基于5G网络的无人机物联网开展输电线路无人机自主巡检的方法

基于 5G网络的无人机物联网开展输电线路无人机自主巡检的方法

陈佳纬 王帅

国网青海省电力公司海西供电公司 816000

摘要：在现有的输电线路无人机巡检当中，目前仍然以手动控制为主，但是手动控制无人机巡检仍然存在许多不足之处。受制于地理环境、设备、天气及人员因素，输电线路无人机巡检的安全性及巡检效率一直不能得到保证。既然手动控制无人机对电力杆塔进行巡检作业时仍然存在诸多不足，实现无人机自主巡检成为一种迫切需要的方式。

关键词：无人机自主巡检；5G网络；物联网；输电线路；

1.引言

现有的无人机巡检模式大都是以人工操作的方式进行，在地理位置复杂的地方，难以携带设备近距离靠近电力杆塔，而人的视力范围有限，难以目测无人机和电力杆塔以及障碍物之间的距离，一旦操作不注意则很容易造成无人机撞毁等风险。再者，由于电池技术迟迟没有突破，导致无人机续航能力不高，而手动控制无人机巡检时的航迹路线通常是杂乱、随机性比较强的，导致无人机巡检时的续航能力进一步降低，从而降低巡检的效率；高海拔地区，空气稀薄、温度低，无人机升力不足、电池电能存储效率下降等问题凸显。另外，因为是手动控制，在面对较大的工作量时身体很容易产生疲惫，进一步会影响操作的安全性和巡检的效率。同时现有的无人机数据处理还未同步发展，都需要人工处理，工作量大、效率低，亟待发展无人机自主巡检及配套设施。

2.实现思路

以输电线路巡检业务流程为主线，无人机巡检模式及配套设施发展为副线，目前现有技术作为基础，结合5-10年发展远景，实现无人机自主巡检新方式。

3.技术方案

1）布置箱式无人机驻站

在输电线路适当位置布置箱式无人机驻站以满足无人机起飞、降落及维修保养的平台。箱式无人机驻站内部主要有机械手、集控检测功能、无人机备品备件、无线充电系统、远程通信系统。箱式无人机驻站将无人机通过传送装置运送至箱式无人机驻站顶部进行飞行起飞，无人机完成飞行后由箱式无人机驻站主动捕获装置进行捕获，以便无人机降落停留；再由机械手将无人机放至箱式无人机驻站指定位置完成无人机状态检测，由机械手对无人机异常模块进行更换；最后入库进行无线充电进行备飞。

2）无人机模块化设计及操控方式革新

改变无人机传统操作方式，将无人机操控方式与VR设备进行融合。建设无人机操作舱，操作舱通过5G网络控制无人机升降起落及飞行状态，操作舱中的头戴式VR设备获取无人机飞行视角并对无人机搭载的终端设备进行操作（例如相机的聚焦、调距、拍照及录像）；将无人机各机构组成部分进行模块化设计，单一部件损坏后由箱式无人机驻站进行模块更换；配备无人机感应电取电技术，增加无人机巡检续航；

3）输电线路杆塔升级

沿输电线路杆塔路径设置5G基站，杆塔之间可以设置5G路由器完成5G无线信号级联，从而保证无人机巡检通信及VR控制通道畅通；利用5G网络使巡检过程中各单位互联通信，建成无人机巡检物联网；保留5G网络向6G网络未来升级渠道，通过卫星的联合组网跟陆地通信联合组网，进行全网络的覆盖。

输电线路杆塔顶端设置电磁波定向发射器，通过杆塔上设置的5G基站连通后台控制系统判断无人机距离，达到传输范围内后通过输电线路取电向无人机定向发射正弦电磁波，以便无人机进行感应电取电，保证无人机续航。

杆塔关键部位设置无人机识别对焦标识，阵列无人机自动对焦多角度同步拍照，通过5G网络完成照片上传及缺陷立体式识别。

4）无人机巡检模式

4至8架无人机编队阵列飞行，将输电线路杆塔坐标输入主控无人机形成无人机自主飞行路线，主控无人机根据自主飞行航线进行飞行和竖直平面扫描并与编队无人机进行阵列飞行信息主交互，完成编队无人机飞行路线规划和避障指引，其余无人机通过捕捉线路导地线轨迹和AI避障,达到自主飞行的目标和信息采集。

5）无人机巡检中心

成立无人机操控中心，利用5G网络的时效性，进行无人机巡检任务发布、状态检查与巡检精细控制，同时可以查阅无人机物联网中各单元状态，及时通知运维人员进行物资补充、设备更换和升级改造。

无人机操控中心主要设置无人机VR操作仓，操控人员通过VR操作仓实现无人机物联网中各单元的操控、调配及无人机操作，同时大数据服务器完成无人机阵列巡检采集的数据，通过VR操作仓显示屏或头戴式3D成像设备还原远端现场真实情况，通过切换各个无人机视角操控各个无人机，真正达到足不出户完成输电线路巡视。

6）智慧巡检中心

成立智慧巡检中心进行无人机数据处理，无人机在巡检飞行过程中，通过5G网络将阵列数据回传至数据服务器存储并进行多角度还原现场，同时完成全方位缺陷自主识别。

无人机操控中心布设多个角度的全息投影设备，通过对阵列无人机飞行采集的数据进行处理由全息投影设备进行全息投影，将多角度的全息投影设备进行阵列变化实现从多个角度进行现场还原查看。

7）维护更新

通过以上技术革新，能够突破无人机巡检过程中人的限制因素，最大程度的提高无人机巡检效率问题。运维人员进行物资补充、设备更换和升级改造，可以节约大量人力资源。

通过该种方法实现无人机自主巡检，克服手动操控无人机巡检和传统人工巡检的大部分弊端，可以规划更加合理的巡检航线、进一步降低巡检难度，由于是自主控制，可以节约大量人力成本，并将巡检人员的危险系数降到最低，再结合无人机的各种优点，可以极大提高电力杆塔巡检的效率；同时可以应用于军事侦察、地形绘制等各方面，应用范围广。