基于5G無(wú)人機(jī)在電力輸電線路自動(dòng)巡線的實(shí)現(xiàn)與研究

國(guó)網(wǎng)喀什供電公司 羅 成 謝君鵬

當(dāng)前，我國(guó)通信技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，5G通信技術(shù)成為當(dāng)前主流技術(shù)之一，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)入了5G時(shí)代。無(wú)人機(jī)是較為常用的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)操作無(wú)人機(jī)能夠獲取所需要的內(nèi)容，提升數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度和數(shù)據(jù)獲取效率。通過(guò)將5G通信技術(shù)和無(wú)人機(jī)進(jìn)行融合能夠拓展應(yīng)用范圍，為相關(guān)領(lǐng)域工作活動(dòng)的開(kāi)展提供重要的技術(shù)保障。電力輸電線路巡檢中，5G無(wú)人機(jī)應(yīng)用較為廣泛，能夠針對(duì)輸電線路的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的不穩(wěn)定因素，從而選擇合適的策略進(jìn)行解決，為電力穩(wěn)定供應(yīng)提供了重要的技術(shù)保障。相關(guān)人員需要正確認(rèn)識(shí)5G無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將其合理應(yīng)用在自動(dòng)巡線活動(dòng)中，以此來(lái)提高輸電線路的監(jiān)管效果。

1 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)以及應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)

5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)屬于較為先進(jìn)的技術(shù)類型，利用5G無(wú)人機(jī)針對(duì)輸電線路實(shí)施自動(dòng)化的巡視檢查，可了解輸電線路的運(yùn)行情況和狀態(tài)。5G無(wú)人機(jī)應(yīng)用所需要投入的成本較低，具有較強(qiáng)的安全性，并且適合在各種環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。在應(yīng)用5G無(wú)人機(jī)后能夠及時(shí)將有關(guān)于輸電線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到中心系統(tǒng)中，且5G無(wú)人機(jī)具有兼容性強(qiáng)以及低延時(shí)的優(yōu)勢(shì)，融合了5G通信技術(shù)和無(wú)人機(jī)的功能特點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)人力巡檢工作中存在的問(wèn)題[1]。

5G無(wú)人機(jī)能夠?qū)旊娋€路實(shí)施全方位的檢查，利用拍攝的方式回傳信息，并利用智能化的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以此來(lái)明確輸電線路存在問(wèn)題的解決方式。3G通信技術(shù)以及4G通信技術(shù)在信息回傳過(guò)程中由于回傳數(shù)據(jù)規(guī)模大、類型復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生卡頓或畫(huà)面模糊的問(wèn)題。5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)則解決了這些問(wèn)題，有利于提高工作效率。

1.2 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)的工作效率較高，提升了自動(dòng)巡檢質(zhì)量。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，在各個(gè)偏遠(yuǎn)區(qū)域也開(kāi)始鋪設(shè)了輸電線路。如果在這些區(qū)域?qū)旊娋€路進(jìn)行巡檢，有可能會(huì)給巡檢人員帶來(lái)一定的安全隱患，并且還會(huì)增加成本投入，工作效率較低，影響了巡檢活動(dòng)的有序開(kāi)展。5G無(wú)人機(jī)代替了工作人員，通過(guò)操作無(wú)人機(jī)即可完成巡檢活動(dòng)，并且5G無(wú)人機(jī)飛行速度較快，能夠滿足大范圍輸電線路的巡檢作業(yè)需求。在偏遠(yuǎn)地區(qū)外界環(huán)境普遍較為惡劣，加之惡劣天氣的影響會(huì)使巡檢工作安全問(wèn)題變得愈發(fā)突出。通過(guò)5G無(wú)人機(jī)則可以減少安全隱患，能夠保證工作人員的安全性，只需要在地面操作無(wú)人機(jī)即可。5G無(wú)人機(jī)也能夠按照設(shè)定的線路進(jìn)行自動(dòng)飛行巡檢，在安全范圍內(nèi)完成線路拍攝和信息回傳，避免了5G無(wú)人機(jī)受到其他因素的干擾，提高了巡檢安全性。

1.3 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)

雖然5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)具有較多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是在應(yīng)用過(guò)程中也存在較多的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。電力系統(tǒng)中輸電線路運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，特別是高壓輸電線路附近電磁場(chǎng)處于較為復(fù)雜的狀態(tài)，由于天氣因素或者溫度的影響會(huì)導(dǎo)致其電磁場(chǎng)環(huán)境出現(xiàn)變化，從而影響了5G無(wú)人機(jī)飛行的安全性，有可能會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)失去控制的問(wèn)題。5G無(wú)人機(jī)可以飛行的范圍較大，雖然能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境條件，但如果相關(guān)人員沒(méi)有對(duì)飛行環(huán)境有充分的了解，則難以對(duì)其進(jìn)行有序管理，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行過(guò)程中的安全隱患，影響5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線活動(dòng)的開(kāi)展。在對(duì)5G無(wú)人機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，如果操作不當(dāng)或者不規(guī)范則會(huì)出現(xiàn)難以召回，或者飛行路線變化問(wèn)題，也會(huì)在一定程度上增加安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景

當(dāng)前，5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，在多個(gè)場(chǎng)景均有所應(yīng)用并取得了較好的應(yīng)用效果，相關(guān)人員需要分析在不同場(chǎng)景的應(yīng)用方式，以此來(lái)對(duì)5G無(wú)人機(jī)的飛行模式進(jìn)行調(diào)整，拓展應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)揮5G無(wú)人機(jī)在輸電線路自動(dòng)巡線過(guò)程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1 5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)自主云巡

5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)是將無(wú)人機(jī)聯(lián)入5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)互聯(lián)互通、超視距實(shí)時(shí)控制、多機(jī)協(xié)同飛行、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳等。網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)在5G通信技術(shù)的影響下，出現(xiàn)了較多的變化，主要表現(xiàn)在以下兩方面。一是5G通信技術(shù)具有較強(qiáng)的信息傳輸能力，上下行數(shù)據(jù)傳輸能力較強(qiáng)，能夠滿足無(wú)人機(jī)信號(hào)傳輸?shù)男枨?，保證信號(hào)傳輸可靠性和穩(wěn)定性。通過(guò)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸可以提升5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線活動(dòng)質(zhì)量和效率，符合自動(dòng)巡線安全管理要求，有效避免聯(lián)網(wǎng)失控問(wèn)題的產(chǎn)生，可以隨時(shí)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制。二是5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以為無(wú)人機(jī)的飛行提供轉(zhuǎn)網(wǎng)服務(wù)，有效保證了無(wú)人機(jī)飛行的安全性，可以避免在飛行過(guò)程中出現(xiàn)劫持無(wú)人機(jī)的現(xiàn)象。

2.2 5G遠(yuǎn)程視頻故障診斷

輸電線路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種因素的影響而出現(xiàn)故障問(wèn)題，導(dǎo)致電力正常供應(yīng)受到影響，給電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)制約[3]。給部分輸電線路存在安全隱患，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則有可能會(huì)引發(fā)其他嚴(yán)重的電力事故，因此如何對(duì)輸電線路故障進(jìn)行診斷成了自動(dòng)巡線活動(dòng)中所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。5G通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)容量較大，降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，為巡線視頻業(yè)務(wù)活動(dòng)的開(kāi)展提供幫助，其中超高清視頻是擴(kuò)大5G網(wǎng)絡(luò)商用范圍的重要基礎(chǔ)。

超高清視頻具有大數(shù)據(jù)和高速率的特點(diǎn)，4K視頻在傳輸過(guò)程中速率應(yīng)當(dāng)保持在12Mbps到40Mbps，4G通信技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足傳輸需求，在存儲(chǔ)空間以及延遲等方面不符合技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)5G通信技術(shù)則可有效解決以上問(wèn)題，能夠針對(duì)輸電線路的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定傳輸，及時(shí)利用無(wú)人機(jī)拍攝到輸電線路存在的微小缺陷問(wèn)題，為故障診斷提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用5G通信技術(shù)所具備的高清視頻特點(diǎn)可針對(duì)輸電線路進(jìn)行視頻監(jiān)控，通過(guò)展示現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況評(píng)估輸電線路的故障隱患，從而及時(shí)做好故障排查工作。遠(yuǎn)程故障診斷分析為輸電線路運(yùn)營(yíng)管理提供了重要的幫助，有效提高了輸電線路運(yùn)行可靠性，為電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)作提供了技術(shù)保障。

2.3 5G邊緣智能計(jì)算

圖像智能分析包括多種不同類型的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括圖像分析、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤以及場(chǎng)景識(shí)別等，特別是在融入人工智能技術(shù)后，為智能計(jì)算活動(dòng)的開(kāi)展提供了新的技術(shù)支持，可以及時(shí)對(duì)輸電線路的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析[4]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)輸電線路巡線工作過(guò)程中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，針對(duì)可見(jiàn)光數(shù)據(jù)以及紅外圖像數(shù)據(jù)融入了深層次卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，研究了大量不同圖像的識(shí)別技術(shù)，能夠讓5G無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中及時(shí)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。

例如，施工車輛、絕緣子損壞或者銷釘缺失等隱患都可以利用圖像識(shí)別的方式得出，以此來(lái)了解潛在的隱患問(wèn)題，及時(shí)定位故障區(qū)域，為輸電線路管理提供數(shù)據(jù)支持。移動(dòng)邊緣計(jì)算具體指的是在靠近感知層一側(cè)利用開(kāi)放化平臺(tái)提供相應(yīng)的近端服務(wù)，避免了交互過(guò)程中出現(xiàn)時(shí)間過(guò)高的現(xiàn)象。邊緣智能可以及時(shí)收集感知層的反饋信息，并對(duì)信息進(jìn)行適當(dāng)處理，預(yù)測(cè)之后的行為發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合線路實(shí)物ID信息識(shí)別等交互式現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)，在巡檢過(guò)程中可識(shí)別巡檢部件引導(dǎo)無(wú)人機(jī)調(diào)距和無(wú)人機(jī)云臺(tái)調(diào)姿，對(duì)缺陷及隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和問(wèn)題診斷，提高缺陷識(shí)別的時(shí)效性，

2.4 巡檢圖像文件實(shí)時(shí)回傳

在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中所拍攝的照片普遍清晰度較高，因此其文件較大，并且受到了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠绊?，在?shù)據(jù)采集過(guò)程中會(huì)將所拍攝的圖片存儲(chǔ)到TF卡內(nèi)，利用人為的方式導(dǎo)出。5G通信技術(shù)的應(yīng)用則可以直接將高清照片回傳到系統(tǒng)中，減少了人為操作環(huán)節(jié)，并且可以對(duì)故障或者其他數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，標(biāo)注故障位置，提升了巡檢的活動(dòng)效率。

3 5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 保證飛行安全性

為能夠避免飛行過(guò)程中出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)自動(dòng)安全飛行技術(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化，這樣才能夠保證5G無(wú)人機(jī)平穩(wěn)飛行。一是保證定位精度，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。相關(guān)人員可以利用北斗導(dǎo)航技術(shù)提升定位精度水平，可以對(duì)復(fù)雜的區(qū)域環(huán)境進(jìn)行及時(shí)分析，加強(qiáng)相關(guān)人員對(duì)地形條件的了解程度，讓5G無(wú)人機(jī)能夠做到超低空和超視距的穩(wěn)定飛行。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是在GPS、GLONASS之后的第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)包括空間段、地面段以及用戶段三個(gè)構(gòu)成部分，能夠針對(duì)全球各個(gè)區(qū)域進(jìn)行定位，擁有較好的導(dǎo)航能力和定位能力，授時(shí)精準(zhǔn)度較高，可以達(dá)到10ns。北斗導(dǎo)航技術(shù)、5G通信技術(shù)以及無(wú)人機(jī)技術(shù)的融合，能夠有效提升5G無(wú)人機(jī)飛行的安全性。

二是提升通信質(zhì)量。5G無(wú)人機(jī)工作環(huán)境特殊，雖然5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的信息傳輸能力較強(qiáng)，傳輸速度快，然而由于外界多種因素的影響容易使信號(hào)出現(xiàn)衰落的現(xiàn)象，加之輸電線路電磁干擾問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致通信活動(dòng)出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，或者回傳畫(huà)面出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題，可利用數(shù)據(jù)鏈路中繼系統(tǒng)延長(zhǎng)巡檢距離，提高視頻回傳質(zhì)量，保證通信活動(dòng)正常性。

三是優(yōu)化5G無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)。在自動(dòng)巡線活動(dòng)中，5G無(wú)人機(jī)會(huì)以超低空的方式進(jìn)行飛行，在飛行時(shí)會(huì)受到各種物體的阻擋，如輸電線路導(dǎo)線、樹(shù)木或者丘陵等。如果無(wú)人機(jī)無(wú)法及時(shí)避開(kāi)阻擋的物體，會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)出現(xiàn)墜落或者毀壞的現(xiàn)象，增加巡檢成本投入，應(yīng)當(dāng)針對(duì)避障系統(tǒng)進(jìn)行完善，讓5G無(wú)人機(jī)可以自動(dòng)避開(kāi)障礙。自主雷達(dá)避障系統(tǒng)可以滿足這一要求，能夠?qū)︼w行范圍200m內(nèi)的障礙物進(jìn)行識(shí)別和分析，利用智能化的方式根據(jù)障礙物目標(biāo)的特點(diǎn)選擇合適的避讓策略，可以有效保證飛行安全性。

3.2 改善多傳感自動(dòng)任務(wù)檢測(cè)技術(shù)

一是形成多傳感器集成同步的工作模式。5G無(wú)人機(jī)所使用的傳感器存在單一化的問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)對(duì)多幀圖片進(jìn)行拍攝，這使得所拍攝到的圖片數(shù)據(jù)出現(xiàn)了精度不高的問(wèn)題，影響了后續(xù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果質(zhì)量的提高。利用時(shí)間同步技術(shù)以及位置姿態(tài)系統(tǒng)可以解決這一問(wèn)題，讓無(wú)人機(jī)更加快速地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化5G無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)獲取能力[5]。

二是完善光電吊艙自動(dòng)跟蹤。5G無(wú)人機(jī)在拍照時(shí)吊艙載荷系統(tǒng)也持續(xù)運(yùn)動(dòng)，在這種情況下計(jì)算機(jī)無(wú)法精確指定相關(guān)目標(biāo)，利用光電吊艙的自動(dòng)跟蹤功能則可以做到及時(shí)指向目標(biāo)，保證巡檢信息的收集效率。

三是對(duì)任務(wù)規(guī)劃和控制進(jìn)行優(yōu)化。在自動(dòng)巡線活動(dòng)中，5G無(wú)人機(jī)的應(yīng)用是極其關(guān)鍵的，為了可以提升巡檢自動(dòng)化水平，需要提前做好飛行任務(wù)規(guī)劃。為了能夠保證任務(wù)規(guī)劃和控制的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)研發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，利用傳感裝置對(duì)飛行情況進(jìn)行分析，了解無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中所做出的各種動(dòng)作，以此來(lái)及時(shí)對(duì)5G無(wú)人機(jī)進(jìn)行調(diào)整和控制，提高巡線活動(dòng)的自動(dòng)化水平。傳感裝置可以將所收集到的飛行動(dòng)作數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給相關(guān)系統(tǒng)，操作人員能夠根據(jù)動(dòng)作信息分析其是否處于規(guī)劃的航線中，能夠有效保證巡檢工作質(zhì)量，順利完成巡檢活動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

電力行業(yè)的發(fā)展對(duì)于我國(guó)社會(huì)發(fā)展也有重要影響，是滿足人們?nèi)粘Ｓ秒姷闹匾Ｕ希仨毐ＷC電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。輸電線路在電力系統(tǒng)中占有重要地位，如果沒(méi)有及時(shí)對(duì)輸電線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，則有可能會(huì)引發(fā)斷路或者短路等問(wèn)題的出現(xiàn)，影響電能的正常供應(yīng)。5G無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡線技術(shù)為電力輸電線路巡檢活動(dòng)的開(kāi)展提供了新的技術(shù)支持，在5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)自主云巡、遠(yuǎn)程視頻故障診斷、邊緣智能計(jì)算、巡檢圖像文件實(shí)時(shí)回傳等場(chǎng)景中取得了較好的應(yīng)用效果，進(jìn)一步提高5G無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用效果，可對(duì)無(wú)人機(jī)飛行安全技術(shù)和多傳感自動(dòng)任務(wù)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化，保證5G無(wú)人機(jī)運(yùn)行的安全性和巡視效果。