5G通信技术在输电线路在线监测系统中的应用

宰红斌　高慧勇　王昊　任靓　李亚亮

关键词： 5G 通信技术 输电线路 在线监测 网络覆盖

中图分类号： TM91 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0064-04

傳统的线路巡检方法存在一些问题，如重点区域和施工区域的输电通道无法实现立体巡检、线路运行风险较高等。及时发现输电通道的环境威胁以及高风险目标的自动识别是关键问题。为解决这些问题，本项目利用自有5G 网络，实现输电线路的立体巡检和环境监测，并有效减少了安全风险，提高了线路的可靠性。项目实施后，基于自有5G 网络，具备传输速率高、带宽大和安全的特点。首先，它为现有的外网监测设备提供了高速稳定的网络传输通道，从而满足了精准化巡检、无人机机巢建设、通道三维立体化巡检、新型智能技术应用和线路智能运维等方面的需求。其次，5G 网络改善了现有设备的精准性和及时性，为排查隐患、及时抢修和现场协作等提供了可靠的信息网络支持。最后，自有5G 网络还为后续的在线监测全覆盖、线路通道环境大数据的完善及人工智能输电的发展奠定了信息网络基础。基于5G 专网下固定移动机巢模块的建设，可以对周围可覆盖区域的本系统设备进行巡视监控，并为抢险救灾提供支援。

1 5G通信技术在输电线路在线监测系统中的重要意义和价值

5G 通信技术在输电线路在线监测系统中具有重要的意义和价值，其在传输速率、覆盖范围、网络连接稳定性等方面的优势为实现高效、可靠的线路监测提供了关键支持。首先，5G 通信技术的高速传输能力是其在输电线路在线监测系统中的重要优势之一。5G 网络的传输速率远超过了传统网络技术，能够以更快的速度传输监测数据，实现实时的线路状态监测和故障定位。这种高速传输能力使监测数据可以及时传送到监测中心，快速反应和响应线路异常情况，提高线路故障处理的效率和准确性［1］。其次，5G 通信技术具备广阔的覆盖范围，可以在更大范围内实现线路监测的全面覆盖。传统的线路监测系统往往受限于网络覆盖范围的限制，导致部分区域无法进行有效监测。而5G 网络的高覆盖能力可以解决这一问题，使监测系统能够覆盖更广泛的输电线路，从而实现对整个线路网络的实时监测和管理。此外，5G 通信技术的网络连接稳定性也是其在输电线路在线监测系统中的重要特点之一。传统网络技术往往存在连接不稳定、容易中断的问题，影响了数据的实时传输和监测系统的可靠性。而5G 网络采用了先进的信号处理技术和多频段传输技术，能够提供更稳定的网络连接，有效降低了网络中断的风险，确保了监测数据的及时传输和系统的持续运行。通过5G 通信技术的应用，线路监测系统可以实现实时、准确的线路状态监测，及时发现和定位线路异常情况，有效降低线路故障的风险，提高线路的可靠性和安全性。同时，5G 通信技术的广泛覆盖和稳定连接也为未来的线路监测系统提供了更大的发展空间，为智能化、自动化的线路监测和管理奠定了坚实基础。

2 5G通信技术在输电线路在线监测系统中的难点分析

2.1 网络覆盖不全

网络覆盖不全面是5G 通信技术在输电线路在线监测系统中的一个重要难点。尽管5G 网络在理论上具备广阔的覆盖范围和高速传输能力，但在实际应用中，由于各种因素的限制，目前尚未实现全面覆盖。首先，偏远地区的网络覆盖是一个挑战。由于地理条件复杂、基础设施不完善等原因，偏远地区的网络覆盖相对较弱。在这些地区，5G 基站的建设和覆盖难度较大，导致网络信号不稳定或无法覆盖到位。这使得输电线路在线监测系统无法实现实时数据传输和监测，降低了系统的可靠性和有效性。其次，复杂地形条件也对网络覆盖产生影响。山区、森林、沼泽等复杂地形地貌对无线信号传播产生阻碍，导致信号衰减、多径效应等问题。这些地区的输电线路通常位于较为复杂的地形环境中，如果5G 网络无法克服这些障碍，就无法实现对线路的全面覆盖和监测。最后，建筑物和障碍物的遮挡也会影响5G 网络的覆盖范围。高楼大厦、密集的城市建筑群等都可能成为信号传播的阻碍物，使信号无法穿透或衰减严重。对于沿线有高楼大厦等建筑物的输电线路，5G 网络的覆盖可能会受到限制，影响在线监测系统的正常运行。

2.2 技术成熟度有待提升

技术成熟度有待提升是5G 通信技术在电力行业应用中的一个重要难题。虽然5G 技术已经在商用环境中得到了应用，但是在满足电力行业特殊需求的安全防护机制、网络架构设计等方面，仍然需要进一步验证和完善。首先，针对电力行业的特殊需求，需要开发和验证相应的安全防护机制。电力系统对通信网络的可靠性和安全性有着特殊的要求，因此，在应用5G 通信技术时需要确保通信的安全性，防止潜在的安全威胁和攻击。针对电力行业的特殊需求，需要开发适用于电力行业的安全防护机制，并进行验证和测试，以确保系统的安全性和可靠性［2］。其次，需要深入研究和解决5G 网络在电力行业中的网络架构设计问题。5G网络切片、核心网下沉、超低延迟业务承载等新特性为电力行业的应用提供了新的可能性，但也给现有的电力安全防护架构和网络管理带来了新的挑战。为了满足电力行业的特殊需求，需要进行深入研究和探索，设计符合电力行业要求的网络架构，以实现高效、安全和可靠的通信。最后，需要进行技术验证和实践示范。在5G 技术尚未完全成熟的情况下，需要与电力企业、网络运营商和设备供应商等各方共同合作，开展技术验证和实践示范。通过实际应用和验证，可以进一步了解5G 技术在电力行业中的应用效果和问题，并逐步完善和提升相关的技术成熟度。

2.3 应用配套产业处于培养期

5G 技术的应用需要各个主体的协同合作，包括设备供应商、网络运营商和电力企业等。然而，目前相关的配套产业链和生态系统尚未完全成熟，这给技术的应用和推广带来了一些阻碍和困难。首先，缺乏统一的标准和规范是应用配套产业处于培育期的一个主要问题。5G 技术的应用需要各个环节的配套设备和系统具备互操作性和兼容性，以实现无缝集成和协同工作。然而，在当前阶段，针对电力行业的5G 应用，缺乏统一的标准和规范，导致不同厂商的设备和系统之间存在兼容性问题，限制了技术的推广和应用。其次，配套产业的供应链和产业生态系统尚未形成良好的发展格局。5G 通信技术的应用需要设备供应商、网络运营商和电力企业等各个主体的合作和共同发展。然而，目前在电力行业中相关的配套产业链尚未完全形成，供应链上存在一些薄弱环节和缺乏配套设备的情况，这限制了5G 技术在电力行业中的应用范围和推广速度。最后，缺乏经验和人才储备也是一项挑战。5G 通信技术是一项前沿的技术，需要有相关经验和技术的人才支持。然而，在电力行业中，有5G 技术应用经验的人才相对较少。人才储备不足导致在应用过程中可能会遇到技术难题和困惑，需要更多的人才培养和经验积累来推动技术的发展和应用。

3 5G通信技术在输电线路在线监测系统中的对策

3.1 建设本地化的5G服务器

建设本地化的5G 服务器是为了解决5G 网络覆盖不全面的问题，在输电线路监测系统中确保稳定的通信环境，并保障数据的安全性。首先，需要进行需求分析，确定建设本地化5G 服务器的具体目标和功能。针对输电线路监测系统的需求，确定服务器的容量、带宽需求、安全性要求等关键指标。其次，建设本地化5G 服务器需要搭建相应的基础设施，包括服务器机房、网络设备、通信设备等。机房要满足服务器安装、运行和维护的需求，保证服务器的正常运行和数据的安全存储。建设本地化5G 服务器需要与5G 网络进行连接，以实现与智能监控设备和激光雷达之间的数据互通互联。这包括与网络运营商合作或建设私有网络，确保稳定的5G 信号覆盖到位［3］。再次，在建设本地化5G 服务器时，要重视数据的安全性。采取安全防护措施，包括加密传输、访问控制、数据备份等，确保线路模型数据的保密性和完整性。建设本地化5G 服务器需要进行网络管理和维护工作，包括对服务器进行监控和管理，确保服务器的稳定运行；定期检查和维护网络设备，保证网络的正常运行和安全性。最后，在建设本地化5G 服务器过程中，需要与相关主体进行合作和管理。与网络运营商、设备供应商、电力企业等进行合作，确保服务器的性能和可靠性满足需求，并进行合理的资源管理和协调。通过建设本地化5G 服务器，可以在偏远地区或复杂地形条件下提供稳定的通信环境，保障激光雷达与智能监控设备之间的数据互通互联。同时，采取数据安全保障措施和进行网络管理与维护，确保线路模型数据的安全性和可靠性。通过合作与管理，协同各方力量，共同推进本地化5G 服务器的建设，为输电线路监测系统提供可靠的通信支持。

3.2 建设无人机综合管控

建设无人机综合管控平台是为了解决手控无人机巡检存在的难度和风险问题，提高巡线效率和安全性。

（1）根据输电线路监测的需求，设计无人机综合管控平台的功能。实时回传功能，将无人机采集的数据实时传回平台，供监测人员进行实时分析和判断；远程遥控功能，可以通过平台对无人机进行遥控操作，包括起飞、降落、飞行模式切换等。

（2）为了实现无人机综合管控平台的功能，需要配备相应的硬件设备。包括无人机设备，根据巡线需求选择适当的无人机类型和配置；通信设备，确保平台与无人机之间的可靠通信，即数据传输和指令控制；地面控制设备，提供对无人机的遥控操作和数据接收等功能。

（3）利用线路激光雷达模型库的数据，对无人机的航迹进行规划和优化。根據线路特征和巡检要求，通过算法和模拟，确定最佳的航迹规划方案，确保无人机能够覆盖线路的各个关键部位，并实现高效巡线［4］。此外，通过平台实现无人机采集数据的实时传输和处理。无人机将采集到的数据通过通信设备传输到平台，平台对数据进行实时处理和分析，提供及时的监测结果和报告。

（4）在无人机综合管控平台的建设中，要考虑安全措施和风险管理，包括确保无人机的飞行安全，通过飞行参数监测和遥控操作，预防飞行事故的发生。数据安全保护，采取加密传输和访问控制等措施，防止数据泄露和篡改。通过建设无人机综合管控平台，可以实现无人机的自动化巡线和作业，提高巡线效率和安全性。建设无人机综合管控平台的流程具体如图1所示。

3.3 智能识别算法的应用

应用智能识别算法是为了提高输电线路在线监测系统的自主识别能力，并能够准确识别潜在的运行隐患因素和评估安全裕度［5-6］。建设智能识别算法仓，集成各种智能识别算法，包括图像识别、数据分析、模式识别等。这些算法可以通过对输电线路监测数据的处理和分析，识别出潜在的运行隐患因素，并对线路的安全裕度进行评估，确保输电线路监测系统能够获取到充足的监测数据。通过传感器、激光雷达、无人机等设备采集线路的图像数据、温度数据、振动数据等，然后将这些数据输入智能识别算法仓进行处理和分析。利用智能识别算法对线路监测数据进行处理和分析。图像识别算法可以识别图像中的缺陷、破损、杂物等问题；数据分析算法可以对温度、振动等数据进行模式识别，识别异常情况；模式识别算法可以根据历史数据和模型对线路的状态进行评估。综合考虑这些算法的结果，可以准确地识别出潜在的运行隐患因素，并评估线路的安全裕度。通过不断改进和优化智能识别算法，不断学习和训练，使算法能够适应不同的线路环境和运行情况，提高识别的准确性和可靠性。同时，结合人工智能和机器学习等技术，不断优化算法的性能和效率。通过搭建智能识别算法仓，利用图像识别、数据分析和模式识别等算法，可以提高输电线路在线监测系统的自主识别能力，实现对潜在运行隐患因素的准确识别和安全裕度的评估。这将提高线路监测的效果，降低运行风险，保障电力系统的安全运行。

4 智能识别算法监测系统的案例分析

某电力公司拥有大规模的输电线路网络，为了提高线路的安全性和可靠性，决定在在线监测系统中引入智能识别算法。该系统旨在实现对线路的自主识别和潜在隐患因素的准确识别，以及对线路安全裕度的评估。电力公司与专业的算法团队合作，建设智能识别算法仓库。该仓库集成了多种智能识别算法，包括图像识别、数据分析和模式识别等。算法团队根据输电线路的特点和需求，针对不同的监测数据开发和优化相应的算法。在输电线路上安装传感器、激光雷达和无人机等设备，实时采集线路的图像数据、温度数据、振动数据等。这些数据通过网络传输到智能识别算法仓库进行处理和分析。引入智能识别算法后，线路在线监测系统具备了较强的自主识别能力，能够准确识别线路中的潜在隐患因素，如缺陷、破损、杂物等，及时进行告警和处理。通过智能识别算法，系统能够综合考虑线路的各种因素，对安全裕度进行评估。这有助于电力公司及时发现线路的安全隐患，采取预防性措施，减少事故风险。通过以上方案的实施，该电力公司在输电线路在线监测系统中成功应用智能识别算法，提高了线路的安全性和可靠性，降低了运维成本，实现了更高效的线路监测与维护。

5 结语

5G 通信技术在输电线路在线监测系统中的应用，具有广阔的发展前景。然而，这一应用也面临一些困难和挑战，包括网络覆盖不全面、技术成熟度有待提升和应用配套产业处于培育期等。为了克服这些困难，可以采取一系列对策，如建设本地化5G 服务器以提供稳定的通信环境，建设无人机综合管控平台以提高巡线效率和安全性，以及应用智能识别算法提升自主识别能力和评估线路安全裕度。通过解决这些措施，可以实现输电线路在线监测系统的全面升级，提高线路的安全性和可靠性，降低运维成本，并为电力行业的发展带来更多机遇。随着5G 技术的不断发展和成熟，相信在不久的将来，5G 通信技术将在电力行业的各个领域发挥更大的作用，为电力行业的现代化转型和可持续发展做出重要贡献。