基于5G技术的无人机在输电线路巡检的应用

陈长兴

摘 要 近年来，5G技术及应用在全球范围内已进行较多讨论和探索，5G赋予的高带宽、低延时、高精度、宽空域的特点，可以帮助无人机弥补更多短板，同时解锁更多应用场景满足输电线路巡检的需求。文章利用具备5G通信能力的无人机，在5G网络环境下实现输电线路无人机全自动巡检、无人机VR巡检及无人机智能联动等应用场景，能够真正实现5G无人机在输电线路巡检的应用，减少人工成本、提高输电线路巡检质量、及时发现输电线路及其周边环境存在问题、保障输电线路运行安全。

关键词 5G 输电线路巡检 无人机巡检 应用要点

中图分类号：TM736;TN96 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）04-0009-02

近年来，电力公司积极采用新型运维方式代替传统人工巡检，其中无人机巡检在输电线路巡检中应用较为广泛，其灵活性强、操作难度低、巡检效率高、受地域环境影响小等优势逐渐显现，但随着实际的应用，其数据传输速率、人员操控、操控范围等方面的短板也逐渐暴露。目前5G网络的建设初见成效，基于5G的无人机技术也应用于输电线路，弥补了无人机应用存在的短板，从而解锁更多无人机在输电线路领域的应用场景。

1 当前无人机巡检存在的问题

随着无人机技术的成熟，其被广泛应用于电力、交通、安防等领域。作为电力行业的主要应用场景，输电线路无人机巡检在全国各地进行了试点，并取得了较好成绩，但也突显出一些问题，使无人机巡检无法实现广泛应用[1]。无人机巡检需要运维人员同时具备电力巡检和无人机操控的双重能力，在缺少运维人员的情况下较难实现无人机的广泛应用，同时运维人员综合素质参差不齐，给无人机巡检的质量带来较大不确定性;由于通信技术的限制，当前无人机使用4G、Wi-Fi或蓝牙等通信方式，带来空域定位精度低、带宽小、高延时和操控范围小等问题，导致传输图像不清晰、无人机误碰高压线和坠机等现象。Wi-Fi点对点的形式，通信距离一般不超过500m，图传能力可达到1080P，每秒30帧左右;4G网络在网络覆盖的情况下，不受操控距离的限制，图传能力以720P为主;蓝牙传输则在传输距离和图传能力方面均处于最低水平。因此现阶段无人机无法完全满足输电线路巡检的需求。

2 5G技术特点

5G全称为第五代移动通信技术，是目前移动通信技术发展的最高峰。5G支持增强型移动宽带（EnhancedMobile Broadband，eMBB）、海量机器类通信（massiveMachineTypeofCommunication，mMTC）和超高可靠低时延通信（Ultra-relaibleandLowLatencyCommunication，uRLLC）三大类应用场景，在这3类场景下，5G呈现出完全不同于传统移动通信的特点[1]。5G具备高速度、大带宽、低功耗、低延时、广连接、高安全和精准定位等特点，使5G在应用方面具备先天优势。5G的理论带宽可达到20Gbps，远高于现在4G的网络速度，同时能够提供毫秒级的传输时延和厘米级的定位精度。利用5G的蜂窝通信技术，在5G覆盖范围内可以与4G网络同样具有不受操控距离限制的能力，但5G的高带宽、高速度可以实现的图传能力为4K或8K超高清视频，真正实现对输电线路细节的感知。5G网络的低延时能力，提供毫秒级的传输时延，使无人机响应速度更快，同时厘米级的定位精度，也使对无人机的操控更加精准。利用5G切片技术，能够保障每个接入设备连接的安全、速度和带宽。因此5G技术与无人机技术相结合，将能够释放更多潜力。

3 5G技术在输电线路无人机巡检的应用

3.1 无人机智能联动

无人机智能联动是指无人机与杆塔上图像监测装置结合，当图像监测装置检测到有问题时，通过平台间数据共享触发智能联动机制，控制无人机自动进行清障、喊话等操作，保障输电线路运行安全。当无人机巡检平台接到可视化平台推送的通道异物告警后，巡检平台将异物位置信息发送到无人机，同时给无人机发送清障指令，无人机接到指令后自动更换搭载设备，搭载激光清障器和高清摄像头，利用5G通信高带宽、低延时、高精度的特点，准确到达异物位置，并锁定异物，高能激光束射到目标异物，通过光热作用将架空线路上的漂浮型异物部位吸收激光导致局部温度急剧升高后熔化或气化，从而掉落同理，当输电线路下方出现未经批准的非法施工或经过超高车辆后，无人机接到指令后自动更换搭载设备，搭载喊话装置和高清摄像头，快速到达指定位置，对下方施工人员或车辆司机进行喊话，勒令其停止施工或驶离，并进行录像保存证据，并将视频实时回传至无人机巡检平台，运维人员可以通过现场视频进行备案和责任追寻。

3.2 输电线路无人机巡检平台功能設计

（1）首页。首页为大屏展示功能，可以提供巡线实时场景展示、多线路多图层可视化展示等图像展示功能，同时还可以提供安全运行天数统计、危险点统计、今日巡检任务统计、无人机巡检占比统计、本周巡检任务统计、实时告警及统计等信息的图表展示功能。（2）状态概览。提供状态信息的可视化查看功能，提供线路地图的多图层展示，并通过点击图层内线路、无人机等图标，实现线路基本信息、杆塔基本信息、业务告警信息、无人机信息、搭载设备信息、无人机位置信息等信息的查看和显示功能。（3）巡线管理。主要提供基础参数配置、巡检轨迹管理、任务管理、巡线记录和巡线报告等功能，主要为运维人员提供参数、无人机轨迹、任务的设置界面和巡线记录、巡线报告的查询界面。（4）无人机巡线。主要提供全自动巡检、VR巡检和智能联动的操作和实时监控功能。（5）信息管理。信息管理主要提供以关键词、线路、杆塔等信息为筛选条件的搜索功能，实现无人机信息、搭载设备信息、电池信息和告警信息的查询。（6）资产管理。主要提供输电线路整套系统硬件设备的管理工作，实现线路、杆塔和无人机的基础信息的全周期综合管理。（7）系统管理。提供平台基本的数据配置、系统设置、权限管理和系统日志管理等功能。

3.3 无人机VR巡检

由于边缘物联代理智能识别准确率和识别场景的限制，运维人员需要对存在问题的图片和视频进行二次审核，同时需要确认输电线路现场情况，此时可以利用VR技术，通过5G网络对无人机进行远程操控，实现无人机VR巡检。为实现无人机VR巡检，在无人机上搭载360°全景摄像头。利用5G网络高速度、大带宽、低延时、高精度的特点，运维人员可以在中心机房通过输电线路无人机巡检平台，对无人机进行远程操控，同时运维人员需要佩戴VR眼镜，通过5G网络使现场拍摄视频与VR眼镜实现同步，自由的进行全方位多角度观看，使运维人员能够身临其境的对输电线路的每个细节进行巡查，并对周围环境进行评估[2]。

3.4 问题识别技术

在相对较早的无人机巡检技术应用中可知，架空输电线路巡检人员一般是操作无人机，利用无人机搭载的摄像设备对线路局部进行拍摄，随后人工对拍摄图像进行分析，最终得出判断结果，确认问题位置、类型、规模等。这种方式确实行之有效，但依旧依赖人工，在人工不稳定性的影响下有可能作出错误判断，同时无人机拍摄图像存在清晰度等方面的缺陷，人工不一定能作出判断。因此，在现代无人机巡检技术研发中提出了问题识别技术概念，该项技术主要就是让无人机系统具备自主判断问题的能力，根据当前研究成果可知，该项技术已初具雏形，即近些年国家电网公司在物联网技术支撑下，结合深度神经网络算法、大数据和图像识别技术等实现了问题识别技术，使得无人机系统能够自动分析架空输电线路上的问题，并生成巡检报告，免去了人工分析的环节。该项技术的研发时间很短，目前还存在很多缺陷：问题识别中，有相当一部分问题还无法被量化判定，现在使用的深度神经网络算法在识别问题时容易受问题类型相似性干扰，最终出现误判，如绝缘子问题识别中，假设绝缘子上有明显污迹，算法就会根据污迹是否存在、污迹存在位置特征来进行判断，这时绝缘子附近的污迹也可能被列入算法范围，受非绝缘子上的污迹影响，算法可能会认为绝缘子上存在污迹，需要进行清理，此类现象还有很多，说明该项技术有待完善;问题分类。即为了保障问题识别技术能顺利实施，电科院对架空输电线路的常见问题进行了分类，大体包括杆塔、导地线、绝缘子、大尺寸金具、小尺寸金具、基础、通道环境、接地装置、附属设施，这是问题识别技术的实施基础，技术系统可借助缺陷算法来进行分类判断。

3.5 作业安全管控

无人机巡检技术在任何应用领域中都需要得到安全管控，這一点在架空输电线路巡检中更加重要，稍有不慎是可能损害电路的，甚至会引起一些灾害。针对安全管控问题，现代无人机巡检技术都是严格依照国家提出的安全作业标准来实施的，此举确实大幅提升了技术实施的安全性，但也导致无人机巡检技术的功效未能充分发挥。这一条件下，为了同时兼顾作业安全管控与无人机应用价值的充分发挥，国内相关组织通过研发得出了无人机可视化综合管理系统，该系统具备无人机视频实时回传、无人机实时管理、远程操控等功能，能让无人机在巡检中保持良好的安全性。但该系统提出的时间比较短，只适用于型号特定的无人机上，且此类无人机一般不满足架空输电线路巡检要求。同时，国内电网公司还在2017年研发提出过无人机巡检作业飞行数据记录器、无人机巡检业务模块，借助记录器与业务模块能实现无人机巡检作业全过程监管、且没有明显的缺陷，因此记录器与业务模块至今仍在沿用，其主要研发方向是完善两者功能[3]。

参考文献：

[1] 杨小龙，谢晓君.针对高压输电线路技术无人机巡检的运用简析[J].通讯世界，2019，26（11）：263-264.

[2] 冯薇玺，李清，周子强.输电线路无人机巡检智能管理系统的研究与应用[J].数字技术与应用，2019，37（11）：105-107.

[3] 蔡俊卿.浅议5G移动通信技术在电力行业的应用[J].科技风，2018（35）：97.