基于5G 无人机电力巡维的实现与研究

李瞻宇，陈志林，姚 磊

（中国联合网络通信有限公司东莞市分公司，东莞 523000）

1 引言

电力工业在国民经济发展中起着中流砥柱的角色，尤其随着社会的快速发展与科技的飞速进步，对电力的需要变得越来越大。为此，国家加大对电网的投资建设，但由于我国国土面积辽阔、地形相对复杂，且气象条件较为多变，电网规模的扩张也伴随着日常运维工作的日渐艰难。一旦用电出现问题，不管是日常生活还是商业活动、工业生产都将受到巨大影响。

早期，电力巡检一般以人力巡检方式为主，即派出人员沿输电线路实际巡视检查输电线及电力设备运行情况。对于巡检人员来说，不仅工作环境恶劣，而且面临着一定的风险。无人机技术的发展为输电线路的巡检工作提供了新的平台[1]，将无人机技术应用于电力线路巡检中，不但可以有效降低巡检人员工作强度、提高安全性，还能快速、安全地对线路实施巡检，保障电力运行稳定[2]。

无人机在执行电力巡检工作时，替代工作人员到“需要的地方”去采集“需要的信息”，围绕目标进行360度零死角全方位拍摄，快速地传达给地面工作人员，供他们作分析、判断、制定解决方案。这个回传的过程中，在3G/4G 时代，由于受带宽的限制，无法高清实时的传输，延迟卡顿，采集数据有效性和一致性不佳。本文针对这一情况，先介绍了目前5G 的相关技术，在基于东莞联通开通的5G 基站上，研究了无人机运用5G 技术进行电力巡维的技术方案，并在东莞供电局电力巡维中予以实现，为后续继续深入研究及推广提供了技术支撑。

2 5G 相关技术

2.1 5G 组网方式

5G 组网分为NSA 网络架构（非独立组网）与SA 网络架构（独立组网）[3]。SA 新建5G 基站和5G 核心网，5G 和4G 之间采用互操作方式，5G 终端无需同时接入4G 网络，如图1。NSA 新建5G 基站，采用4G 核心网或新建5G 核心网，5G 和4G 无需互操作，可同时在4G 和5G 网络发起业务，5G 终端需同时接入4G网络，需支持4G/5G 双链接，如图2。

图1 5G独立组网方式（SA）

图2 4G/5G融合组网方式（NSA）

本文中东莞联通5G 的开通就是基于NSA 的组网方式，以新建4G 作为控制面的锚点，4G 基站（eNB）为主站，5G 基站（gNB）为从站，并沿用4G 核心网。

2.2 5G 设备形态

5G 基站分为CU、DU 和AAU 三部分，其中的CU、DU 合设相当于4G 基站的BBU，CU 和DU 既可以集中部署也可以分布式部署。5G 部署初期，5G 设备形态优先选择CU/DU 合设方式，未来随着5G 垂直行业等新业务需求，可基于MEC 边缘云，后续采用CU-DU 分离方式。目前主设备厂家CU、DU 以合设为主，如图3

图3 CU/DU部署灵活，AAU天面部署

本文中开通的5G 基站采用的是CU/DU 合设方式。天线侧采用Massive MIMO 技术，射频模块与天线结合，一体化集成。在与东莞供电局合作开通的5G 站测试时，通过华为CPE 接入5G网络，下行速率达802Mb/s，上行速率达93Mb/s，在为无人机巡航实时高清回传，指导工作人员及时精准的处理发现的情况提供了保障。

3 无人机电力巡维方案

无人机电力巡维过程，引言中有简要提到，具体巡维流程如图4。需要强调的是，为保障任务的顺利进行，巡维流程中的每一步，不管是巡维数据准备阶段、无人机巡维准备阶段、无人机巡维阶段及回收阶段都需要提前精心准备。但在当前的4G 主流网络下，只能支持1K 的图传，视频和图片的清晰度在放大后不够清晰，会错过某些细节检查。而5G 网络可实现上行单用户体验速率100Mb/s 以上，空口时延低于10ms，将使得实时回传视频更加流畅、更加清晰、巡维效果更优，如图5。

图4 无人机巡维流程图

图5 5G无人机巡维示意图

无人机能搭载多种传感器（高清变焦相机、红外相机、夜视相机、激光雷达等），这些传感器通过连入5G 网络的CPE 将视频流回传到流媒体服务器中，巡维人员再通过 PC 从该服务器拉流观看巡查，实现电力线巡查高清视频的即拍即传。多机能协同360度全景拍摄，地面站与管理中心进行内外场协同作业，即时发现问题并进行图像复采集，作业效率显巨提升。

4 变电站5G 远程控制无人机定点巡航实例

实例中无人机为深圳科比特的多旋翼无人机，根据东莞供电局无人机巡维5G 覆盖需求，东莞联通在东莞供电局的将军变电站与立新站巡维中心新增两个华为5G 基站。变电站内各设备通过激光雷达扫描、三维建模，建成三维实景系统，建立了基于GPS 的三维坐标系，无人机能根据这坐标系定位调试自主巡航。控制中心设在立新站巡维中心，东莞供电局变电管理二所管理操作指令。随着操作人员按下“智能一键操作”按钮，将军变电站无人机已按设定的命令巡维，5分钟后，立新巡维中心在调度系统确认“110千伏立将甲线由热备用状态转为冷备用状态”。

传统的操作模式下，110千伏线路操作平均需耗时40分钟，并且需要2名值班人员到站配合操作，而应用5G 无人机配合程序化操作模式，耗时只需5分钟，全过程无需人工干预。5G 无人机根据预设的程序自动实现了工业数据的自动化采集、智能化数据处理，能够自动识别操作步骤，完成设备状态校核，并检查是否正确操作，在确保安全的前提下极大了提高了停送电操作效率。

5 结语

无人机电力巡维在4G 网络时代所受的掣肘，5G 技术的到来已迎刃而解。基于5G 的无人机电力巡维进一步解放了生产力，提升了巡维工作的质量与效率，降低巡检工作投入的人工、财力及物资等成本，为电力企业安全发展提供了重要的技术保障。本文在基于5G 技术上，研究了无人机进行电力巡维的技术方案，并以东莞供电局实现的5G 无人机电力巡维作为实例，为后续继续深入研究及推广提供了理论依据及实践经验。