“5G+无人机”输电线路泛在巡检技术应用研究

ComputerScienceandApplication计算机科学与应用,2020,10(8),1518-1525PublishedOnlineAugust2020inHans.://doi.org/10.12677/csa.2020.108159文章引用:李虎,马林,狄娟,原军锋,王汉清.“5G+无人机”输电线路泛在巡检技术应用研究[J].计算机科学与应用,2020,10(8):1518-1525.DOI:10.12677/csa.2020.108159ApplicationResearchofTransmissionLineUbiquitousInspectionTechnologyvia5GUAVHuLi1,LinMa2,JuanDi3,JunfengYuan4,HanqingWang51TransmissionInspectionCenter,StateGridYinchuanPowerSupplyCompany,YinchuanNingxia2OperationManagementCenter,NortheastAirTrafficManagementBureauofCAAC,ShenyangLiaoning3ShanghaiCivilAviationCollege,Shanghai4BeijingXiangfeiNetworkTechnologyCo.,Ltd.,Beijing5BeijingYouyunZhixiangAviationTechnologyCo.,Ltd.,BeijingReceived:Aug.6th,2020;accepted:Aug.21st,2020;published:Aug.28th,2020AbstractThetransmissionlineinspectionworkplaysanimportantroleinthesafeoperationofthepowergrid.Atpresent,UAVsareacceleratingtheintegrationwith5G,Beidou,IoT,AI,bigdataandothernewtechnologies,buildingadigital,intelligenttransmissionlineubiquitousinspectiontechnolo-gysystem,anddeeplyintegratingwiththeapplicationscenariosofsmarttransmissionlines,op-timizingandreconstructingtheUAVpowertransportationinspectiontechnicalsystemandframework,andpromotingtheUAVlineinspectionintotheintelligentinspectionstage.Thispa-perputsforwardtheideaoftransmissionlinegeneralinspectiontechnologyvia5GUAV,andthroughtheactualresearchanddevelopmentapplicationintheconstructionoftheintelligentin-spectionsystemoftransmissionline,itisprovedthatitisfeasibleforultralongdistanceandlowdelaycontrolUAVvia5Gnetworkormultimachinecooperationtocarryoutfullautonomousun-mannedintelligentinspectionoftransmissionline,andcarryoutreal-timefaultdiagnosisandde-fectintelligentanalysis,whichcanimproveoperationsafety,inspectionefficiencyandoperationquality.Itcanprovidepracticalbasisforthein-depthstudyofUAVintelligentinspectionopera-tiontechnologysystem.Keywords5GTechnology,BeidouNavigation,NetworkedUAV,OverheadTransmissionLine,UbiquitousInspectionTechnology,EdgeIntelligentComputing“5G+无人机”输电线路泛在巡检技术应用研究李虎1，马林2，狄娟3，原军锋4，王汉清5李虎等DOI:10.12677/csa.2020.1081591519计算机科学与应用1国网银川供电公司输电运检中心，宁夏银川2民航东北地区空中交通管理局运行管理中心，辽宁沈阳3上海民航职业技术学院，上海4北京享飞网络科技有限公司，北京5北京优云智翔航空科技有限公司，北京收稿日期：2020年8月6日；录用日期：2020年8月21日；发布日期：2020年8月28日摘要输电线路运检工作对电网的安全运行起着至关重要的作用。当前无人机正在加快与5G、北斗、物联网、人工智能、大数据等新技术融合，构建数字化、智能化的输电线路泛在巡检技术体系，并与智慧输电线路应用场景深度融合，优化和重构无人机电力运检技术体系与框架，推动无人机线路巡检进入智慧巡检阶段。文章提出了“5G+无人机”输电线路泛在巡检技术思路，并通过在输电线路智能巡检体系建设中的实际研发应用，证明5G网联无人机超远程低时延控制无人机或多机协同开展输电线路全自主无人智能化巡检，并实时开展故障研判和缺陷智能分析是完全可行，对提高作业安全、巡检效率和作业质量效果显著，为无人机智能巡检作业技术体系的深入研究提供实践依据。关键词5G技术，北斗导航，网联无人机，架空输电线路，泛在巡检技术，边缘智能计算Copyright©2020byauthor(s)andHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY4.0).引言输电线路运检工作对电网的安全运行起着至关重要的作用。当前我国正在大力建设国家智能电网，预计2020年我国输电线路总里程将达到159万Km，这对电网的巡检、维护与保养提出了更高的要求[1][2][3]。传统的输电线路人工巡检方案受环境及天气影响大，工作效率较低并存在一定的人身安全风险，而工业无人机具备携带方便、操作简单、载荷丰富、自动飞行等优点，采用无人机巡检不仅能够发现杆塔异物、绝缘子破损、断股等缺陷，还能够发现金具锈蚀、开口销与螺栓螺帽缺失等人工巡检难以发现的缺陷，无人机近年来在电力系统运维方面得到大力推广和应用[4]。为了应对海量设备连接、移动数据流量爆炸式增长以及不断涌现的各类超低时延新业务和新场景，5G技术应运而生。5G技术作为下一代移动互联网技术，将连接、安全和集中计算的能力带给工业，解决了一直以来阻碍工业企业数字化转型的连接问题。因此，5G被视为未来数字经济时代的关键使能技术和基础设施，将强有力支撑无人驾驶、智能机器人、智能无人机和工业互联网等新场景应用。5G技术在智能电网系统各个环节均有应用前景[1]。基于5G技术的智慧输电线路巡检能实现输电线路设备状态、通道状况、专业数据及人员信息多源融合与全景监控，而“5G+无人机”技术通过在输电线路巡检过程中提供远程和实时控制、高清图像/视频传输、有效的无人机识别和监管以及高精度定位等OpenAccess李虎等DOI:10.12677/csa.2020.1081591520计算机科学与应用功能，可以极大扩展无人机控制信息和采集数据实时传输的通信范围，缩短运检故障排查时间，提升巡检效率和巡检质量，并能产生巨大的效益[5]。“享飞云”是易瓦特科技股份公司研发的一站式无人机电网智能运检云平台，可为电网企业提供全面的无人机电网巡检服务，与电力物联网智能联动，实现设备状态信息集成和数据共享，实现巡检任务智能调度管控，通过无人机搭载多种载荷，实现多机协同巡检作业，视频监控及远程诊断分析、自动巡查，远程操控、数据处理、建模、分析、存储、管理及挖掘。本文结合无人机输电线路巡检应用现状和5G技术，对线路运维应用“5G+无人机”泛在巡检技术作了分析，并结合实际项目和“享飞云”平台对该技术在国家电网某供电公司实际落地应用情况作了详细介绍，展望了未来输电线路泛在巡检技术的应用前景，对行业无人机和电力同行有较好的实际参考意义。2.“5G+无人机”电力泛在巡检技术分析2.1.无人机电力巡检应用现状目前，无人机输电线路巡检最主要有下述三大业务场景：(1)无人机可见光相机精确巡检：无人机可以通过搭载可见光高清拍摄设备，按照巡检要求对杆塔各个巡检部位进行可见光拍摄，通过图片分析缺陷和隐患，从而第一时间进行消缺处置。(2)无人机红外热成像精细化巡检：将红外热成像技术与无人机结合，打破光线和空间的限制，可随时随地捕捉清晰、精准的热图像，找出温度异常部位，迅速锁定出现故障的地方以便及时修复。(3)无人机输电线路通道巡检：输电线路通道环境对高压线路的安全性影响重大，无人机通道巡检主要包括林木检测、山火监控、外力破环检测等，可以准确发现和测量出问题和隐患的位置、高度、距离等信息[3][6]。现阶段无人机电力巡检作业存在主要问题是巡检智能化程度低，巡检质量受运维人员技术水平和外界影响较大，巡检数据分析智能化程度低，准确度和可靠性不满足实用化要求，应用水平难以满足和支撑输电智能运检发展要求。2.2.“5G+无人机”电力泛在巡检关键技术国际电信联盟无线电通信局(ITU-R)定义了5G的三大典型应用场景为：增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低时延通信(uRLLC)和海量大规模连接物联网(mMTC)[7]。其中uRLLC和eMBB应用场景与无人机电力巡检应用紧密相关，uRLLC解决了无人机飞行操控时延敏感性、高可靠性和高稳定性问题，而eMBB的高带宽特性使无人机巡检过程中利用虚拟现实(VR)、在线4K高清画质视频和大流量数据传输等技术成为现实。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航定位系统，在电力行业有着重要的应用价值，可为智能电网、电力物联网、能源互联网的建设提供导航定位、精准授时、短报文通信等服务，是我国能源战略发展的有效支撑手段。比如随着北斗全球卫星导航系统建成，国家电网有限公司将在2020年底前建设1200座电力北斗基站，组成电力北斗精准时空服务网，为全域电力用户提供厘米级实时定位、毫米级事后定位和纳米级授时服务，在重点区域如输电线路沿线、地质灾害高发地区提供厘米级、毫米级定位服务的能力。电力5G应用和北斗应用都是实现智能电网和经济社会发展的新型数字基础设施和重要驱动力量。在电力巡检领域，无人机正在加快与5G、北斗、物联网、人工智能、大数据等新技术融合，为构建数字化、智能化的无人机泛在巡检技术体系奠定基础，并与智慧输电线路应用场景深度融合，优化和重构无人机电力运检技术体系与框架，推动无人机电力巡检进入智慧巡检阶段。李虎等DOI:10.12677/csa.2020.1081591521计算机科学与应用“5G+无人机”电力巡检业务主要覆盖输电段、变电端，泛在巡检技术可用在四大应用场景：(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[8]。采用5G移动网络的网联无人机将带来两方面的改变[9]：一是5G高速率的上下行