛行系列問題。

在變電站等電力設施場所部署智能航空站或移動航空站，可以實現風電設備、輸電線路及變電站的智能化巡檢，在智能航空站部署的管控區域內實現輸電線路通道巡檢、桿塔精細化巡檢及管控區域內的變電站設施精細化巡檢功能。采用5G無人機集控飛行的巡檢模式，大大節省了人力成本，提高了巡檢效率，有效解決了巡檢無人機統一調度指揮、數據實時回傳、數據分析等問題，切實保障了巡檢無人機及電力設施的安全。

1.2 ? ?網絡通信方案

當前的4G網絡只能支持1K的圖傳，對于某些細節檢查，視頻和圖片的清晰度明顯不足，而5G網絡可實現上行單用戶體驗速率100 Mb/s以上，空口時延10 ms，將使得實時視頻更加流暢、更加清晰，巡查效果更優。

無人機智能航空站可提供多種網絡連接模式，通過輔助網絡與通信子系統提供多種管理方式、自由選擇。無人機具體各連接方式情況如表1所示。

1.3 ? ?視頻傳輸拓撲結構

視頻傳輸拓撲結構如圖2所示，變電站智能巡檢無人機和無人機集控地面站部署在變電站內，圖像信息加密后，通過5G網絡發送。解密后，可在電力系統內網訪問進行展示。其中編碼器將無人機提供的視頻信號轉換為視頻流，并向云端服務器推送視頻;5G CPE通過5G網絡為編碼器提供低延遲、高帶寬的穩定傳輸環境;公網云端服務器通過云端服務器接收視頻流，轉儲后重新編碼，用戶再通過PC從該服務器拉流觀看巡查。

“無人機+5G”巡檢可以預先設定好無人機巡檢航線，無人機現場巡檢的實時圖像、視頻可以實時傳輸到主控室，供運維人員分析處理。同時，無須人力現場“盯梢”，大幅提高了變電站運維質量和效率，降低了電力員工工作強度，減少了工作風險。

2 智能無人機巡檢應用

采用智能航空站控制具有RTK功能的無人機，搭配SDK二次開發的專業電力飛巡軟件作為地面遙控站，整套系統即可成為變電站無人機智能巡檢的主要飛巡工具。通過手動飛行記錄飛行空間航跡、云臺姿態信息，生成自主飛巡航跡，將航跡導入變電站三維實景模型，查看其相對位置，模擬飛巡路線，可適當編輯修改。此后可將航跡通過無人機集控系統導入無人機，實現一鍵起飛、全自主飛巡、成果影像自動回傳等。

智能巡檢無人機具有操控靈活、可多角度調節視角等特點，可對變電站設備從不同空間角度進行巡視檢查，能夠彌補固定機位的不足，例如，通過智能巡檢無人機能發現高空金具缺陷，如圖3所示。與此同時，智能巡檢無人機能夠在降低運維人員巡視工作強度的基礎上，有效提高高空金具類設備缺陷檢出率，防止因人員疏忽、技能欠缺、巡視角度限制等情況造成的缺陷未及時發現現象。

3 結語

“5G+無人機”的使用充分利用了5G網絡數據傳輸快、視頻/圖片數據流清晰度高的特點和無人機巡檢全方位、多角度的優點，實現了變電站內設備巡檢的智能化和全景化。由于設定了無人機安全起飛的氣象實時監測條件，在無須人工干預的情況下，無人機可自動完成計劃巡檢任務，真正實現了電力巡檢成本低、維護費用低以及安全性能高的目標。

另外，5G無人機的使用不僅使電力巡檢速度大幅提升，還有效解決了自然條件的局限問題，實現了不同任務、不同組合優化運行的不同操作機制，優化了5G無人機在電力巡檢方面的應用效果。

[參考文獻]

[1] 吳文博，唐艷.“5G+無人機”的應用與發展問題研究[J].中國無線電，2021（4）：71-72.

[2] 李瞻宇，陳志林，姚磊.基于5G無人機電力巡維的實現與研究[J].數字通信世界，2019（7）：57.

[3] 張敏，冉碧珍，楊鳳.泛在電力物聯網及5G技術在電網中的應用淺析[J].科學技術創新，2020（1）：77-78.

[4] 羅澤雄，劉秀，羅志勇，等.高精度無人機在變電站巡檢中的應用[J].工程技術研究，2020，5（23）：244-245.

收稿日期：2021-08-27

作者簡介：徐海奇（1990—），男，甘肅武威人，碩士研究生，工程師，研究方向：變電站運維、電網智能運維技術。