5G技術(shù)在變電站無(wú)人機(jī)巡檢中的應(yīng)用

引言

目前,隨著社會(huì)發(fā)展,我國(guó)的5G技術(shù)愈來(lái)愈成熟,可以隨時(shí)隨地與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,不僅能耗較少,而且能夠有效緩解數(shù)據(jù)傳輸卡頓的現(xiàn)象,將5G技術(shù)與無(wú)人機(jī)結(jié)合起來(lái),將有較大的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景。在電力行業(yè)應(yīng)用中,變電站內(nèi)龍門(mén)架、導(dǎo)線、絕緣子等設(shè)備位處高空,應(yīng)用無(wú)人機(jī)巡查,既能避免高空作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn),又可以3609全視角查看設(shè)備細(xì)節(jié)情況,提高巡視質(zhì)量,而5G通信技術(shù)的應(yīng)用,將為無(wú)人機(jī)應(yīng)用帶來(lái)新機(jī)遇。

1無(wú)人機(jī)巡檢＋5G應(yīng)用

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th Generation Mobile Com-munication Technology,簡(jiǎn)稱5G）是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù),是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

目前正在廣泛使用的4G網(wǎng)絡(luò)在圖片數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的最大帶寬只有1K,因此對(duì)于細(xì)節(jié)要求高的場(chǎng)合,圖片傳輸清晰度不足的問(wèn)題嚴(yán)重制約了其高端應(yīng)用。5G技術(shù)理論上可實(shí)現(xiàn)帶寬為100Mb/s以上的單用戶數(shù)據(jù)傳輸,且其時(shí)延僅有10ms,所以通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l和照片將更加清晰、流暢。當(dāng)下正在各個(gè)場(chǎng)合逐漸普及的多旋翼無(wú)人機(jī)通過(guò)搭載高清攝像機(jī)、紅外鏡頭、夜視鏡頭等多種傳感器,可實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)合的業(yè)務(wù)應(yīng)用。在輸電、變電等站端線路,利用CPE設(shè)備連入?yún)^(qū)域5G網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)服務(wù)器中,用戶通過(guò)PC客戶端登錄服務(wù)器進(jìn)行查看,就能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人機(jī)拍攝的高清視頻和照片的即拍即傳即看。

1.1綜合應(yīng)用解決方案

智能化巡檢集控飛行系統(tǒng)是為電力用戶創(chuàng)新打造的一套以多無(wú)人機(jī)超視距集控飛行為核心功能的綜合應(yīng)用解決方案,如圖1所示。智能化巡檢集控飛行系統(tǒng)由集控中心子系統(tǒng)、一體化航飛信服子系統(tǒng)、智能航空站子系統(tǒng)、集控?zé)o人機(jī)子系統(tǒng)、機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)、輔助網(wǎng)絡(luò)與通信子系統(tǒng)和智能化巡檢綜合管控平臺(tái)7個(gè)部分組成。

該解決方案的核心功能包括多無(wú)人機(jī)超視距集控飛行、多智能航空站無(wú)人值守作業(yè)、集中式飛行信息服務(wù)等,其包含航飛管理、飛行控制、充換電管理、網(wǎng)絡(luò)管理、視頻管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸、環(huán)境監(jiān)控、電源管理等功能模塊。該解決方案由一體化航飛信服系統(tǒng)、智能航空站、移動(dòng)航空站、機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)、集控飛行座艙等核心產(chǎn)品構(gòu)成,可按用戶應(yīng)用配置需求,量身定制具體實(shí)施方案,搭建最契合用戶實(shí)際需求的實(shí)戰(zhàn)化無(wú)人機(jī)集控飛行作業(yè)系統(tǒng)。該解決方案采用模塊化設(shè)計(jì),各前端模塊既可以單獨(dú)使用,又可以與其他模塊組網(wǎng)應(yīng)用,解決不同行業(yè)無(wú)人機(jī)飛行作業(yè)的集控飛行系列問(wèn)題。

在變電站等電力設(shè)施場(chǎng)所部署智能航空站或移動(dòng)航空站,可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備、輸電線路及變電站的智能化巡檢,在智能航空站部署的管控區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸電線路通道巡檢、桿塔精細(xì)化巡檢及管控區(qū)域內(nèi)的變電站設(shè)施精細(xì)化巡檢功能。采用5G無(wú)人機(jī)集控飛行的巡檢模式,大大節(jié)省了人力成本,提高了巡檢效率,有效解決了巡檢無(wú)人機(jī)統(tǒng)一調(diào)度指揮、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳、數(shù)據(jù)分析等問(wèn)題,切實(shí)保障了巡檢無(wú)人機(jī)及電力設(shè)施的安全。

1.2網(wǎng)絡(luò)通信方案

當(dāng)前的4G網(wǎng)絡(luò)只能支持1K的圖傳,對(duì)于某些細(xì)節(jié)檢查,視頻和圖片的清晰度明顯不足,而5G網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)上行單用戶體驗(yàn)速率100Mb/s以上,空口時(shí)延10ms,將使得實(shí)時(shí)視頻更加流暢、更加清晰,巡查效果更優(yōu)。

無(wú)人機(jī)智能航空站可提供多種網(wǎng)絡(luò)連接模式,通過(guò)輔助網(wǎng)絡(luò)與通信子系統(tǒng)提供多種管理方式、自由選擇。無(wú)人機(jī)具體各連接方式情況如表1所示。

1.3視頻傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

視頻傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示,變電站智能巡檢無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)集控地面站部署在變電站內(nèi),圖像信息加密后,通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。解密后,可在電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)進(jìn)行展示。其中編碼器將無(wú)人機(jī)提供的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻流,并向云端服務(wù)器推送視頻:5GCPE通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)為編碼器提供低延遲、高帶寬的穩(wěn)定傳輸環(huán)境:公網(wǎng)云端服務(wù)器通過(guò)云端服務(wù)器接收視頻流,轉(zhuǎn)儲(chǔ)后重新編碼,用戶再通過(guò)PC從該服務(wù)器拉流觀看巡查。

"無(wú)人機(jī)+5G"巡檢可以預(yù)先設(shè)定好無(wú)人機(jī)巡檢航線,無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)巡檢的實(shí)時(shí)圖像、視頻可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺厥?供運(yùn)維人員分析處理。同時(shí),無(wú)須人力現(xiàn)場(chǎng)"盯梢",大幅提高了變電站運(yùn)維質(zhì)量和效率,降低了電力員工工作強(qiáng)度,減少了工作風(fēng)險(xiǎn)。

2智能無(wú)人機(jī)巡檢應(yīng)用

采用智能航空站控制具有RTK功能的無(wú)人機(jī),搭配TSK二次開(kāi)發(fā)的專業(yè)電力飛巡軟件作為地面遙控站,整套系統(tǒng)即可成為變電站無(wú)人機(jī)智能巡檢的主.飛巡工具。通過(guò)手動(dòng)飛行記錄飛行空間航跡、云臺(tái)姿態(tài)信息,生成自主飛巡航跡,將航跡導(dǎo)入變電站三維實(shí)景模型,查看其相對(duì)位置,模擬飛巡路線,可適當(dāng)編輯修改。此后可將航跡通過(guò)無(wú)人機(jī)集控系統(tǒng)導(dǎo)入無(wú)人機(jī),實(shí)現(xiàn)一鍵起飛、全自主飛巡、成果影像自動(dòng)回傳等。

智能巡檢無(wú)人機(jī)具有操控靈活、可多角度調(diào)節(jié)視角等特點(diǎn),可對(duì)變電站設(shè)備從不同空間角度進(jìn)行巡視檢查,能夠彌補(bǔ)固定機(jī)位的不足,例如,通過(guò)智能巡檢無(wú)人機(jī)能發(fā)現(xiàn)高空金具缺陷,如圖3所示。與此同時(shí),智能巡檢無(wú)人機(jī)能夠在降低運(yùn)維人員巡視工作強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,有效提高高空金具類設(shè)備缺陷檢出率,防止因人員疏忽、技能欠缺、巡視角度限制等情況造成的缺陷未及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象。

圖3無(wú)人機(jī)在某變電站發(fā)現(xiàn)缺陷示意圖

3結(jié)語(yǔ)

"5G+無(wú)人機(jī)"的使用充分利用了5G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸快、視頻/圖片數(shù)據(jù)流清晰度高的特點(diǎn)和無(wú)人機(jī)巡檢全方位、多角度的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)設(shè)備巡檢的智能化和全景化。由于設(shè)定了無(wú)人機(jī)安全起飛的氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)條件,在無(wú)須人工干預(yù)的情況下,無(wú)人機(jī)可自動(dòng)完成計(jì)劃巡檢任務(wù),真正實(shí)現(xiàn)了電力巡檢成本低、維護(hù)費(fèi)用低以及安全性能高的目標(biāo)。

另外,5G無(wú)人機(jī)的使用不僅使電力巡檢速度大幅提升,還有效解決了自然條件的局限問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了不同任務(wù)、不同組合優(yōu)化運(yùn)行的不同操作機(jī)制,優(yōu)化了5G無(wú)人機(jī)在電力巡檢方面的應(yīng)用效果。

20220223_6215184ae4235__5G技術(shù)在變電站無(wú)人機(jī)巡檢中的應(yīng)用