基于5G技術的無人機在輸電線路巡檢的應用

陳長興

摘 要 近年來，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 應用要點

中圖分類號：TM736;TN96 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）04-0009-02

近年來，電力公司積極采用新型運維方式代替傳統人工巡檢，其中無人機巡檢在輸電線路巡檢中應用較為廣泛，其靈活性強、操作難度低、巡檢效率高、受地域環境影響小等優勢逐漸顯現，但隨著實際的應用，其數據傳輸速率、人員操控、操控范圍等方面的短板也逐漸暴露。目前5G網絡的建設初見成效，基于5G的無人機技術也應用于輸電線路，彌補了無人機應用存在的短板，從而解鎖更多無人機在輸電線路領域的應用場景。

1 當前無人機巡檢存在的問題

隨著無人機技術的成熟，其被廣泛應用于電力、交通、安防等領域。作為電力行業的主要應用場景，輸電線路無人機巡檢在全國各地進行了試點，并取得了較好成績，但也突顯出一些問題，使無人機巡檢無法實現廣泛應用[1]。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500m，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。

2 5G技術特點

5G全稱為第五代移動通信技術，是目前移動通信技術發展的最高峰。5G支持增強型移動寬帶（EnhancedMobile Broadband，eMBB）、海量機器類通信（massiveMachineTypeofCommunication，mMTC）和超高可靠低時延通信（Ultra-relaibleandLowLatencyCommunication，uRLLC）三大類應用場景，在這3類場景下，5G呈現出完全不同于傳統移動通信的特點[1]。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20Gbps，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。

3 5G技術在輸電線路無人機巡檢的應用

3.1 無人機智能聯動

無人機智能聯動是指無人機與桿塔上圖像監測裝置結合，當圖像監測裝置檢測到有問題時，通過平臺間數據共享觸發智能聯動機制，控制無人機自動進行清障、喊話等操作，保障輸電線路運行安全。當無人機巡檢平臺接到可視化平臺推送的通道異物告警后，巡檢平臺將異物位置信息發送到無人機，同時給無人機發送清障指令，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載激光清障器和高清攝像頭，利用5G通信高帶寬、低延時、高精度的特點，準確到達異物位置，并鎖定異物，高能激光束射到目標異物，通過光熱作用將架空線路上的漂浮型異物部位吸收激光導致局部溫度急劇升高后熔化或氣化，從而掉落同理，當輸電線路下方出現未經批準的非法施工或經過超高車輛后，無人機接到指令后自動更換搭載設備，搭載喊話裝置和高清攝像頭，快速到達指定位置，對下方施工人員或車輛司機進行喊話，勒令其停止施工或駛離，并進行錄像保存證據，并將視頻實時回傳至無人機巡檢平臺，運維人員可以通過現場視頻進行備案和責任追尋。

3.2 輸電線路無人機巡檢平臺功能設計

（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。

3.3 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[2]。

3.4 問題識別技術

在相對較早的無人機巡檢技術應用中可知，架空輸電線路巡檢人員一般是操作無人機，利用無人機搭載的攝像設備對線路局部進行拍攝，隨后人工對拍攝圖像進行分析，最終得出判斷結果，確認問題位置、類型、規模等。這種方式確實行之有效，但依舊依賴人工，在人工不穩定性的影響下有可能作出錯誤判斷，同時無人機拍攝圖像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判斷。因此，在現代無人機巡檢技術研發中提出了問題識別技術概念，該項技術主要就是讓無人機系統具備自主判斷問題的能力，根據當前研究成果可知，該項技術已初具雛形，即近些年國家電網公司在物聯網技術支撐下，結合深度神經網絡算法、大數據和圖像識別技術等實現了問題識別技術，使得無人機系統能夠自動分析架空輸電線路上的問題，并生成巡檢報告，免去了人工分析的環節。該項技術的研發時間很短，目前還存在很多缺陷：問題識別中，有相當一部分問題還無法被量化判定，現在使用的深度神經網絡算法在識別問題時容易受問題類型相似性干擾，最終出現誤判，如絕緣子問題識別中，假設絕緣子上有明顯污跡，算法就會根據污跡是否存在、污跡存在位置特征來進行判斷，這時絕緣子附近的污跡也可能被列入算法范圍，受非絕緣子上的污跡影響，算法可能會認為絕緣子上存在污跡，需要進行清理，此類現象還有很多，說明該項技術有待完善;問題分類。即為了保障問題識別技術能順利實施，電科院對架空輸電線路的常見問題進行了分類，大體包括桿塔、導地線、絕緣子、大尺寸金具、小尺寸金具、基礎、通道環境、接地裝置、附屬設施，這是問題識別技術的實施基礎，技術系統可借助缺陷算法來進行分類判斷。

3.5 作業安全管控

無人機巡檢技術在任何應用領域中都需要得到安全管控，這一點在架空輸電線路巡檢中更加重要，稍有不慎是可能損害電路的，甚至會引起一些災害。針對安全管控問題，現代無人機巡檢技術都是嚴格依照國家提出的安全作業標準來實施的，此舉確實大幅提升了技術實施的安全性，但也導致無人機巡檢技術的功效未能充分發揮。這一條件下，為了同時兼顧作業安全管控與無人機應用價值的充分發揮，國內相關組織通過研發得出了無人機可視化綜合管理系統，該系統具備無人機視頻實時回傳、無人機實時管理、遠程操控等功能，能讓無人機在巡檢中保持良好的安全性。但該系統提出的時間比較短，只適用于型號特定的無人機上，且此類無人機一般不滿足架空輸電線路巡檢要求。同時，國內電網公司還在2017年研發提出過無人機巡檢作業飛行數據記錄器、無人機巡檢業務模塊，借助記錄器與業務模塊能實現無人機巡檢作業全過程監管、且沒有明顯的缺陷，因此記錄器與業務模塊至今仍在沿用，其主要研發方向是完善兩者功能[3]。

參考文獻：

[1] 楊小龍，謝曉君.針對高壓輸電線路技術無人機巡檢的運用簡析[J].通訊世界，2019，26（11）：263-264.

[2] 馮薇璽，李清，周子強.輸電線路無人機巡檢智能管理系統的研究與應用[J].數字技術與應用，2019，37（11）：105-107.

[3] 蔡俊卿.淺議5G移動通信技術在電力行業的應用[J].科技風，2018（35）：97.