張鵬 張?jiān)品?周政 許大令 李浩言

【摘要】? ? 隨著科技的快速發(fā)展，人民生活的提高，促使我國對(duì)電力的需求也越來越大，但是在地域上我國的能源資源與符合中心有很大的互逆，所以建設(shè)特高壓密集輸電網(wǎng)絡(luò)就成為解決這一矛盾的必然途徑。特高壓密集輸電通道中的巡檢非常困難，所以隨著人工智能、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的發(fā)展，通過無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行輸電通道的巡檢就可以安全高效地解決這高壓輸電通道的運(yùn)維需求。在迅速到來的5G時(shí)代中，5G技術(shù)帶來了網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)低、帶寬大、數(shù)據(jù)傳輸效率高等優(yōu)勢(shì)。因此，基于5G技術(shù)與無人機(jī)自主巡檢系統(tǒng)在特高壓密集輸電通道上自動(dòng)巡線為了現(xiàn)實(shí)，也是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然需求。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G技術(shù)? ? 高壓密集輸電? ? 無人機(jī)? ? 自主巡檢

引言：

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活生產(chǎn)對(duì)于電力的需求加大，我國電網(wǎng)也得到了快速的發(fā)展。我國的輸電方式也隨著技術(shù)的發(fā)展，從以前的區(qū)域自發(fā)電發(fā)展成為現(xiàn)在的超高壓輸電，高壓配電，現(xiàn)在，又面臨著超高壓輸電到特高壓輸電的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的輸電通道巡檢大多以人工為主，效率低下，在輸電網(wǎng)絡(luò)大力發(fā)展的今天，人工巡檢很難進(jìn)行全方位的巡檢，同時(shí)在特高壓輸電通道中進(jìn)行人工巡檢，安全性也不高。[1]隨著人工智能的發(fā)展，將無人機(jī)應(yīng)用于電網(wǎng)巡檢中就成為現(xiàn)實(shí)，其既可以避免地形地域?qū)﹄娐费矙z的限制，且巡檢的費(fèi)用低，效率也得到很大的提升。[2]

一、5G無人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)

無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）顧名思義就是一種不需要人直接駕駛的飛行機(jī)器，人可以通過遠(yuǎn)程設(shè)備或者設(shè)定的控制程序進(jìn)行飛行或者執(zhí)行人給予它的行為策略。隨著無人機(jī)的快速發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于人們生活的很多方面，同時(shí)，許多行業(yè)都對(duì)無人機(jī)進(jìn)行了充分的應(yīng)用，使得經(jīng)濟(jì)效益得到充分的提高，例如在安防，農(nóng)林植保等領(lǐng)域。[3]得益于移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，信息傳遞的效率越來越高，深度學(xué)習(xí)技術(shù)使得機(jī)器的智能性越來越強(qiáng)，智能控制技術(shù)使得控制的效率和精度越來越高。

隨著5G時(shí)代的到來，我國率先踏步進(jìn)入5G行列。5G通信的出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)的流量和設(shè)備鏈接不斷擴(kuò)大，同時(shí)，將5G接入無線網(wǎng)絡(luò)的過程中啟用了大規(guī)模天線技術(shù)、波束賦形、小型密集網(wǎng)絡(luò)及可移動(dòng)基站等新功能。[4]

傳統(tǒng)的輸電通道巡檢主要是采用人力巡檢的方式進(jìn)行的，但是這種巡檢方式的效率低下，人員在地形復(fù)雜的地方工作難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，當(dāng)遇到惡劣的天氣時(shí)，巡檢人員的工作風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大，甚至?xí){到工作人員的生命安全。所以將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于輸電通道巡檢中，成為巡檢的主要方式。之前，受限于4G技術(shù)傳輸速度慢等缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響工作效率。在5G技術(shù)出現(xiàn)以后，實(shí)現(xiàn)了電力巡檢工作方式的巨大轉(zhuǎn)變。無人巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

隨著輸電網(wǎng)絡(luò)向特高壓輸電轉(zhuǎn)變之后，采用無人機(jī)進(jìn)行輸電通道的巡檢就成為電路巡檢最可靠的方式之一。借助5G技術(shù)的發(fā)展，5G無人機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)，采用5G無人機(jī)進(jìn)行輸電通道的巡檢成為電網(wǎng)巡檢中最為先進(jìn)的技術(shù)。其主要技術(shù)是5G無人機(jī)技術(shù)，即采用5G無人機(jī)達(dá)到特高壓輸電通道自動(dòng)巡檢的目的。該技術(shù)不受地域的限制，適應(yīng)能力強(qiáng)，巡檢成本低廉，安全性高，同時(shí)，5G無人機(jī)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快，延時(shí)低，智能性高等優(yōu)點(diǎn)，所以使用5G無人機(jī)進(jìn)行特高壓密集輸電通道的巡檢是輸電通道巡檢的發(fā)展趨勢(shì)。

二、5G無人機(jī)在輸電通道巡檢中的應(yīng)用

對(duì)于輸電通道巡檢來說，偏遠(yuǎn)山區(qū)的巡檢難度最大，傳統(tǒng)的人力巡檢成本高昂、工作效率低下，尤其是在山區(qū)的特高壓輸電通道巡檢中，巡檢人員的安全得不到保證。借助5G無人機(jī)進(jìn)行自主巡檢就可以很好地解決這些問題。巡檢工作人員只需要通過操控?zé)o人機(jī)，通過無人機(jī)傳輸回來的圖像、數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行分析，就可以得到問題所在，并制定相應(yīng)的解決方案，從而大幅提高工作人員的工作效率。對(duì)于人力巡檢來說的安全問題，采用5G無人機(jī)代替工作人員巡檢可以很好地避免問題的發(fā)生。工作人員只需要在地面上對(duì)無人機(jī)進(jìn)行操縱，按照預(yù)定的航線進(jìn)行巡航，并將拍攝到的照片以及采集到的信息傳回控制臺(tái)，即可對(duì)輸電通道的故障進(jìn)行分析，既保證了工作人員的安全，又提高了輸電通道巡檢的效率。

采用5G無人機(jī)進(jìn)行輸電通道巡檢過程中，由于特高壓電路周圍的磁場(chǎng)復(fù)雜，會(huì)隨著周圍的環(huán)境及天氣進(jìn)行變化，所以就會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)在飛行過程中飛行安全得不到保障，甚至?xí)霈F(xiàn)失控、墜機(jī)等情況的發(fā)生，同時(shí)，由于國內(nèi)的無人機(jī)飛行監(jiān)管措施的因素也會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)的飛行安全風(fēng)險(xiǎn)。在有些情況比較復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行飛行的時(shí)候，會(huì)因?yàn)楦鞣N突發(fā)狀況導(dǎo)致無人機(jī)無法被召回，甚至發(fā)生飛行路線發(fā)生偏移等突發(fā)狀況。

三、5G無人機(jī)巡檢方案

在采用5G無人機(jī)進(jìn)行輸電通道巡檢中，通過工作人員與無人機(jī)的協(xié)同工作領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)輸電通道的自主巡檢工作，在巡檢過程中，通過攝像頭對(duì)無人機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以達(dá)到巡檢流程實(shí)時(shí)管控的目的;實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動(dòng)起降、巡檢以及資料的回傳。[5]無人機(jī)可以將巡檢的結(jié)果通過5G網(wǎng)絡(luò)以高清視頻的方式傳送回控制平臺(tái)，巡檢人員可以通過遠(yuǎn)程控制的方式指導(dǎo)無人機(jī)完成巡檢人員的指令，代替巡檢人員完成相應(yīng)的動(dòng)作?？刂破脚_(tái)對(duì)無人機(jī)傳送回來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)分析，之后生成巡檢結(jié)果報(bào)告并實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能。

無人機(jī)自主巡檢過程主要包括地圖的構(gòu)建以及飛行航線的規(guī)劃。在進(jìn)行輸電通道的巡檢中，首先要進(jìn)行地圖的構(gòu)建。由于在復(fù)雜的環(huán)境中，二維地圖并不能夠進(jìn)行精準(zhǔn)定位，所以就需要獲取三維立體地圖。通過無人機(jī)上搭載的雷達(dá)來獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行校準(zhǔn)，之后將校準(zhǔn)之后的數(shù)據(jù)發(fā)布出去，進(jìn)行后續(xù)的精準(zhǔn)定位操作。借助三維地圖來進(jìn)行飛行線路的規(guī)劃更加安全、準(zhǔn)確。

飛行線路的規(guī)劃對(duì)于輸電通道的無人機(jī)巡檢至關(guān)重要，其關(guān)系著巡檢的成敗。飛行線路的規(guī)劃包含著航點(diǎn)、飛行器以及看著他信息。當(dāng)無人機(jī)飛行到航點(diǎn)時(shí)，按照預(yù)定的動(dòng)作實(shí)施，并對(duì)巡檢對(duì)象進(jìn)行精準(zhǔn)拍照。

對(duì)于正常的氣象環(huán)境來說，通過規(guī)劃好的航線，進(jìn)行無人機(jī)的自啟動(dòng)并執(zhí)行電路通道的巡檢任務(wù)。無人機(jī)在巡航的過程中，如果出現(xiàn)低電量的情況時(shí)，會(huì)通過電量監(jiān)管模塊檢測(cè)到，并自動(dòng)尋找到距離最近的機(jī)場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)整備，之后再次起飛進(jìn)行巡航，并記錄到巡檢的相關(guān)數(shù)據(jù)，控制人員可以根據(jù)巡檢的狀況對(duì)飛行路線進(jìn)行臨時(shí)修改，來提高巡檢的精度和巡檢效果。無人機(jī)巡檢作業(yè)輔助軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

四、5G無人機(jī)的巡檢實(shí)現(xiàn)策略

（一）完善5G無人機(jī)對(duì)于輸電通道故障檢測(cè)技術(shù)

對(duì)電力傳輸?shù)妮d體特高壓輸電通道的巡檢和維護(hù)工作，是供電系統(tǒng)安全工作的必要保障，在環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行輸電通道巡檢的工作中，采用5G無人機(jī)進(jìn)行巡檢是保障巡檢人員安全的重要措施。在無人機(jī)巡檢的過程中，輸電通道的故障檢測(cè)是巡檢的重要組成部分，故障檢測(cè)最普遍、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)是機(jī)器視覺技術(shù)，屬于圖像識(shí)別方面。

故障檢測(cè)終端采用TMS320DM8127 Davinci數(shù)字媒體處理器，其中的成像子系統(tǒng)與圖像傳感器相連接，可以對(duì)圖像進(jìn)行濾波、空間轉(zhuǎn)換等操作，并且可以對(duì)視頻的編解碼進(jìn)行加速。在故障檢測(cè)中，其圖像處理流程如圖3所示。

故障檢測(cè)流程圖如圖4所示。

通過無人機(jī)上搭載的攝像機(jī)完成圖像的采集，在采集圖像的同時(shí)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的采集，以便建立地圖與圖像之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理操作包括圖像灰度化、去噪等操作，預(yù)處理之后的圖像的背景差異相對(duì)大一些，圖像邊緣也得到了增強(qiáng);目標(biāo)識(shí)別主要包含輸電線等的識(shí)別;故障診斷是特高壓輸電通道巡檢的核心問題，以圖像識(shí)別為基礎(chǔ)，通過模式識(shí)別等方法檢測(cè)輸電線工作狀態(tài)并進(jìn)行故障識(shí)別，輸電通道故障包括異物懸掛、輸電線斷股等故障。無人機(jī)進(jìn)行輸電通道巡檢程序流程圖如圖5所示。

（二）完善5G無人機(jī)的自動(dòng)安全巡檢技術(shù)

5G無人機(jī)進(jìn)行巡檢時(shí)，定位準(zhǔn)確是安全自主巡檢的基礎(chǔ)，所以要提高無人機(jī)定位系統(tǒng)的定位精度。在面對(duì)復(fù)雜多變的地形時(shí)，高精度的定位導(dǎo)航系統(tǒng)為5G無人機(jī)的長時(shí)間超低空、超視距的飛行安全提供保障。采用差分定位系統(tǒng)可以對(duì)觀測(cè)誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，提供高精度的差分結(jié)果，這樣可以將定位誤差進(jìn)行縮小，為5G無人機(jī)的飛行安全提供保障。

5G無人機(jī)的自主、安全巡檢還需要確保飛行時(shí)的通信正常和避障系統(tǒng)的可靠，同時(shí)制定的巡檢航線也必須科學(xué)合理。只有定位、通信、避障等系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確無誤的工作，巡檢線路科學(xué)合理，才能夠確保無人機(jī)的安全、自主巡檢，避免意外的發(fā)生。

五、 結(jié)束語

輸電通道的智能化巡檢是我國電力行業(yè)發(fā)展的方向，同時(shí)5G時(shí)代的到來也為智能化巡檢提供了更好的條件。本文通過對(duì)5G無人機(jī)在輸電通道的巡檢進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并對(duì)無人機(jī)巡檢的實(shí)現(xiàn)策略進(jìn)行總結(jié)?；?G技術(shù)無人機(jī)的輸電通道的巡檢工作是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)維智能化的具體體現(xiàn)，極大地提高了特高壓輸電通道的巡檢效率，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)維方式的改革具有極其重大的意義。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]趙彥平，段星輝，王建偉，馬陽軻.電力巡檢無人機(jī)通信中繼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016，（03）：62-64.

[2]陳景尚.對(duì)無人機(jī)電力線路安全巡檢系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，（02）：158-159.

[3]A. Watts， V. Ambrosia， and E. Hinkley. Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research： Classification and considerations of use[J]. Remote Sensing，2012，（4）： 1671-1692.

[4] L. Bao， V. Lau， E. Jorswieck， N.Dao， A. Haghighat， D. I. Kim， and T. Le Ngoc. Enabling 5G mobile wireless technologies[J]. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking，2015： 218.

[5]王毅磊. 面向電塔空間結(jié)構(gòu)的飛行巡檢航跡規(guī)劃方法研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.