基于5G 技术的无人机在输电线路巡检的应用分析

周坤 国网宁德供电公司 潘丹 国网福建信通公司 谢静怡 国网福建营销服务中心 刘宇轩 国网宁德供电公司

近年来随着电网规模的不断增大，各个运营商都在不断改善自己的移动通信网络系统，增大信号的覆盖率和可靠性。输电线路作为电力能源传输的重要载体，国家也在不断地加大人力和物力的投入。但就目前来看输电运检人员缺口依然比较大，而且大多依然采用传统的人工巡检模式，存在着巡检质量和效率不高的问题。除此之外输电线路大多建设于山区和高海拔的一些地区，这无疑给输电线路人工巡检造成了很不少困难，难以满足输电线路日常巡检作业。如果将基于5G 技术的无人机应用于输电线路巡检，就能很好地解决人工成本高和输电线路巡检效率比较低的问题。

一、当前输电线路无人机巡检现状分析

随着科技的不断发展，无人机技术也被不断应用于各个领域。在电力行业，无人机更多地被应用于输电线路巡检中，它主要是通过在无人机上搭载的可见光拍摄仪和红外热像仪等设备来实现。使用无人机进行输电线路巡检，其巡检质量和效率相对比较高，人工成本也比较节省，尤其在安全性方面也远远高于人工巡检。目前全国各地都在进行着输电线路无人机巡检试点，从应用效果来看，虽然取得了较好成绩，但也存在着一些比较明显的问题[1]。

输电线路无人机巡检非常考验无人机操作人员的技术含量，它不但要求作业人员需要具备较为专业的无人机操控能力，而且需要具备比较丰富的电力线路巡检相关专业知识。然而作业人员操控无人机水平和电力线路巡检专业涵养度的不同，造成了电力线路巡检效果参差不齐。而且当前无人机大多使用4G、WIFI 或者蓝牙等通信方式，其操控范围容易受到限制，定位的准确度也不是很高，这无疑对无人机的使用范围和传输图像的清晰度有一定地制约作用。虽然输电线路无人机巡检要比人工巡检的效率高出一大截，但它的后续问题也比较多。比如图像比较模糊，数据传输能力比较低，操控距离具有限制性等，这些问题的出现，无法满足当下输电线路无人机智能巡检发展的需求。

二、5G 网络技术特点分析

5G 网络技术作为现在最前端的通信技术，高速性是它最重要的一个特点，相比于4G 网络，5G 具有更快的运行速度。从理论上来说，5G 的运行速度峰值能够达到20Gb/s，能够实现数据的高速传输。5G 速度对于延时性的最低要求是在1 毫秒，这也就说明5G 速度能够瞬时对需要传送的信息做出快速反应，从而进行制动，这样的反应优势应用于无人机，可以使无人机的响应速度更为快速。同时5G 技术厘米级的定位精准度也能够使作业人员对无人机的操控更加精准[2]。因此，将基于5G 技术的无人机应用于输电线路巡检，能够更完美、更充分地发挥5G 技术和无人机技术的作用。

三、输电线路无人机巡检流程分析

输电线路无人机巡检的操作流程主要分为四个阶段：巡检数据准备阶段、无人机巡检准备阶段、无人机巡检阶段以及无人机回收阶段。在输电线路无人机巡检数据准备阶段，主要进行巡检项目的制定、无人机巡检地点的选取以及对无人机巡检阶段的天气进行评估，确认是否保证无人机可以正常工作；无人机巡检准备阶段，主要检查无人机设备的性能状况，是否可以正常进行输电线路巡检作业，是否可以对作业人员的操作指令及时做出反应；无人机巡检阶段主要是对无人机操控人员的技术考验，考验其能否在巡检过程中对无人机飞行状态进行完美操控，对巡检过程中出现的异常问题及时做出反应；无人机回收阶段主要是对通过输电线路无人机巡检所采集的电力设备图像和数据进行分析处理。

四、基于5G 技术的无人机在输电线路巡检的应用分析

将无人机技术和5G 网络技术相结合，利用互联网、人工智能和大数据等进行深度计算分析，同时借助于输电线路巡检提供的精准定位以及高清图片和数据的传输，实现基于5G 技术的无人机在输电线路巡检过程中更智能地应用，使输电线路巡检结果更准确、更高效和更安全。

（一）输电线路无人机巡检的平台系统架构

输电线路无人机巡检的平台架构主要是由感知层、网络层、平台层和应用层四个部分组成。

感知层主要是通过无人机搭载可见光摄像仪、红外热像仪等设备对输电线路图像和数据进行采集，并且使用量角器等软件进行人工图像识别，辨别线路的角度，采集拍摄地点的经纬度和高度，便于工作人员在分析图像数据时，能够得到输电线路设备的位置和所出现问题的准确信息。

网络层就是由5G 网络全面覆盖的应用网络，它能够实现输电线路无人机巡检过程中数据信息的高速传播，从而使无人机对操控人员所发出的指令及时做出反应，对无人机巡检作业过程中所采集的数据及时进行传输。

平台层则是对无人机在巡检作业过程中所传输回来的数据以及图像进行综合整理和分析，并且在平台中进行共享，为解决无人机巡检过程中所发现的问题提供数据支持，以及为后续5G 技术无人机的进一步发展奠基良好基础。

应用层则是基于统一的数据模型和技术标准，服务于无人机的管理以及VR 巡检，全自动巡检和智能联动等微应用的建设。

（二）无人机全自动巡检功能

通过5G 网络技术和无人机技术的相结合，可以实现输电线路无人机全自动化巡检的功能。通过建设无人机全自动机场和输电线路无人机巡检平台相结合，可以实现无人机的自动飞行[3]。同时通过在无人机上装载高倍摄像头，还可以实现无人机自动定点拍照的功能。

作业人员只需要通过输电线路无人机巡检平台，对无人机的操作流程和作业线路进行远程监控，减少了工作人员的工作量和参与度，提高了输电线路巡检的效率，也保证了作业人员的安全性。在输电线路无人机巡检过程中，作业人员可以通过无人机传输回来的数据，清晰地知道和掌握输电线路无人机巡检过程中的作业内容、作业位置以及作业频率等信息[4]。作业人员只需要把操作指令输入到无人机巡检平台中，然后通过5G网络传输给无人机进行作业，自动完成输电线路巡检任务。

基于RTK 技术，通过三维点云航迹规划去实现无人机自主巡检功能。点云采集是通过激光雷达扫描或可见光倾斜摄影技术来实现，它具有精准度高、数据处理速度快和采集方式多样化的优势。利用采集到的点云数据构建三维地图模型，以便提取空间参数，进行精细的输电线路无人机自主巡检航点规划选择。同时利用无人机搭载的高清摄像头对输电线路设备的细节进行拍摄和数据采集，并且传输到边缘物联代理进行智能识别和分析，然后再传输到输电线路无人机巡检平台，生成输电线路无人机巡检报告，使作业人员能够根据报告对输电线路整体安全情况进行评估，对出现问题及时做出解决方案，从而完成输电线路巡检整体工作内容。

（三）无人机VR 巡检功能

在输电线路无人机巡检过程中，作业人员需要对无人机反馈过来的问题进行二次审核。此时就可以通过无人机巡检平台，利用5G 网络技术速度快，延时比较低，精准度比较高的优势，对无人机进行远程操控，打开无人机的VR 程序，在无人机上搭载的全景摄像头，可以使输电线路现场和作业人员在VR 眼镜中观测到的情形实现同步，准确并且及时地将输电线路现场情况进行反映，使作业人员，能够更全面地掌握输电线路运行工况，并且对所发生的问题作出准确的判断和提供合适的检修方法。

（四）无人机智能联动功能

无人机的智能联动是依托于安装在杆塔上的图像监测装置，如果检测到问题，就会通过平台间的数据共享，触发智能联动机制，控制无人机自动进行障碍的清理等操作，从而保证输电线路的安全稳定运行[5]。因为5G 通信技术具有延时度低，精准度高，传输速度快的特点，所以无人机巡检平台可以很快地接收无人机指令，并且很快地向无人机发送指令，使无人机及时做出响应。当无人机发现有异物时，向无人机巡检平台发出异物警告，作业人员根据无人机反馈的情况向无人机发送处理指令，无人机接到指令后，能快速地做出反应，更换搭载设备，锁定异物所在位置，从而进行清理。

除此之外，无人机还可以对输电线路下方非法施工或者是超高车辆强行通过等违规操作进行监督，对违规的车辆或者施工人员进行拍照或者录像保存证据，并将其反馈给输电线路无人机巡检平台，通过工作人员下达指令后，对施工人员和违规车辆进行制止，确保输电线路外部环境的安全。

（五）输电线路竣工验收功能

基于5G 技术的无人机还可以应用于输电线路建设完成后的验收工作。输电线路设施往往比较密集，而且可能出现相互干扰和遮挡的情况。通过无人机上所搭载的激光雷达和红外线等设备，可以对输电线路设备的定位拍摄，从而实现对线路整体进行更全面地检测。同时通过把输电线路细节情况精确地反馈到无人机控制平台，可以加大验收人员对输电线路整体工程的细节把握。除此之外还可以进一步应用基于5G 技术的RTK无人机，通过点高度法测量导线弧垂，保证导线对地面的安全距离。

五、结语

5G 技术和无人机相结合，利用5G 技术的高速度，低延时等优势，大大地弥补了之前输电线路无人机巡检方面的精度低、高延时和可操控范围小的短板。而且基于5G 技术的无人机输电线路巡检上的应用，不仅提高了巡检工作效率，降低了作业人员的工作强度，同时还增加了巡检工作的安全性。

自主化和智能化是无人机未来发展的必然趋势，随着基于5G 技术的无人机的不断发展，可以在输电线路巡检方面进行大规模的应用，保障问题发现的准确性和解决的及时性，实现输电线路巡检智能化和远程作业的需求。在5G 通信技术的支持下真正实现5G 无人机在输电线路自主巡检上的应用，满足不同场景下输电线路巡检的需求。