5G技术在变电站无人机巡检中的应用

引言

目前,随着社会发展,我国的5G技术愈来愈成熟,可以随时随地与网络进行连接,不仅能耗较少,而且能够有效缓解数据传输卡顿的现象,将5G技术与无人机结合起来,将有较大的发展空间和广阔的应用前景。在电力行业应用中,变电站内龙门架、导线、绝缘子等设备位处高空,应用无人机巡查,既能避免高空作业的安全风险,又可以3609全视角查看设备细节情况,提高巡视质量,而5G通信技术的应用,将为无人机应用带来新机遇。

1无人机巡检＋5G应用

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Com-munication Technology,简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,是实现人机物互联的网络基础设施。

目前正在广泛使用的4G网络在图片数据传输时的最大带宽只有1K,因此对于细节要求高的场合,图片传输清晰度不足的问题严重制约了其高端应用。5G技术理论上可实现带宽为100Mb/s以上的单用户数据传输,且其时延仅有10ms,所以通过5G网络传输的视频和照片将更加清晰、流畅。当下正在各个场合逐渐普及的多旋翼无人机通过搭载高清摄像机、红外镜头、夜视镜头等多种传感器,可实现不同场合的业务应用。在输电、变电等站端线路,利用CPE设备连入区域5G网络,将数据流传输到对应服务器中,用户通过PC客户端登录服务器进行查看,就能够实现无人机拍摄的高清视频和照片的即拍即传即看。

1.1综合应用解决方案

智能化巡检集控飞行系统是为电力用户创新打造的一套以多无人机超视距集控飞行为核心功能的综合应用解决方案,如图1所示。智能化巡检集控飞行系统由集控中心子系统、一体化航飞信服子系统、智能航空站子系统、集控无人机子系统、机载任务系统、辅助网络与通信子系统和智能化巡检综合管控平台7个部分组成。

该解决方案的核心功能包括多无人机超视距集控飞行、多智能航空站无人值守作业、集中式飞行信息服务等,其包含航飞管理、飞行控制、充换电管理、网络管理、视频管理、数据管理、数据传输、环境监控、电源管理等功能模块。该解决方案由一体化航飞信服系统、智能航空站、移动航空站、机载任务系统、集控飞行座舱等核心产品构成,可按用户应用配置需求,量身定制具体实施方案,搭建最契合用户实际需求的实战化无人机集控飞行作业系统。该解决方案采用模块化设计,各前端模块既可以单独使用,又可以与其他模块组网应用,解决不同行业无人机飞行作业的集控飞行系列问题。

在变电站等电力设施场所部署智能航空站或移动航空站,可以实现风电设备、输电线路及变电站的智能化巡检,在智能航空站部署的管控区域内实现输电线路通道巡检、杆塔精细化巡检及管控区域内的变电站设施精细化巡检功能。采用5G无人机集控飞行的巡检模式,大大节省了人力成本,提高了巡检效率,有效解决了巡检无人机统一调度指挥、数据实时回传、数据分析等问题,切实保障了巡检无人机及电力设施的安全。

1.2网络通信方案

当前的4G网络只能支持1K的图传,对于某些细节检查,视频和图片的清晰度明显不足,而5G网络可实现上行单用户体验速率100Mb/s以上,空口时延10ms,将使得实时视频更加流畅、更加清晰,巡查效果更优。

无人机智能航空站可提供多种网络连接模式,通过辅助网络与通信子系统提供多种管理方式、自由选择。无人机具体各连接方式情况如表1所示。

1.3视频传输拓扑结构

视频传输拓扑结构如图2所示,变电站智能巡检无人机和无人机集控地面站部署在变电站内,图像信息加密后,通过5G网络发送。解密后,可在电力系统内网访问进行展示。其中编码器将无人机提供的视频信号转换为视频流,并向云端服务器推送视频:5GCPE通过5G网络为编码器提供低延迟、高带宽的稳定传输环境:公网云端服务器通过云端服务器接收视频流,转储后重新编码,用户再通过PC从该服务器拉流观看巡查。

"无人机+5G"巡检可以预先设定好无人机巡检航线,无人机现场巡检的实时图像、视频可以实时传输到主控室,供运维人员分析处理。同时,无须人力现场"盯梢",大幅提高了变电站运维质量和效率,降低了电力员工工作强度,减少了工作风险。

2智能无人机巡检应用

采用智能航空站控制具有RTK功能的无人机,搭配TSK二次开发的专业电力飞巡软件作为地面遥控站,整套系统即可成为变电站无人机智能巡检的主.飞巡工具。通过手动飞行记录飞行空间航迹、云台姿态信息,生成自主飞巡航迹,将航迹导入变电站三维实景模型,查看其相对位置,模拟飞巡路线,可适当编辑修改。此后可将航迹通过无人机集控系统导入无人机,实现一键起飞、全自主飞巡、成果影像自动回传等。

智能巡检无人机具有操控灵活、可多角度调节视角等特点,可对变电站设备从不同空间角度进行巡视检查,能够弥补固定机位的不足,例如,通过智能巡检无人机能发现高空金具缺陷,如图3所示。与此同时,智能巡检无人机能够在降低运维人员巡视工作强度的基础上,有效提高高空金具类设备缺陷检出率,防止因人员疏忽、技能欠缺、巡视角度限制等情况造成的缺陷未及时发现现象。

图3无人机在某变电站发现缺陷示意图

3结语

"5G+无人机"的使用充分利用了5G网络数据传输快、视频/图片数据流清晰度高的特点和无人机巡检全方位、多角度的优点,实现了变电站内设备巡检的智能化和全景化。由于设定了无人机安全起飞的气象实时监测条件,在无须人工干预的情况下,无人机可自动完成计划巡检任务,真正实现了电力巡检成本低、维护费用低以及安全性能高的目标。

另外,5G无人机的使用不仅使电力巡检速度大幅提升,还有效解决了自然条件的局限问题,实现了不同任务、不同组合优化运行的不同操作机制,优化了5G无人机在电力巡检方面的应用效果。

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