基于5G网联无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究

基于5G网联无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究

罗前春，王伦，龚丽莎

中国电信股份有限公司无人科技技术创新中心 江苏 南京210000

国网江苏省电力有限公司宝应县供电分公司 江苏 扬州 225000

摘要：随着社会经济不断发展，电力供应系统已经成为现代生活的必需品。但是，在电力输电线路的日常维护过程中，巡检和检修任务需要承担的工作量巨大，这对电力公司运营效率和人员的安全而言是个巨大挑战。针对此问题，本文基于5G网络技术结合无人机巡线技术，提出了无人机电力输电线路自动巡线系统解决方案。利用高解析度摄像、红外热成像、激光雷达等传感器对电力输电线路进行精准的检测和瑕疵识别，同时基于5G网络技术的高速传输和低延迟优势，将无人机实时的数据反馈给数据处理系统，快速判断电力使用情况、电力等级以及可能出现的故障，最终通过无人机智能控制，实现电力输电线路的自动化巡线和检修。

关键词： 5G 无人机 电力输电线路 自动化

一，引言

输电线路是电力供应系统的重要组成部分，任何一处电力线路的故障都有可能引起重大事故事件，影响供电系统的正常运行，给人们的生活带来诸多不便。然而，传统的电力线路巡检方式，需要大量人力、物力、时间，甚至会因巡检人员攀爬登高造成人身安全事故，特别是在恶劣的天气环境下，工作的难度系数和危险系数双重增大。同时，传统的方法检测只能发现简单的故障，但对于因多种因素引起的故障，检测过程简单、粗暴，无法满足电力生产的需要。

因此，研究基于5G网联无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究，将5G传输技术、传感技术和无人机技术有机融合，在提高电力系统的工作效率和提高人员安全保障方面，具有十分重要的意义和巨大的应用前景。

二，无人机电力输电线路自动巡线技术原理

2.1 无人机系统设计

无人机作为本文研究的主要承载工具，需要具备一定的特定功能。在电力输电线路自动巡线任务中，无人机需要具有不小于1kg的挂载能力，以搭载多种传感器和相应的5G机载终端设备。无人机飞行控制系统需要精密的制导、定位和避障能力，能够保持水平和垂直方向±0.1m的悬停精度，能够稳定地飞行，完成相应的航线和巡检任务。同时，需配备高清变焦成像镜头、红外热成像镜头、激光测距等传感设备，对电力输电线路进行精确拍摄与监测。

2.2 无人机传感检测与数据处理

无人机可以搭载多种传感器对电力输电线路进行检测和识别。首先，变焦摄像头可以高空定点变焦拍摄或高速运动定焦拍摄输电线路的照片。其次，红外成像相机可以用于检测和显示电力输电线路的温度分布情况，有效发现可见光难以发现的局部异常热点、热点过高的潜在故障点，及时排除电路过载、松动接触、设备破损老化等潜在风险。此外，激光雷达可以通过发射激光束并测量返回时间和强度来有效获取电力设备及线路的距离和形状信息，可以生成电力设备及线路的精确三维模型，进一步用于无人机自主巡线路径规划、定期形变位移测量、表面缺陷和损坏识别等多维应用。实现上述多模数据采集后，基于AI可见光缺陷识别及红外、激光多模态识别技术可以自动识别电力线路中的瑕疵，如杆塔倾斜、绝缘子破损、导线脱落等，快速做出智能判断，提高了检测的准确率和工效性。

2.3 无人机5G网联自主控制

5G网联无人机是将传统无人机通过加装5G机载终端，实现5G网络接入、超视距飞行控制、超远程数据通信、多机组网互联等功能。在5G及网联控制平台的加持下相比较传统无人机线路巡检将带来多方面的改变：一是解决传统1.4G/5.8G通信链路距离短、受遮挡、易干扰的问题，克服通信距离的限制；二是基于5G的大带宽和低时延特性实现超高清视频及数据的实时传输与无人机超远程实时飞行控制，端到端业务视频时延小于250ms，控制指令时延小于20ms。无人机5G云平台系统可实现对无人机及无人机智能设备的统一接入纳管、巡检航线的在线规划、自主飞行任务的设定、飞行数据的处理与管理，完成设备上云、飞行上云、数据上云和应用上云。此外，为了进一步实现全流程的无人化与自动化作业，通过在电力塔沿线放置5G网联无人机自动方舱设备可实现无人机及挂载设备的户外储存、自动的充换电。因此，融合上述的“5G终端、云平台、5G网联方舱”的集成，构成了面向输电线巡检的无人机5G网联自主控制系统。

三，无人机电力输电线路自动巡线实现方法

当我们使用5G网联无人机进行电力输电线路的自动巡线时，主要需要借助5G传输与控制、AI图像识别和数据处理技术等，具体的实现方法如下：

首先，需要利用导航地图、激光点云成像等技术获取电力输电线路的相关信息。包括电力输电线路的位置、长度、插件、障碍物、杆塔、变压器等信息，这些信息可以更精确的设置巡线计划和制订无人机航线路径。

其次，利用5G传输与控制技术对无人机进行自动化巡飞控制和任务执行。在云平台远程下发飞行任务指令，无人机根据既定航线自动化开展精细巡飞与数据采集，其中基于5G数据链路实现视频、图像和传感数据的实时回传。

最后，利用AI图像识别技术对电力输电线路的采集图像进行识别和检测。各类缺陷识别模型可将无人机传回的视频数据及时分析和提取有效信息，通过后台数据处理系统进行存档和分类，以便后续操作和保修。针对检测结果异常的情况，后台智能算法能够及时发出警报，通知巡线人员进行相关维护操作，便于处理工单及时完成，从而提高后期的解决问题效率。

总的来说，无人机电力输电线路自动巡线技术对于电力输电线路的整体安全运行具有重要作用，可避免传统巡检中的漏检和误检问题，提高巡检效率，降低巡检成本，同时也保证了工作人员的安全和检修服务的实时性。

四，无人机电力输电线路自动巡线实验及性能评估

无人机电力输电线路自动巡线技术在实际应用之前，需要进行实验和性能评估，以验证其可行性和性能，这包括以下几个方面：

实验设备的选择：需要选择适合电力输电线路环境的无人机和配套设备进行实验，包括无人机机型、传感器设备、摄像头等。

数据采集及处理：需要将无人机传感器捕捉到的图像和数据信息进行收集和处理，分析无人机的巡检路线、检测结果、数据质量等信息。

工作效率评估：通过比较无人机自动巡线和传统人工巡检的效率差异，来评估自动巡线的工作效率和优越性。

巡检质量评估：对无人机巡检时捕获的图像进行分析和处理，通过对比分析、统计差异等方式来评估巡检质量的好坏程度。

安全性评估：需要对无人机巡检时的安全风险进行评估和控制，并结合巡检记录和巡检结果进行分析，针对安全性存在的问题进行优化和完善。

性能优化评估：对无人机电力输电线路自动巡线的航线规划、图像识别、定位技术等关键技术进行评估和优化，不断提高其技术水平和性能。

综上所述，无人机电力输电线路自动巡线技术的实验和性能评估，是保证其稳定性和可靠性的重要环节，只有对其进行充分的实验和评估，才能更好地推广和应用于实际生产中。

五，总结

基于5G网联无人机电力输电线路自动巡线技术是一种新兴的技术，通过5G网联技术解决传统无人机在电力输电线路上的存在的通信、传输、控制等技术及应用难题，综合利用AI图像识别、云计算、数据处理、自动控制技术等手段，对电力输电线路进行自动化巡检和监测。通过无人机自主、高效、精准地巡检，能够大幅提高电力维护效率和可靠性，节省人力、物力和时间成本，为电力工作提供高效的保障。该技术在国内外已经得到广泛应用，并取得了较好的成效。未来，它将为电力行业的发展注入新的动力和活力。

七，参考文献

[1]许保瑜,陈庆宁,王胜伟,沈凤,吴圆波.基于5G无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究[J].云南电力技术,2021,49(06):8-12.

[2]冯积家.基于5G无人机在电力输电线路自动巡线的实现与研究[J].电力设备管理,2020,(09):203-204.