基于5G技术的无人机在输电线路巡检的应用

张琪 赵勇峰 李晗洢

摘要：现如今，我国是社会经济迅猛发展的新时期，5G技术及应用在全球范围内已进行较多讨论和探索，5G赋予的高带宽、低延时、高精度、宽空域的特点，可以帮助无人机弥补更多短板，同时解锁更多应用场景满足输电线路巡检的需求。文章利用具备5G通信能力的无人机，在5G网络环境下实现输电线路无人机全自动巡检、无人机VR巡检及无人机智能联动等应用场景，能够真正实现5G无人机在输电线路巡检的应用，减少人工成本、提高输电线路巡检质量、及时发现输电线路及其周边环境存在问题、保障输电线路运行安全。

关键词：5G;输电线路巡检;无人机巡检;全自动巡检

引言

近年，伴随着经济的快速发展，用电负荷不断提升，电网规模日益扩大，系统的安全稳定运行尤为重要。但目前输电线路仍然以人工巡检为主，效率低、局限性大、人员安全存在隱患，难以满足输电线路持续快速增长的需求，因此，智能巡检是未来电网检修工作的发展方向和趋势。无人机是智能巡检的重要方式之一，电力行业各单位正在大力推广和应用。

1无人机检查的优缺点

将无人机设备应用于电网输电线路检查可以有效改变以往效率低下和人力资源浪费的问题。目前，无人机检查处于发展的初级阶段，在实际应用中仍然存在一些弊端。一方面，无人机设备的体积小和电容量低，缩短了检查时间，且难以用于远距离传输线检查。另一方面，无人机设备的远程控制范围小，存在距离限制，且系统相对便宜，因此不能自动识别传输线的缺陷。但是，与传统的手动检查方法相比，使用无人机检查传输线具有一定的优势。首先，无人机设备的基础是自主悬停技术和自定义导航技术，可以防止与传输线碰撞，并提高检查的安全性。其次，它可以有效地分析恶劣天气下输电线路中出现的问题，并找出发生问题的地方，以快速解决问题并恢复电路系统。最后，无人机设备分为两种类型———手动和自动驾驶，使用时可以根据需要选择合适的类型。在某些应用中，两种操作方法都可以减少人员的使用，这也提高了检查的速度和电力公司的经济效益。

2.5G技术的无人机在输电线路巡检的应用

2.1无人机自主巡航

无人机自主巡航是输电线路无人机智能巡检技术的核心组成部分。其巡航的区域主要分为塔间区域和近塔区域。目前，输电线路无人机巡检并不具备自主或自动巡检能力，通常采用的方式是：人工预先设定运行的轨迹，然后基于GPS按预定轨迹飞行。该方法存在明显的不足：（1）无法适应检测目标或者周围环境随时间可能发生的变化，容易发生安全事故。例如，当树木生长至输电线路附近时，无人机有较大可能撞上树木，造成无人机坠毁。（2）该方法对无人机定位的精度有着较高的要求。然而，常用的民用无人机GPS的定位误差可高达10m。虽然利用载波相位差分技术能克服这一问题，但是该技术需要建立较多的基站，以覆盖输电线路所处的较为广阔的范围，因而将该项技术应用于输电线路无人机自主巡航的成本太高，并不切合工程实际。目前，机器视觉技术是解决上述问题的潜在解决方式，也成为了该领域的研究热点。此外，采用GPS和机器视觉辅助技术的组合导航系统是输电线路无人机智能巡检的未来发展趋势。

2.2巡检数据分析

巡检数据分析的目的是利用无人机采集的图像和视频数据，及时发现并消除设备缺陷。（1）线路设备本体缺陷：组成线路本体的构件、附件、零部件，包括基础、杆塔、导地线、绝缘子、金具、接地装置等本身的缺陷。（2）附属设施缺陷：指附加在线路本体上的各类标志牌、警告牌及各种技术监测设备、避雷器等出现的缺陷。（3）外部缺陷（隐患）：指外部环境变化对线路安全运行已构成某种潜在性威胁的情况（如在保护区内新建房屋、植树竹、堆物、取土、线下施工车辆作业等对线路造成的影响）。（4）线路通道内导线对建筑物、树竹等交叉跨越距离不满足。线路保护区内有矿区，修建交通设施、建筑物等有高大施工机具和焚烧现象。（5）固定翼无人机具有航速高、覆盖范围大、续航时间长等特点，适合应用于灾后线路走廊的大范围普查。通过利用固定翼无人机进行灾后勘查，可在短时间内整体掌握线路的整体损失情况，为应急决策提供初步依据。

2.3输电线路无人机巡检平台功能设计

本平台作为基于5G网络的新型无人机巡检平台，设计了首页、状态概览、巡线管理、无人机巡线、信息管理、资产管理和系统管理7类功能，实现线路管理、设备管理、权限管理、任务管理等管理需求，且提供无人机巡检的操作及监控能力，同时首页为大屏展示，提供实时图像、数据、告警信息、线路地图等信息的展示。1）首页。首页为大屏展示功能，可以提供巡线实时场景展示、多线路多图层可视化展示等图像展示功能，同时还可以提供安全运行天数统计、危险点统计、今日巡检任务统计、无人机巡检占比统计、本周巡检任务统计、实时告警及统计等信息的图表展示功能。2）状态概览。提供状态信息的可视化查看功能，提供线路地图的多图层展示，并通过点击图层内线路、无人机等图标，实现线路基本信息、杆塔基本信息、业务告警信息、无人机信息、搭载设备信息、无人机位置信息等信息的查看和显示功能。3）巡线管理。主要提供基础参数配置、巡检轨迹管理、任务管理、巡线记录和巡线报告等功能，主要为运维人员提供参数、无人机轨迹、任务的设置界面和巡线记录、巡线报告的查询界面。4）无人机巡线。主要提供全自动巡检、VR巡检和智能联动的操作和实时监控功能。5）信息管理。信息管理主要提供以关键词、线路、杆塔等信息为筛选条件的搜索功能，实现无人机信息、搭载设备信息、电池信息和告警信息的查询。6）资产管理。主要提供输电线路整套系统硬件设备的管理工作，实现线路、杆塔和无人机的基础信息的全周期综合管理。7）系统管理。提供平台基本的数据配置、系统设置、权限管理和系统日志管理等功能。

2.4适用于检测传输线错误

无人机在输电线路故障的检测中起着重要的作用，无人机主要有三种检查方法。第一，通过雷达检测错误;第二，通过视频检测错误;第三，使用红外检测错误。雷达检测可以提高对传输线的定量测量精度，雷达测距装置可以准确地测量传输线与周围障碍物之间的距离，为维护和安装提供参考。在目视检查中，检查人员可以通过安装在无人机上的摄像机拍摄传输线，并通过通信模块将航拍照片或视频传输到地面站的计算机。检查人员可以借助专业软件分析传输线的实时运行。红外线检测技术利用红外线帮助检查人员进行图像分析，适用于肉眼无法识别的线缺陷检查，在线金属缺陷检测中具有很高的应用价值。

结语

本文概述了输电线路无人机智能巡检技术的应用现状，指出了这项技术的工作模式和特点，分析了输电线路无人机智能巡检技术的技术需求，引出了其存在的四个尚未解决的关键科学和技术问题，并针对这些关键问题，探讨了潜在的解决方案，也对未来输电线路无人机智能巡检技术发展进行了展望，可为输电线路无人机智能巡检技术的快速发展和相关研究一定的有益参考。

参考文献：

[1]杨小龙，谢晓君.针对高压输电线路技术无人机巡检的运用简析[J].通讯世界，2019，26（11）：263-264.

[2]冯薇玺，李清，周子强.输电线路无人机巡检智能管理系统的研究与应用[J].数字技术与应用，2019，37（11）：105-107.

[3]蔡俊卿.浅议5G移动通信技术在电力行业的应用[J].科技风，2018（35）：97.

[4]李清，冯薇玺，田松林.浅议5G移动通信技术在电力行业的应用[J].数字技术与应用，2019，37（11）：30-31.

国网许昌供电公司  河南许昌  461000