基于5G无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究

国网喀什供电公司 罗 成 谢君鹏

当前，我国通信技术发展速度不断加快，5G通信技术成为当前主流技术之一，推动社会进入了5G时代。无人机是较为常用的一种监测技术，通过操作无人机能够获取所需要的内容，提升数据精准度和数据获取效率。通过将5G通信技术和无人机进行融合能够拓展应用范围，为相关领域工作活动的开展提供重要的技术保障。电力输电线路巡检中，5G无人机应用较为广泛，能够针对输电线路的运行情况进行监测和分析，及时发现电网系统运行过程中存在的不稳定因素，从而选择合适的策略进行解决，为电力稳定供应提供了重要的技术保障。相关人员需要正确认识5G无人机的特点和优势，将其合理应用在自动巡线活动中，以此来提高输电线路的监管效果。

1 5G无人机自动巡线技术以及应用特点

1.1 5G无人机自动巡线技术

5G无人机自动巡线技术属于较为先进的技术类型，利用5G无人机针对输电线路实施自动化的巡视检查，可了解输电线路的运行情况和状态。5G无人机应用所需要投入的成本较低，具有较强的安全性，并且适合在各种环境中进行应用。在应用5G无人机后能够及时将有关于输电线路的运行数据上传到中心系统中，且5G无人机具有兼容性强以及低延时的优势，融合了5G通信技术和无人机的功能特点，改变了传统人力巡检工作中存在的问题[1]。

5G无人机能够对输电线路实施全方位的检查，利用拍摄的方式回传信息，并利用智能化的方式对数据进行分析和处理，以此来明确输电线路存在问题的解决方式。3G通信技术以及4G通信技术在信息回传过程中由于回传数据规模大、类型复杂，经常会产生卡顿或画面模糊的问题。5G无人机自动巡线技术则解决了这些问题，有利于提高工作效率。

1.2 5G无人机自动巡线技术应用优势

5G无人机自动巡线技术的工作效率较高，提升了自动巡检质量。当前，我国电网建设规模持续扩大，在各个偏远区域也开始铺设了输电线路。如果在这些区域对输电线路进行巡检，有可能会给巡检人员带来一定的安全隐患，并且还会增加成本投入，工作效率较低，影响了巡检活动的有序开展。5G无人机代替了工作人员，通过操作无人机即可完成巡检活动，并且5G无人机飞行速度较快，能够满足大范围输电线路的巡检作业需求。在偏远地区外界环境普遍较为恶劣，加之恶劣天气的影响会使巡检工作安全问题变得愈发突出。通过5G无人机则可以减少安全隐患，能够保证工作人员的安全性，只需要在地面操作无人机即可。5G无人机也能够按照设定的线路进行自动飞行巡检，在安全范围内完成线路拍摄和信息回传，避免了5G无人机受到其他因素的干扰，提高了巡检安全性。

1.3 5G无人机自动巡线技术应用风险

虽然5G无人机自动巡线技术具有较多应用优势，但是在应用过程中也存在较多的风险问题。电力系统中输电线路运行环境较为复杂，特别是高压输电线路附近电磁场处于较为复杂的状态，由于天气因素或者温度的影响会导致其电磁场环境出现变化，从而影响了5G无人机飞行的安全性，有可能会导致其出现失去控制的问题。5G无人机可以飞行的范围较大，虽然能够适应恶劣环境条件，但如果相关人员没有对飞行环境有充分的了解，则难以对其进行有序管理，无法及时发现飞行过程中的安全隐患，影响5G无人机自动巡线活动的开展。在对5G无人机进行操作时，如果操作不当或者不规范则会出现难以召回，或者飞行路线变化问题，也会在一定程度上增加安全风险[2]。

2 5G无人机自动巡线技术实现应用场景

当前，5G无人机自动巡线技术应用较为广泛，在多个场景均有所应用并取得了较好的应用效果，相关人员需要分析在不同场景的应用方式，以此来对5G无人机的飞行模式进行调整，拓展应用场景，发挥5G无人机在输电线路自动巡线过程中的应用优势。

2.1 5G网联无人机自主云巡

5G网联无人机是将无人机联入5G网络，实现无人机互联互通、超视距实时控制、多机协同飞行、数据实时回传等。网联无人机在5G通信技术的影响下，出现了较多的变化，主要表现在以下两方面。一是5G通信技术具有较强的信息传输能力，上下行数据传输能力较强，能够满足无人机信号传输的需求，保证信号传输可靠性和稳定性。通过数据的稳定传输可以提升5G无人机自动巡线活动质量和效率，符合自动巡线安全管理要求，有效避免联网失控问题的产生，可以随时对无人机进行控制。二是5G网络切片技术可以为无人机的飞行提供转网服务，有效保证了无人机飞行的安全性，可以避免在飞行过程中出现劫持无人机的现象。

2.2 5G远程视频故障诊断

输电线路在运行过程中会受到各种因素的影响而出现故障问题，导致电力正常供应受到影响，给电网系统稳定运行带来制约[3]。给部分输电线路存在安全隐患，如果没有及时发现，则有可能会引发其他严重的电力事故，因此如何对输电线路故障进行诊断成了自动巡线活动中所关注的重点内容。5G通信技术网络容量较大，降低了网络时延，为巡线视频业务活动的开展提供帮助，其中超高清视频是扩大5G网络商用范围的重要基础。

超高清视频具有大数据和高速率的特点，4K视频在传输过程中速率应当保持在12Mbps到40Mbps，4G通信技术已经无法满足传输需求，在存储空间以及延迟等方面不符合技术指标的标准。通过5G通信技术则可有效解决以上问题，能够针对输电线路的各类数据进行稳定传输，及时利用无人机拍摄到输电线路存在的微小缺陷问题，为故障诊断提供了数据基础。利用5G通信技术所具备的高清视频特点可针对输电线路进行视频监控，通过展示现场的实际情况评估输电线路的故障隐患，从而及时做好故障排查工作。远程故障诊断分析为输电线路运营管理提供了重要的帮助，有效提高了输电线路运行可靠性，为电网系统的正常运作提供了技术保障。

2.3 5G边缘智能计算

图像智能分析包括多种不同类型的业务应用，包括图像分析、目标检测、目标跟踪以及场景识别等，特别是在融入人工智能技术后，为智能计算活动的开展提供了新的技术支持，可以及时对输电线路的相关运行数据进行计算和分析[4]。当前，国内外针对输电线路巡线工作过程中的大量数据进行了研究，针对可见光数据以及红外图像数据融入了深层次卷积神经网络模型，研究了大量不同图像的识别技术，能够让5G无人机在飞行过程中及时对各种数据进行分析和判断。

例如，施工车辆、绝缘子损坏或者销钉缺失等隐患都可以利用图像识别的方式得出，以此来了解潜在的隐患问题，及时定位故障区域，为输电线路管理提供数据支持。移动边缘计算具体指的是在靠近感知层一侧利用开放化平台提供相应的近端服务，避免了交互过程中出现时间过高的现象。边缘智能可以及时收集感知层的反馈信息，并对信息进行适当处理，预测之后的行为发展趋势。结合线路实物ID信息识别等交互式现场作业技术，在巡检过程中可识别巡检部件引导无人机调距和无人机云台调姿，对缺陷及隐患进行实时识别和问题诊断，提高缺陷识别的时效性，

2.4 巡检图像文件实时回传

在无人机飞行过程中所拍摄的照片普遍清晰度较高，因此其文件较大，并且受到了网络传输的影响，在数据采集过程中会将所拍摄的图片存储到TF卡内，利用人为的方式导出。5G通信技术的应用则可以直接将高清照片回传到系统中，减少了人为操作环节，并且可以对故障或者其他数据进行记录，标注故障位置，提升了巡检的活动效率。

3 5G无人机自动巡线技术优化策略

3.1 保证飞行安全性

为能够避免飞行过程中出现安全风险，需要对自动安全飞行技术进行完善和优化，这样才能够保证5G无人机平稳飞行。一是保证定位精度，对导航系统进行优化。相关人员可以利用北斗导航技术提升定位精度水平，可以对复杂的区域环境进行及时分析，加强相关人员对地形条件的了解程度，让5G无人机能够做到超低空和超视距的稳定飞行。北斗导航系统是我国自主研发的卫星定位系统，是在GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗导航系统包括空间段、地面段以及用户段三个构成部分，能够针对全球各个区域进行定位，拥有较好的导航能力和定位能力，授时精准度较高，可以达到10ns。北斗导航技术、5G通信技术以及无人机技术的融合，能够有效提升5G无人机飞行的安全性。

二是提升通信质量。5G无人机工作环境特殊，虽然5G网络通信技术的信息传输能力较强，传输速度快，然而由于外界多种因素的影响容易使信号出现衰落的现象，加之输电线路电磁干扰问题，会导致通信活动出现中断的现象，或者回传画面出现模糊的现象。为解决这一问题，可利用数据链路中继系统延长巡检距离，提高视频回传质量，保证通信活动正常性。

三是优化5G无人机避障系统。在自动巡线活动中，5G无人机会以超低空的方式进行飞行，在飞行时会受到各种物体的阻挡，如输电线路导线、树木或者丘陵等。如果无人机无法及时避开阻挡的物体，会导致无人机出现坠落或者毁坏的现象，增加巡检成本投入，应当针对避障系统进行完善，让5G无人机可以自动避开障碍。自主雷达避障系统可以满足这一要求，能够对飞行范围200m内的障碍物进行识别和分析，利用智能化的方式根据障碍物目标的特点选择合适的避让策略，可以有效保证飞行安全性。

3.2 改善多传感自动任务检测技术

一是形成多传感器集成同步的工作模式。5G无人机所使用的传感器存在单一化的问题，无法及时对多帧图片进行拍摄，这使得所拍摄到的图片数据出现了精度不高的问题，影响了后续数据分析结果质量的提高。利用时间同步技术以及位置姿态系统可以解决这一问题，让无人机更加快速地获取相关数据，强化5G无人机的数据获取能力[5]。

二是完善光电吊舱自动跟踪。5G无人机在拍照时吊舱载荷系统也持续运动，在这种情况下计算机无法精确指定相关目标，利用光电吊舱的自动跟踪功能则可以做到及时指向目标，保证巡检信息的收集效率。

三是对任务规划和控制进行优化。在自动巡线活动中，5G无人机的应用是极其关键的，为了可以提升巡检自动化水平，需要提前做好飞行任务规划。为了能够保证任务规划和控制的质量应当研发相应的系统软件，利用传感装置对飞行情况进行分析，了解无人机在飞行过程中所做出的各种动作，以此来及时对5G无人机进行调整和控制，提高巡线活动的自动化水平。传感装置可以将所收集到的飞行动作数据及时传输给相关系统，操作人员能够根据动作信息分析其是否处于规划的航线中，能够有效保证巡检工作质量，顺利完成巡检活动。

4 结语

电力行业的发展对于我国社会发展也有重要影响，是满足人们日常用电的重要保障，必须保证电力系统运行的稳定性。输电线路在电力系统中占有重要地位，如果没有及时对输电线路进行监测和管理，则有可能会引发断路或者短路等问题的出现，影响电能的正常供应。5G无人机自动巡线技术为电力输电线路巡检活动的开展提供了新的技术支持，在5G网联无人机自主云巡、远程视频故障诊断、边缘智能计算、巡检图像文件实时回传等场景中取得了较好的应用效果，进一步提高5G无人机技术的应用效果，可对无人机飞行安全技术和多传感自动任务检测技术进行完善和优化，保证5G无人机运行的安全性和巡视效果。