PAGE4淺析5G技術(shù)在輸變電巡檢中的應(yīng)用隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民日常生活的各個(gè)方面已經(jīng)離不開電氣設(shè)備，電力資源在人民的生活中起著關(guān)鍵的作用，電力系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定安全的運(yùn)行決定了人民生活和生產(chǎn)能否穩(wěn)定有序的進(jìn)行，而輸變電巡檢工作是保障電力系統(tǒng)安全性和可靠性的主要手段。然而，傳輸電力的線路部分布設(shè)在人跡罕至的荒原或者深山之中，人力到達(dá)這些地方難度較大，導(dǎo)致巡線工作難以進(jìn)行，效率一直比較低下。伴隨著科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展更新，通信領(lǐng)域也在產(chǎn)生巨大的變化，4G技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，5G技術(shù)也逐漸走向正軌。5G是新一代移動(dòng)通信技術(shù)，未來將對(duì)移動(dòng)通信領(lǐng)域帶來重大影響。5G通信技術(shù)與智能電網(wǎng)相結(jié)合在未來具有非常廣闊的前景。隨著電力行業(yè)的發(fā)展其業(yè)務(wù)將存在多種不同形式，比如物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和各種寬帶業(yè)務(wù)。對(duì)比現(xiàn)存的電力行業(yè)業(yè)務(wù)，5G技術(shù)具有的安全性、可靠性將滿足未來電力業(yè)務(wù)的需要。針對(duì)傳統(tǒng)巡檢方式存在的問題，此篇文章主要研究5G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及在基于5G輸變電巡檢無人機(jī)中巡檢方案，提高輸變電巡檢的效率，保障電力系統(tǒng)的安全性可靠性。關(guān)鍵詞：5G通信技術(shù)，輸變電巡檢，無人機(jī)目錄摘要……………………ⅠABSTRACT……………………Ⅱ第1章緒論…………………11.1研究的背景和意義………………11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………21.3主要研究?jī)?nèi)容……………………3第2章5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)…………42.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)……………………42.2空口技術(shù)……………………52.3網(wǎng)絡(luò)切片……………………82.4邊緣計(jì)算……………………9第3章5G在輸變電巡檢中的應(yīng)用………………103.15G關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于輸變電巡檢的需求分析……………103.2輸變電無人機(jī)巡檢方案……113.3基于5G無人機(jī)輸變電巡檢方案…………123.3.15G輸變電無人機(jī)巡檢平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)…123.3.25G輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)功能設(shè)計(jì)………………133.3.35G輸變電巡檢無人機(jī)功能應(yīng)用………15第4章基于5G技術(shù)的輸變電無人機(jī)巡檢案例分析……………174.15G智能無人機(jī)在輸變電領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例…174.2智能巡檢存在的關(guān)鍵問題…………………194.3輸變電智能巡檢未來發(fā)展展望……………20第5章總結(jié)…………21參考文獻(xiàn)……………………22第1章緒論1.1研究的背景和意義輸變電設(shè)備在電力系統(tǒng)中占有重要的地位，是智能電網(wǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，為了保證輸變電設(shè)備穩(wěn)定安全的運(yùn)行就要對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行巡檢，及時(shí)查找線路設(shè)備中的故障和隱患，并且進(jìn)行排除。在電力行業(yè)中，企業(yè)需要花費(fèi)大量人力與時(shí)間用于巡檢線路中存在的問題，只有維護(hù)好設(shè)備，才能讓整個(gè)系統(tǒng)正常的為社會(huì)工作提供電力保障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，企業(yè)需要派遣人員去進(jìn)行維修，對(duì)企業(yè)的效益有這重大的影響。輸變電設(shè)備布設(shè)環(huán)境復(fù)雜、范圍廣闊，非常不利于企業(yè)對(duì)線路進(jìn)行日常檢查和維護(hù)，也難以對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致出現(xiàn)問題后不能盡早高效的處理這些故障。輸變電智能巡檢技術(shù)能夠提升巡檢工作的安全性，同時(shí)使巡檢效率得到大幅度提升，能夠?yàn)榫S護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。然而未來輸變電設(shè)備數(shù)量仍將快速增長(zhǎng)、外部環(huán)境也更加復(fù)雜，傳統(tǒng)巡檢技術(shù)難以適應(yīng)體制改革和電網(wǎng)發(fā)展的要求。因此，積極探索智能巡檢技術(shù)、努力構(gòu)建智能巡檢體系是破解輸變電設(shè)備巡檢發(fā)展難題的必由之路。經(jīng)過近幾年的艱辛探索，國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)基于直升機(jī)、機(jī)器人、無人機(jī)等智能裝備建立起一套立體巡檢體系，有效減輕了輸變電專業(yè)的運(yùn)維壓力，提高了輸變電專業(yè)的巡檢效率。目前應(yīng)用最廣泛的應(yīng)當(dāng)屬于無人機(jī)巡檢，無人機(jī)巡檢技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)比如旋翼無人機(jī)靈活性很高能適應(yīng)各種地形，能大大提高巡檢的效率。但是無人機(jī)巡檢也存在一定的缺點(diǎn)，由于網(wǎng)絡(luò)條件限制其數(shù)據(jù)的傳輸速率不能傳輸高清的視頻圖片，無人機(jī)飛行過程中還容易出現(xiàn)飛行失聯(lián)或撞擊墜落等情況。5G是新一代移動(dòng)通信技術(shù)，有望為移動(dòng)通信領(lǐng)域帶來革命性的影響。5G與智能電網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用具備廣闊的應(yīng)用前景。5G移動(dòng)通信技術(shù)的主要發(fā)展方向是與垂直行業(yè)相結(jié)合，其大帶寬、低延遲、高可靠性以及海量連接的通信能力與智能電網(wǎng)服務(wù)的業(yè)務(wù)需求相匹配。隨著5G技術(shù)的發(fā)展基于5G的無人機(jī)應(yīng)用于輸變電巡檢中將彌補(bǔ)傳統(tǒng)無人機(jī)的短板，同時(shí)應(yīng)用于更多的場(chǎng)景滿足輸電線路巡檢的需求。本文研究具備5G通信能力的無人機(jī)，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)輸電線路無人機(jī)全自動(dòng)巡檢能夠真正實(shí)現(xiàn)5G無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用，對(duì)于提高輸電線路巡檢效率、減少人工成本、及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸變電設(shè)備及其周邊環(huán)境存在的安全問題、保障輸電線路運(yùn)行安全具有重大意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代前，輸變電設(shè)備巡檢主要依靠人工。架空輸電線路大多處于路途艱難的野外，特別是遇到偏遠(yuǎn)山區(qū)或者雨雪天氣，巡檢人員的巡檢工作存在更大困難。巡檢人員一般通過目測(cè)或借助望遠(yuǎn)鏡、紅外熱成像儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備，對(duì)輸電線路桿塔基礎(chǔ)、塔身、絕緣子、導(dǎo)地線、金具等線路設(shè)備以及線路通道進(jìn)行仔細(xì)觀察和測(cè)量。巡檢人員在1個(gè)工作日內(nèi)可巡視的桿塔和線路數(shù)量十分受限，且人身安全存在較大隱患。隨著電力改革深入推進(jìn)、電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得人力對(duì)于線路巡檢更加復(fù)雜困難?！笆濉逼陂g，電力行業(yè)的大發(fā)展，各種設(shè)備數(shù)量也急劇增加、外部環(huán)境也更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的依靠人力的巡檢方式難以應(yīng)對(duì)新出現(xiàn)的各種問題。所以，積極探索智能巡檢技術(shù)、努力構(gòu)建智能巡檢體系是破解輸變電設(shè)備巡檢發(fā)展難題的必由之路。經(jīng)過近幾年的艱辛探索，國(guó)家電網(wǎng)公司基于直升機(jī)、機(jī)器人、無人機(jī)等智能裝備建立了一套立體巡檢體系，有效減輕了輸變電專業(yè)的運(yùn)維壓力，提高了輸變電專業(yè)的巡檢效率。5G發(fā)展歷史追溯到2015年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）為其規(guī)定了一個(gè)法定名稱“IMT2000”。兩年后的2017年5G的標(biāo)準(zhǔn)制定工作開始，由3GPP負(fù)責(zé)。3GPP于2019年3月和2020年7月分別發(fā)布了Release15版本和Release16版本的5G標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)5G技術(shù)規(guī)范的全球統(tǒng)一。世界各國(guó)均積極推動(dòng)5G通信的技術(shù)研發(fā)和商業(yè)部署，美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等紛紛公布各國(guó)的5G發(fā)展計(jì)劃。截至2020年11月，全世界多個(gè)國(guó)家都提出了一系列符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G商用服務(wù)。我國(guó)在5G技術(shù)發(fā)展、設(shè)施建設(shè)與商用推廣方面處于領(lǐng)先地位。我國(guó)“十三五”規(guī)劃綱要提出推動(dòng)5G研究及商用的目標(biāo)。三大運(yùn)營(yíng)商及廣電在2019年6月得到了工信部發(fā)放的5G商用牌照。5G基站建設(shè)作為保障5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要環(huán)節(jié)得到了國(guó)家高度重視。隨著國(guó)家提出加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求。2021年5月17日舉行了世界電信和信息社會(huì)日大會(huì)，截止3月底，中國(guó)建成5G基站81.9萬個(gè)，占全球百分之七十以上；5G終端連接數(shù)2.8億，占全球百分之八十以上。

1.3主要研究?jī)?nèi)容本文主要研究5G無線通信技術(shù)應(yīng)用于電力企業(yè)輸變電巡檢中的方案，提出基于5G通信技術(shù)的無人機(jī)，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)輸電線路無人機(jī)全自動(dòng)巡檢能夠真正實(shí)現(xiàn)5G無人機(jī)在輸電線路巡檢的應(yīng)用，研究基于5G技術(shù)無人機(jī)巡檢系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與其功能設(shè)計(jì)。全文分為五章，每章的研究?jī)?nèi)容如下：第一章：介紹5G無線通信技術(shù)發(fā)展歷史，闡述輸變電巡檢對(duì)于電力系統(tǒng)的重要意義。從輸變電巡檢的發(fā)展現(xiàn)狀，及現(xiàn)在輸變電巡檢系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。參考國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀為本文提出課題提供研究思路。第二章：介紹了5G無線通信技術(shù)，空口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)，對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)有全面深入的了解。第三章：介紹了輸變電巡檢的內(nèi)容與方案，輸變電巡檢的存在的傳統(tǒng)方案而后提出了基于5G通信系統(tǒng)的新型無人機(jī)巡檢方案，研究了其巡檢平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)與巡檢平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)。并且研究了其功能應(yīng)用。第四章：分析了基于5G通信系統(tǒng)的無人機(jī)較傳統(tǒng)無人機(jī)巡檢平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，并且給出應(yīng)用實(shí)例用于分析研究，并提出目前仍存在的關(guān)鍵問題與對(duì)未來巡檢方案的展望。第五章：總結(jié)了對(duì)5G通信技術(shù)的研究，回顧本文所提出的一種新型無人機(jī)巡檢架構(gòu)平臺(tái)及其功能應(yīng)用；分析文章研究的不足之處，提出對(duì)未來研究的展望。

第2章5G無線通信關(guān)鍵技術(shù)2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2017年3月3GPP發(fā)布了5種5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)選項(xiàng)（option2、option3/3a/3x、option4/4a、option5、option7/7a/7x），根據(jù)5G控制面錨點(diǎn)（雙連接中的負(fù)責(zé)控制面的基站）不同分為NR非獨(dú)立組網(wǎng)NSA(Non-standalone)和NR獨(dú)立組網(wǎng)SA(Standalone)。簡(jiǎn)單來說NSA非獨(dú)立組網(wǎng)是指通信管理部分使用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)部分，不需要重新建設(shè)。用于連接的部分如基站則增加5G技術(shù)來實(shí)現(xiàn)5G功能。SA則是各個(gè)方面全部采用5G技術(shù)，包括連接與管理部分都是全新的技術(shù)與之前的4G技術(shù)完全不同，可以為用戶提供全套5G服務(wù)?；贜SA架構(gòu)中由于管理部分需要借助4G核心網(wǎng)所以它的存在形式為4G基站和5G基站并存，運(yùn)用5G技術(shù)的只有連接方面，也就是增加了5G頻段，而核心網(wǎng)部分還需依靠4G技術(shù)，這種方式可以認(rèn)為是在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行擴(kuò)容。由于5G載波與4G系統(tǒng)緊密結(jié)合能夠保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。NSA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以認(rèn)為是一種4G向5G逐漸過渡的中間方式，這樣能依靠現(xiàn)存基站保證用戶的良好體驗(yàn)，依靠NSA可以實(shí)現(xiàn)過渡時(shí)期的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是5G系統(tǒng)最重要核心的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、虛擬化技術(shù)以及對(duì)多樣業(yè)務(wù)的靈活支持NSA架構(gòu)不能提供，基于獨(dú)立（SA）架構(gòu)的5G系統(tǒng)才能真正實(shí)現(xiàn)5G的技術(shù)承諾，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的最終追求還是SA架構(gòu)。新一代5G接入網(wǎng)的功能較上一代接入網(wǎng)有著很大的區(qū)別，它要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的配置能力更加強(qiáng)大，能夠靈活地調(diào)配。對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能方面則需要支持靈活部署。所以在設(shè)計(jì)接入網(wǎng)的時(shí)候應(yīng)保證其具有靈活性、擴(kuò)展性、定制性。5G核心網(wǎng)的建設(shè)較上一代核心網(wǎng)的區(qū)別在于控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，核心技術(shù)有移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、功能虛擬化等。如圖2-1所示，5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中為了滿足各種服務(wù)的低時(shí)延要求，將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為不同的模塊，最主要的是能夠分離轉(zhuǎn)發(fā)與控制?？刂泼媾c用戶面分離能夠減少分布式網(wǎng)關(guān)部署的成本、接口負(fù)載和可選信令路由的數(shù)量。同時(shí)能夠增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，為網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)提供技術(shù)支持。避免了由于控制平面演進(jìn)而帶來的轉(zhuǎn)發(fā)面的頻繁升級(jí)。圖2-15G網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)2.2空口技術(shù)5G技術(shù)所能夠利用的頻譜資源較為豐富，主要分為6Ghz以上或以下，利用不同頻段來滿足不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。高頻段能夠提供高速率和高帶寬，低頻段資源可以用于連接大量設(shè)備滿足廣闊范圍的覆蓋。同時(shí)。新空口采用調(diào)制編碼、新型多址、大規(guī)模天線等先進(jìn)技術(shù)來滿足不同場(chǎng)景差異化的技術(shù)需求。為了實(shí)現(xiàn)5G的高傳輸速率、高系統(tǒng)容量、高可靠、低時(shí)延等性能指標(biāo)，5G空口技術(shù)的創(chuàng)新可以從調(diào)制編碼、MIMO技術(shù)、多址技術(shù)等方面進(jìn)行概括。在關(guān)鍵技術(shù)中，大規(guī)模MIMO技術(shù)及超密集組網(wǎng)技術(shù)主要用來提升空間復(fù)用度，而新型多載波、新型多址技術(shù)、先進(jìn)調(diào)制編碼、全雙工通信技術(shù)主要提高頻譜利用率，全頻譜接入和頻譜共享技術(shù)主要用來增加系統(tǒng)帶寬。（1）調(diào)制編碼5G調(diào)制編碼技術(shù)有Turbo碼、Polar碼（極化碼）及LDPC碼（低密度奇偶校驗(yàn)碼）。三種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比：Polar碼作為唯一eMBB場(chǎng)景控制信道編碼方式，在算法復(fù)雜度上有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是實(shí)際通信系統(tǒng)中應(yīng)用相對(duì)較少；Turbo碼已使用于3G、4G，以及4.5G，因此有較好的成熟度，可后向兼容5G。LDPC碼的編碼算法已經(jīng)比較成熟，也運(yùn)用到了wlan等眾多通信系統(tǒng)。（2）MIMO技術(shù)MIMO多進(jìn)多出技術(shù)能夠極大地提升信道容量。實(shí)現(xiàn)方式主要表現(xiàn)為在基站上增加發(fā)射與接收天線，這樣就不需要增加發(fā)射功率，甚至能減少發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)信道的擴(kuò)容。如圖2-2所示，大規(guī)模MIMO技術(shù)作為5G多并行信道傳輸技術(shù)，能夠使得以前不能使用的空間資源得到利用，大地增加系統(tǒng)容量。4G網(wǎng)絡(luò)主要采用2*2MIMO、4*4MIMO,而在4.5G，使用8T8R及以上大規(guī)模MIMO技術(shù)，而5G則使用64T64R以及以上大規(guī)模MIMO。圖2-2MIMO技術(shù)的演進(jìn)大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠在相同的時(shí)間資源與頻率資源提供服務(wù)，即用戶接受的信號(hào)服務(wù)處在同一時(shí)間頻率，這樣能在節(jié)省空間資源的情況下保證服務(wù)的用戶數(shù)量不減少。最顯著的特征是其需要配置大量的天線，一個(gè)基站的天線數(shù)量將達(dá)到幾百根。相比于傳統(tǒng)的MIMO，大規(guī)模MIMO技術(shù)主要有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一信道容量大，二功率成本低，三信號(hào)穩(wěn)定時(shí)延小。因?yàn)槭剐盘?hào)不再局限于水平方向發(fā)射，增加了垂直傳輸，能提高系統(tǒng)的容量，天線數(shù)量增加所以每個(gè)天線的功率不再需要很大就能發(fā)射出去，減少功率發(fā)射成本，使用MIMO技術(shù)信號(hào)的抗干擾性能大大提升。（3）多址技術(shù)非正交多址技術(shù)（NOMA）多用戶共享接入技術(shù)（MUSA）稀疏碼分多址技術(shù)（SCMA）擴(kuò)展碼不擴(kuò)展，功率域疊加較短的非正交復(fù)數(shù)擴(kuò)展碼較短非正交稀疏碼接收機(jī)碼字級(jí)SIC，復(fù)雜度低，靈活性好碼字級(jí)SIC，復(fù)雜度低，靈活性好MPA（類似于LDPC譯碼器），復(fù)雜度高，靈活性受限過載率通常可支持200%的過載，依賴嚴(yán)格調(diào)度（遠(yuǎn)近）序列長(zhǎng)度4，600%+過載序列長(zhǎng)度4，理論150%過載（碼本數(shù)量受限于稀疏性，4長(zhǎng)序列只有6個(gè)稀疏碼本）調(diào)度機(jī)制基于調(diào)度免調(diào)度/免隨機(jī)接入基于調(diào)度高階調(diào)制支持支持高維星座圖非常復(fù)雜與MIMO結(jié)合支持，依賴于嚴(yán)格的調(diào)度機(jī)制可接受復(fù)雜度，線性提升過載率MPA接收機(jī)約束，多天線對(duì)過載率提升受限峰均比低低（可以基于SC-FDMA）高（只能基于OFDMA）表2-1多種多址技術(shù)比較表1）NOMA非正交傳輸技術(shù)NOMA（Non-OrthogonalMultipleAccess），傳統(tǒng)的正交傳輸技術(shù)容量較低難以滿足5G時(shí)代海量數(shù)據(jù)的傳輸。而非正交傳輸技術(shù)能夠及大地?cái)U(kuò)展傳輸系統(tǒng)的容量。NOMA與傳統(tǒng)的正交傳輸不同在于在發(fā)送端，非正交傳輸在發(fā)送端引入干擾信息，采用非正交傳輸。非正交多址具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：信道容量大，提升頻譜效率和小區(qū)邊緣吞吐量，大范圍連接，時(shí)間延遲極低，信令開銷也降低到極小水平。2）MUSA基于多用戶共享接入MUSA(Multi-UserSharedAccess)相較于4G技術(shù)，MUSA技術(shù)可以在相同的時(shí)間與頻率資源下接入數(shù)倍的用戶。同時(shí)簡(jiǎn)化同步等過程，降低接入時(shí)延。關(guān)鍵技術(shù)為使用復(fù)數(shù)域多元碼。使用MUSA技術(shù)能夠解決未來海量連接的問題。3）SCMA稀疏碼分多址技術(shù)SCMA(SparseCodeMultipleAccess)是一種新型非正交多址接入技術(shù)。SCMA主要有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：一是低密度擴(kuò)頻技術(shù)，由于現(xiàn)在的頻譜資源緊張，如何增加頻譜資源的利用率便成為研究重點(diǎn)，這種低密度擴(kuò)頻技術(shù)能有效地利用現(xiàn)有頻譜資源。二是高維調(diào)制技術(shù)，調(diào)制技術(shù)一直是無線通信技術(shù)的重點(diǎn)技術(shù)，采用高維調(diào)制能夠有效地提升用戶的抗干擾能力同時(shí)使得借條能力得到加強(qiáng)。2.3網(wǎng)絡(luò)切片網(wǎng)絡(luò)切片(Networkslicing)基于SDN/NFV技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)端到端邏輯網(wǎng)絡(luò)資源的分離和獨(dú)立。網(wǎng)絡(luò)切片的主要特點(diǎn)就是獨(dú)立，也就是說每一個(gè)切片相互獨(dú)立互不干擾，眾所周知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含硬件設(shè)備以及不同的軟件服務(wù)網(wǎng)絡(luò)切片之中的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)互相獨(dú)立指的是其協(xié)議都是不同的；這樣不同的協(xié)議將更好的服務(wù)于不同的業(yè)務(wù)使得各項(xiàng)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量都能得到提升。不同的業(yè)務(wù)所需的服務(wù)質(zhì)量不同，若為其分配同樣的網(wǎng)絡(luò)資源則會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，在5G海量數(shù)據(jù)時(shí)代這是不可接收的。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)則很好地解決了這一問題，為差異化的服務(wù)靈活分配資源，達(dá)到資源利用的最大化。網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)如圖2-3所示，相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)切片開創(chuàng)性的增加了編排器、虛擬化管理等功能。對(duì)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵特征有用戶控制分離、虛擬化、隔離功能等。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）為了實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)流量的功能，將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)平面與控制平面進(jìn)行了分離。軟件定義網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)在“軟”字上，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理是在設(shè)備上進(jìn)行，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)則運(yùn)用軟件編程來對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，主要是通過增加可編程接口來實(shí)現(xiàn)的。這種軟件定義網(wǎng)絡(luò)與之前的網(wǎng)絡(luò)差異巨大，它能通過編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的控制與調(diào)用功能，非常的靈活方便將網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)行了簡(jiǎn)化使得網(wǎng)絡(luò)管理更加便捷。軟件定義網(wǎng)絡(luò)可以說是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的基礎(chǔ)，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才能將控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面完全分離。在網(wǎng)絡(luò)切片與軟件定義之間設(shè)立了接口，這樣就能使得兩者聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片中的功能定義功能。圖2-3切片概念架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization,NFV）傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)需要專用的硬件設(shè)備與軟件設(shè)備進(jìn)行結(jié)合實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能可以使用虛擬平臺(tái)來代替這些專業(yè)硬件與軟件；它還能對(duì)軟硬件功能解耦也就是將這些功能完全分離開，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的配置帶來了極大便利同時(shí)部分功能可以通過軟件實(shí)現(xiàn)不必需要硬件，而是在虛擬機(jī)上或者通用服務(wù)器上使用軟件的形式實(shí)現(xiàn)這些以前需要硬件實(shí)現(xiàn)的功能，這種按需自動(dòng)化配置提高了網(wǎng)絡(luò)彈性和利用效率，利用NFV技術(shù)能夠把硬件與軟件實(shí)現(xiàn)分離。2.4邊緣計(jì)算移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）是將計(jì)算與儲(chǔ)存能力等放置在網(wǎng)絡(luò)邊緣如基站或無線接入點(diǎn)。這樣當(dāng)用戶需要服務(wù)的時(shí)候不需要連接至服務(wù)器而在網(wǎng)絡(luò)邊緣就能實(shí)現(xiàn)這些功能。MEC技術(shù)能有效地緩解網(wǎng)絡(luò)壓力，降低服務(wù)時(shí)延提升用戶體驗(yàn)。（1）MEC系統(tǒng)介紹MEC體系參考架構(gòu),研究人員將MEC系統(tǒng)劃分為三個(gè)層次分別為MEC系統(tǒng)層、MEC主機(jī)層和網(wǎng)絡(luò)層如圖2-4所示，MEC系統(tǒng)通常包括以下部分：在MEC系統(tǒng)層中,存在用戶終端與第三方，主要功能就是使運(yùn)營(yíng)商等服務(wù)端為用戶提供MEC應(yīng)用。在MEC主機(jī)層中,存在移動(dòng)邊緣主機(jī)與移動(dòng)邊緣主機(jī)管理，基礎(chǔ)化設(shè)施為移動(dòng)邊緣主機(jī)的基礎(chǔ)，它能夠?qū)崿F(xiàn)最重要的計(jì)算儲(chǔ)存能力。并且具有為接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行選路轉(zhuǎn)發(fā)的路由功能。在MEC網(wǎng)絡(luò)層中，存在3GPP網(wǎng)絡(luò)，、本地網(wǎng)絡(luò)、外部網(wǎng)絡(luò)，主要提供網(wǎng)絡(luò)連接支持。圖2-4MEC基本架構(gòu)（2）邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)處理速度變快，邊緣計(jì)算模型是一種全新的數(shù)據(jù)處理方式傳統(tǒng)數(shù)據(jù)需要上傳至服務(wù)器進(jìn)行處理，傳輸過程時(shí)間長(zhǎng)影響數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性，邊緣計(jì)算省去了上傳數(shù)據(jù)這一步驟，在網(wǎng)絡(luò)邊緣就能處理數(shù)據(jù)保障了低時(shí)延服務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。增強(qiáng)信息的安全性，得益于無線網(wǎng)絡(luò)的普及，移動(dòng)終端中產(chǎn)生的隱私數(shù)據(jù)量大大增加，很多用戶會(huì)擔(dān)心數(shù)據(jù)安全問題。邊緣計(jì)算模型很好地解決了這一問題，不需上傳至云端，而是就近的存儲(chǔ)在附近接入點(diǎn)。消除了信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至云端過程中存在的被劫持風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)安全性。第3章5G在輸變電巡檢中的應(yīng)用3.15G關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于輸變電巡檢的需求分析4G通信技術(shù)的傳輸速率在1Gbit/s左右，隨著5G技術(shù)的發(fā)展其網(wǎng)絡(luò)傳輸速度達(dá)到10Gbit/s，這是5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于4G的最明顯變化，峰值傳輸速率是前一代的幾十倍以上；超高的速率能使在用戶層面的使用感受得到極大提升。第二點(diǎn)區(qū)別在于使用頻段的不同，4G技術(shù)普遍使用3GHz以下的較低頻段，而5G技術(shù)使用30GHz以上的高頻段毫米波段，這樣網(wǎng)絡(luò)資源的提升能夠極大地提升傳輸速率，搭配使用打過莫MIMO技術(shù)、波束成型技術(shù)等能將傳輸速率提高到極高水平同時(shí)保證傳輸質(zhì)量。5G技術(shù)峰值可達(dá)20Gbit/s這樣的超高帶寬能為未來海量連接物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供技術(shù)支撐。5G技術(shù)的時(shí)延極低。4G技術(shù)的時(shí)延在10ms，而5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求將時(shí)延降低為原來的十分之一即1ms。響應(yīng)時(shí)間的大幅度縮短將為要求時(shí)延極低的業(yè)務(wù)提供技術(shù)條件。如遠(yuǎn)距離控制技術(shù)，無人機(jī)控制，新興的汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)都需要時(shí)延極低來保證，這些業(yè)務(wù)是傳統(tǒng)4G技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的。邊緣計(jì)算技術(shù)在電力系統(tǒng)中是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。如今的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)于安全性與實(shí)時(shí)性要求較高，如在輸變電巡檢業(yè)務(wù)中圖像與高清視頻的處理需要較高的實(shí)時(shí)性以便于能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障進(jìn)行及時(shí)的處理。邊緣計(jì)算支持?jǐn)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行處理不必傳輸至核心網(wǎng)絡(luò)，有效減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載減少數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。所以可以說5G通信技術(shù)與電力行業(yè)結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)是非常關(guān)鍵的一環(huán)。3.2輸變電無人機(jī)巡檢方案1.輸變電無人機(jī)巡檢方案介紹無人機(jī)智能巡檢技術(shù)指的是運(yùn)用無人機(jī)飛行平臺(tái)飛抵需要巡檢處如塔桿與輸電線路等等設(shè)備附近，通過搭載在無人機(jī)平臺(tái)上的各種感知設(shè)備如高清攝像機(jī)、紅外熱成像儀等對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)感知，而后將取得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至后方平臺(tái)進(jìn)行分析處理，完成一處巡檢后無人機(jī)操作員控制無人機(jī)飛行到下一處需檢查地點(diǎn)。巡檢作業(yè)使用的無人機(jī)類型主要有以下幾種，不同類型無人機(jī)特點(diǎn)也不同，見表二無人機(jī)分類技術(shù)介紹無人直升機(jī)體積一般來說比較大、飛行控制難度高需要專業(yè)操作人員控制、飛行成本較高多旋翼無人機(jī)體積較小、飛行靈活、便于控制、起飛場(chǎng)地要求低、不能長(zhǎng)時(shí)間飛行、搭載設(shè)備要求輕便小巧固定翼無人機(jī)體積中等、飛行速度快、巡航時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)載較大、起飛需要專業(yè)機(jī)場(chǎng)跑道、控制難度大復(fù)合翼無人機(jī)體積中等、飛行速度始終、能長(zhǎng)時(shí)間飛行、起飛要求低、負(fù)載較大、成本高表二無人機(jī)技術(shù)分類技術(shù)簡(jiǎn)介在電力企業(yè)使用無人機(jī)進(jìn)行巡檢工作中無人機(jī)(UAV)只是一個(gè)裝有具有狀態(tài)感知設(shè)備的平臺(tái)，用來檢測(cè)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。而進(jìn)行檢查探測(cè)的各種技術(shù)模塊需要搭載在無人機(jī)平臺(tái)上發(fā)揮作用。常用的檢測(cè)技術(shù)主要由以下幾種，一使用可見光成像技術(shù)：可見光成像技術(shù)指利用高清攝像頭相機(jī)等設(shè)備檢查一些能夠用肉眼分辨的故障或設(shè)備產(chǎn)生的變化，需要巡檢人員進(jìn)行人工識(shí)別，這種技術(shù)由于技術(shù)難度低已經(jīng)廣泛的在巡檢工作中得到應(yīng)用。二是紫外成像技術(shù)：紫外成像技術(shù)利用相關(guān)的成像設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，它能夠檢測(cè)電力設(shè)備中不容易被肉眼識(shí)別發(fā)生的電暈現(xiàn)象，但是紫外遙感設(shè)備普遍成本較高，這種技術(shù)在無人機(jī)巡檢中沒有得到大規(guī)模的使用。三是紅外熱成像技術(shù)：紅外檢測(cè)技術(shù)是指利用紅外設(shè)備進(jìn)行對(duì)目標(biāo)的成像，它主要用于檢測(cè)電力線纜等設(shè)備的異常發(fā)熱現(xiàn)象。由于運(yùn)用最廣泛的技術(shù)還是可見光成像技術(shù)，在檢測(cè)過程中，無人機(jī)利用攝像頭等設(shè)備采集大量輸電線路及相關(guān)電氣設(shè)備的圖像。鑒于當(dāng)前的圖像處理技術(shù)并不發(fā)達(dá)所以產(chǎn)生的這些大量圖像數(shù)據(jù)需要巡檢人員進(jìn)行鑒別處理。此外，由于控制技術(shù)的不完善，無人機(jī)全自動(dòng)巡檢并不能運(yùn)用到實(shí)際工作之中，而且巡檢圖像的識(shí)別還是依靠相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的。2.輸變電無人機(jī)巡檢存在的問題隨著無人機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生，這項(xiàng)技術(shù)收到了各個(gè)行業(yè)的廣泛關(guān)注，尤其在需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域比如電力系統(tǒng)行業(yè)，或者安全防護(hù)等交通領(lǐng)域更是得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著大規(guī)模的應(yīng)用避免不了出現(xiàn)一系列的問題這些問題主要可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：（1）無人機(jī)巡檢主要通過相機(jī)進(jìn)行拍攝圖像而這些產(chǎn)生的圖像需要非常專業(yè)的人員進(jìn)行識(shí)別處理，人員識(shí)別非常繁瑣不能大批量實(shí)時(shí)鑒別;（2）無人機(jī)巡檢過程需要專業(yè)的無人機(jī)飛手進(jìn)行飛行控制，巡檢任務(wù)不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。（3）由于通信技術(shù)的限制導(dǎo)致傳輸圖像不清晰、無人機(jī)誤碰高壓線和墜機(jī)等現(xiàn)象。而基于5G技術(shù)的輸變電巡檢無人機(jī)能夠解決上述一些問題，依靠5G技術(shù)的超高帶寬低時(shí)延能大大提高圖傳能力，巡檢無人機(jī)能夠?qū)⒀矙z視頻畫面實(shí)時(shí)高清的傳回控制中心，5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)邊緣計(jì)算技術(shù)為無人機(jī)全自動(dòng)巡檢提供了技術(shù)支撐，將無人機(jī)全自動(dòng)巡檢變?yōu)榭赡堋?.3基于5G無人機(jī)輸變電巡檢方案3.3.15G輸變電無人機(jī)巡檢平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-1所示，主要分為四個(gè)層次，一是狀態(tài)感知層，二是網(wǎng)絡(luò)連接層，三是平臺(tái)管理層，四是功能應(yīng)用層。圖3-1輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)1）狀態(tài)感知層。狀態(tài)感知層主要用來感知采集設(shè)備狀態(tài)信息，可通過無人機(jī)平臺(tái)上安裝的設(shè)備如光學(xué)變焦攝像頭與全景直播儀采集圖像信息，使用紅外熱成像儀采集紅外信息等。2）網(wǎng)絡(luò)連接層。無人機(jī)巡檢航線由大量5G基站實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，這樣無人機(jī)在巡檢過程之中能始終處于一種5G網(wǎng)絡(luò)通道之中巡檢數(shù)據(jù)可通過超大帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)?；揪哂羞吘売?jì)算能力可對(duì)采集信息進(jìn)行預(yù)先處理分析。3）平臺(tái)管理層。主要存在數(shù)據(jù)中心與業(yè)務(wù)中心，物聯(lián)管理，設(shè)備管理等模塊，其目的在于將采集信息進(jìn)行分析處理，并將設(shè)備管理的其他業(yè)務(wù)結(jié)合起來成為共享服務(wù)，具有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)模型，為前端的應(yīng)用創(chuàng)新提供支持。4）功能應(yīng)用層。主要包含全自動(dòng)巡檢、VR虛擬巡檢等應(yīng)用功能。這一層次主要是在平臺(tái)管理層的支撐下實(shí)現(xiàn)無人機(jī)巡檢的功能建設(shè)。3.3.2輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)功能設(shè)計(jì)基于5G技術(shù)與無人機(jī)巡檢技術(shù)，提出了一種新型巡檢平臺(tái)。本平臺(tái)主要包括七個(gè)模塊，具有場(chǎng)景展示功能，狀態(tài)管理功能，巡查線路管理功能，無人機(jī)狀態(tài)管理功能，巡檢信息管理功能等等。綜合這些部分可以管理設(shè)備，管理線路，控制操作權(quán)限，控制無人機(jī)與實(shí)時(shí)監(jiān)視無人機(jī)等等功能。與此同時(shí)首頁(yè)能夠展示無人機(jī)回傳圖像，采集的數(shù)據(jù)以及發(fā)出的故障警告和實(shí)時(shí)位置等信息。輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)功能架構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)功能架構(gòu)1）首頁(yè)。首頁(yè)的設(shè)計(jì)是為了人員能清晰的觀看實(shí)時(shí)信息與巡檢狀態(tài)，此功能能夠展示無人機(jī)拍攝的場(chǎng)景圖像同時(shí)能將危險(xiǎn)點(diǎn)直接一目了然的展示。另外能將設(shè)計(jì)規(guī)劃完成的任務(wù)顯示出來。最重要的是當(dāng)線路出現(xiàn)故障的時(shí)候，屏幕上能立即發(fā)出警告增加巡檢的實(shí)時(shí)性。此外還可以增加巡檢任務(wù)與故障點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)信息等。2）狀態(tài)概覽。狀態(tài)概覽模塊主要包含各個(gè)類型的狀態(tài)信息，比如輸電線路的信息，輸電塔桿位置信息，無人機(jī)目前狀態(tài)信息，無人機(jī)平臺(tái)上各種感知設(shè)備的信息，同時(shí)也能實(shí)時(shí)定位無人機(jī)飛行位置防止偏離預(yù)定巡檢線路，同時(shí)還能提供線路地圖的多圖層展示，管理人員通過打開相應(yīng)模塊便能輕松查看這些具體信息。3）巡線管理。巡線管理主要功能為管理一些參數(shù)配置比如巡檢線路的劃定巡檢時(shí)間的規(guī)劃，同時(shí)能管理無人機(jī)平臺(tái)搭載設(shè)備在不同需求自動(dòng)更換設(shè)備，還具備自動(dòng)配置巡檢任務(wù)還能在巡檢完成后全自動(dòng)的產(chǎn)生巡檢報(bào)告，此模塊主要為工作人員提供查詢功能，進(jìn)入界面便可以查詢到各種設(shè)備參數(shù)，無人機(jī)飛行的航跡，巡檢任務(wù)等等信息。并且歷史巡檢記錄也會(huì)存儲(chǔ)在處理器中方便人員查詢。4）無人機(jī)巡檢。無人機(jī)巡檢功能能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)的全自動(dòng)巡檢，無人機(jī)能夠在預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序后自動(dòng)的起飛，自動(dòng)的進(jìn)行線路巡檢。還能提供VR巡檢功能，讓遠(yuǎn)程人員有在現(xiàn)場(chǎng)巡檢的沉浸感。最后還能實(shí)現(xiàn)巡檢平臺(tái)與其他智能設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，更加高效的完成巡檢任務(wù)。5）信息管理。信息管理功能主要包含無人機(jī)信息、搭載設(shè)備信息、電池信息、告警信息等。操作人員能通過查找這些關(guān)鍵詞實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)信息、設(shè)備信息等的查看功能。6）資產(chǎn)管理。資產(chǎn)管理模塊包含線路管理、塔桿管理、無人機(jī)管理等。主要用來對(duì)電力系統(tǒng)的各種資產(chǎn)進(jìn)行綜合管理，這樣能將所屬企業(yè)的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行清晰明了的管理為后期維護(hù)工作提供極大地便利。7）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理模塊主要包含以下幾個(gè)方面，比如巡檢數(shù)據(jù)管理、整個(gè)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)、人員的權(quán)限管理等。能夠方便人員對(duì)無人機(jī)巡檢平臺(tái)進(jìn)行整體管理。3.3.3輸變電巡檢無人機(jī)功能應(yīng)用（1）無人機(jī)全自動(dòng)巡檢5G通信技術(shù)與無人機(jī)的結(jié)合使得自動(dòng)飛行與檢查成為可能。無人機(jī)平臺(tái)上搭載的狀態(tài)感知模塊包括5G通信模塊、高倍攝像機(jī)和紅外熱成像儀、全景直播儀、供能電池等，配套的自動(dòng)充能無人機(jī)機(jī)巢等設(shè)備。巡檢裝置與輸電線路無人機(jī)巡檢平臺(tái)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)全自動(dòng)巡檢。運(yùn)檢人員可以使用無人機(jī)巡檢平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的遠(yuǎn)程人工操控，平臺(tái)能自動(dòng)記錄無人機(jī)飛行航線與操作動(dòng)作，全自動(dòng)巡檢內(nèi)容也包括自動(dòng)建立任務(wù)，平臺(tái)根據(jù)大數(shù)據(jù)分析或系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)建立巡檢任務(wù)并下發(fā)給無人機(jī)，巡檢任務(wù)一般包括需要巡檢的線路或設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào)、無人機(jī)飛行軌跡、設(shè)備具體經(jīng)緯度、飛行時(shí)間規(guī)劃等等。無人機(jī)接收到任務(wù)后按照巡檢任務(wù)規(guī)劃起飛進(jìn)行自動(dòng)的線路設(shè)備巡檢將產(chǎn)生的報(bào)告?zhèn)鬏斨梁笈_(tái)最終降落完成此次巡檢任務(wù)。若需要巡檢的線路過長(zhǎng)無人機(jī)也可在線路中途的能量補(bǔ)充機(jī)巢進(jìn)行能量補(bǔ)充以完成任務(wù)或采用多架無人機(jī)進(jìn)行接力巡檢。無人機(jī)的全自動(dòng)巡檢結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。巡檢過程中，主要分為三個(gè)方面，一是信息采集：信息采集主要采用無人機(jī)平臺(tái)上搭載的感知設(shè)備如高清攝像頭、紅外線成像儀等設(shè)備進(jìn)行圖片與視頻的拍攝工作。第二個(gè)方面為數(shù)據(jù)傳輸：依托于5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于巡檢線路的全覆蓋，無人機(jī)平臺(tái)上采集的信息可以快速傳輸至擁有計(jì)算能力的邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。三是數(shù)據(jù)的處理邊緣節(jié)點(diǎn)是具有計(jì)算能力的節(jié)點(diǎn)，它能夠?qū)o人機(jī)傳輸至此的數(shù)據(jù)，如圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析識(shí)別出線路是否出現(xiàn)問題，而后能夠?qū)a(chǎn)生的結(jié)構(gòu)報(bào)告給巡檢平臺(tái)，巡檢平臺(tái)根據(jù)這些信息產(chǎn)生任務(wù)巡檢報(bào)告完成此次自動(dòng)巡檢任務(wù)。同時(shí)可以為無人機(jī)搭載不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)，如搭載激光設(shè)備進(jìn)行飛行，無人機(jī)也是執(zhí)行上述三個(gè)步驟采集數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)這樣就能完成對(duì)輸電線路地形的勘測(cè)。圖3-3無人機(jī)全自動(dòng)巡檢架構(gòu)（2）無人機(jī)VR巡檢由于目前的視頻識(shí)別技術(shù)仍不完善，識(shí)別的場(chǎng)景有限制，識(shí)別的準(zhǔn)確率不夠，巡檢人員一般需要對(duì)圖片或視頻進(jìn)行二次審核。為了提升輸變電巡檢效率，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于輸變電巡檢中，無人機(jī)飛行至需要巡檢的線路附近進(jìn)行懸停，其搭載的全景攝影機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視而后方的無人機(jī)操作員則可以運(yùn)用專門的設(shè)備如VR眼鏡進(jìn)行檢測(cè)，依托于5G技術(shù)的超高帶寬與超低時(shí)延，前端的無人機(jī)平臺(tái)能夠拍攝高清視頻圖像傳輸?shù)胶蠓饺藛T處，巡檢人員能依靠專業(yè)設(shè)備對(duì)輸電線路等設(shè)備進(jìn)行各個(gè)角度的細(xì)致觀察，能夠大大提高巡檢的精確性。傳統(tǒng)人工巡檢需要人員走近現(xiàn)場(chǎng)去觀察線路等設(shè)備，而VR巡檢能夠使人員在室內(nèi)就能獲得走近現(xiàn)場(chǎng)的巡檢效果，不必再翻山越嶺或步行很遠(yuǎn)去巡檢，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)省了巡檢過程消耗的大量金錢，也能保障人員的人身安全。VR巡檢可以通過一鍵瞬進(jìn)的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，巡檢的時(shí)效性也能得到保障。總結(jié)來說VR巡檢操作上更加簡(jiǎn)單方便，沉浸感強(qiáng)體驗(yàn)更加真實(shí)，巡檢更加實(shí)時(shí)迅捷。（3）無人機(jī)智能聯(lián)動(dòng)無人機(jī)智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)是指多種感知設(shè)備與無人機(jī)平臺(tái)結(jié)合，如輸電塔桿配備有高清攝像頭等狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)攝像頭觀察到出現(xiàn)危險(xiǎn)如線路上掛上了風(fēng)箏塑料袋等異物將會(huì)對(duì)輸電線路安全造成威脅。這時(shí)候系統(tǒng)便會(huì)開始工作首先將危險(xiǎn)信號(hào)通過5G基站傳輸至巡檢線路管理平臺(tái)，管理平臺(tái)接收之后會(huì)做出智能分析并且自動(dòng)產(chǎn)生處置任務(wù)下達(dá)給無人機(jī)巡檢平臺(tái)。無人機(jī)巡檢平臺(tái)根據(jù)任務(wù)可以智能自動(dòng)的更換無人機(jī)需要搭載的設(shè)備，攜帶好需要設(shè)備后便可升空快速飛到報(bào)警位置，而后依靠搭載設(shè)備如高能激光器對(duì)懸掛異物進(jìn)行處置。若塔桿附近出現(xiàn)非法施工如在線桿附近取土，這種會(huì)導(dǎo)致倒桿斷電等威脅輸電線路安全的行為也會(huì)實(shí)行智能聯(lián)動(dòng)對(duì)于這種行為無人機(jī)可以攜帶擴(kuò)音喇叭與攝像機(jī)進(jìn)行作業(yè)，抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后通過擴(kuò)音器進(jìn)行喊話驅(qū)離并且攝像機(jī)可以充當(dāng)執(zhí)法記錄儀的功能對(duì)過程進(jìn)行全程錄像。無人機(jī)智能聯(lián)動(dòng)整體架構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4無人機(jī)智能聯(lián)動(dòng)整體架構(gòu)第4章基于5G技術(shù)的輸變電無人機(jī)巡檢案例分析4.15G智能無人機(jī)在輸變電領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例以周成虎院士為核心的研究人員最新研制了一種5G無人機(jī)，命名為“云巢+5G網(wǎng)聯(lián)無人機(jī)”并在廣東投入運(yùn)行。此種無人機(jī)系統(tǒng)依托5G技術(shù)，結(jié)合了先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)與自動(dòng)駕駛技術(shù)為變電巡檢開創(chuàng)了新的形式，以往的巡檢工作效率低下并且難以對(duì)高空設(shè)備進(jìn)行有效檢查，存在巡檢的盲區(qū)。5G無人機(jī)可以在高空低空實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)無死角巡查，使工作人員的強(qiáng)度大大降低，有效地保障了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。此外，在安徽銅陵，企業(yè)依托5G技術(shù)與無人機(jī)巡檢技術(shù)的實(shí)現(xiàn)了一種全新的巡檢方式。該技術(shù)主要依靠5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，同時(shí)創(chuàng)新的增加了使用雷達(dá)系統(tǒng)，這種技術(shù)以往運(yùn)用在大型飛機(jī)上。這樣多種感知設(shè)備相結(jié)合使得對(duì)塔桿的檢查能更加的快速精準(zhǔn)。能夠在后臺(tái)通過計(jì)算生成自動(dòng)化巡檢的線路。同時(shí)利用其搭載的狀態(tài)感知設(shè)備監(jiān)測(cè)溫度異常、線路表面結(jié)冰程度、特殊天氣下如大風(fēng)時(shí)間線路擺動(dòng)幅度、線路周邊障礙物如樹木的影響情況。能夠?qū)⑦@些信息同一輸出給后臺(tái)工作人員。新型5G+無人機(jī)的應(yīng)用解放了人力，同時(shí)將巡檢效率提高了原來的十倍。圖巡檢人員依托5G+無人機(jī)進(jìn)行電力巡檢寧夏銀川的豐登變電站是一座110千伏的變電站，該變電站建立成一個(gè)多站融合的能源互聯(lián)網(wǎng)綜合站點(diǎn)。該變電站配置了擁有最新科技水平的5G基站實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，同時(shí)依靠北斗技術(shù)建立起北斗地基增強(qiáng)站，增強(qiáng)了導(dǎo)航定位等功能。同時(shí)利用5G無人機(jī)借助5G網(wǎng)絡(luò)以及北斗定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無需人工控制的自動(dòng)巡線工作。以前需要定時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行拍照檢查，現(xiàn)在無人機(jī)能進(jìn)行自動(dòng)化的巡檢，并能將巡檢結(jié)果生成報(bào)告回傳到控制中心，依托5G技術(shù)的超高帶寬與超低時(shí)延回傳的畫面清晰穩(wěn)定，能讓巡檢人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)觀察更加清晰，故障點(diǎn)能立即被發(fā)現(xiàn)。依靠北斗精準(zhǔn)定位還能實(shí)現(xiàn)跨城市無人機(jī)的巡檢。讓巡檢工作變得更加省時(shí)、省力、高效。4.2智能巡檢存在的關(guān)鍵問題（1）圖像數(shù)據(jù)處理無人機(jī)巡線過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，其中的圖像數(shù)據(jù)占據(jù)了很大的部分。而圖像數(shù)據(jù)可以分成兩種，一是激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)：這種數(shù)據(jù)通過機(jī)載雷達(dá)發(fā)射與反射接收得來，處理上已經(jīng)基本通過軟件智能處理，很少需要人工干預(yù)。二是光學(xué)影像數(shù)據(jù)：目前的光學(xué)影像智能處理技術(shù)還不是很成熟，還處在研究階段。在智能化高度發(fā)展的今天，互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)運(yùn)用到了各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，而5G設(shè)備的快速鋪設(shè)給5G+技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。目前如何將5G技術(shù)運(yùn)用到電力行業(yè)中去是世界各國(guó)電力研究者的難題，而其中最有實(shí)際意義的就是利用5G無人機(jī)來巡檢電力線路，其主要原理就是利用5G傳輸?shù)拇髱?、低時(shí)延和廣連接等特點(diǎn)，將無人機(jī)捕捉到的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，通過高性能處理器將圖像信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，然后再根據(jù)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行判斷電路是否存在故障，存在哪些故障。與傳統(tǒng)的攝像頭捕獲圖像判斷是否故障的研究方向的原理有所不同，傳統(tǒng)的圖像判斷方式往往是由編程人員輸入特定的故障特征，然后利用圖像相似率進(jìn)行比對(duì)，這樣造成的缺點(diǎn)一是攝像頭檢查范圍太少，一條線路需要安裝多個(gè)攝像頭，投入過大；二是利用圖像比對(duì)的方法太過死板，容易出現(xiàn)故障判斷錯(cuò)誤或者出現(xiàn)未設(shè)定的故障，導(dǎo)致檢查的效率和成功率較低。而5G無人機(jī)巡檢可以完美的解決上述問題，首先隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于需求；其次基于大數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以自我學(xué)習(xí)，自我進(jìn)化，在大數(shù)據(jù)的加持之下判斷的正確率和判斷速度可以實(shí)現(xiàn)飛躍式發(fā)展。（2）無人機(jī)續(xù)航目前制約5G無人機(jī)進(jìn)行線路巡檢的主要問題和技術(shù)難點(diǎn)和電動(dòng)汽車一樣，都是集中在電池材料的發(fā)展上，傳統(tǒng)的無人機(jī)電池一般采用鋰電池，這是目前適用范圍最廣泛，最穩(wěn)定，性價(jià)比最高的選擇。但是其問題在于儲(chǔ)能密度太小，各個(gè)廠商的無人機(jī)單電池續(xù)航一般都在一小時(shí)之下，而且這還是不進(jìn)行高速5G數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，如果盲目加大電池容量，重量反而會(huì)使得續(xù)航更低，因此在電池材料沒有出現(xiàn)重大突破進(jìn)展之前，我們只能采取別的辦法。比如在無人機(jī)的每個(gè)續(xù)航半徑處安裝充電設(shè)備，并且放置多個(gè)無人機(jī)進(jìn)行交替巡檢可以最大程度提高效率，但這樣投資成本也會(huì)變高，人工維護(hù)成本也會(huì)變大。目前主要有固定機(jī)巢與移動(dòng)機(jī)巢兩種解決方案：固定式機(jī)巢不需要大量的人工維護(hù)，這種方式更加符合未來的發(fā)展方向，應(yīng)用前景非常的廣闊。然而，如何將固定式機(jī)巢完美的設(shè)置在輸電線路中且不會(huì)影響到其他的設(shè)施，還需要研究人員進(jìn)行大量的研究實(shí)驗(yàn)。除此之外可以模仿軍事領(lǐng)域的空中加油技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在空中的補(bǔ)充能量，研究專門用于給無人機(jī)供電的無人機(jī)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的動(dòng)態(tài)充能這項(xiàng)技術(shù)還有待于專業(yè)人員的研究與思考。目前應(yīng)用于手機(jī)端的無線充電技術(shù)有著巨大的發(fā)展，無人機(jī)巡檢技術(shù)是否能夠利用無線充電技術(shù)對(duì)巡檢無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)充能，如在輸電線路頂端部署無線充電設(shè)施當(dāng)無人機(jī)電量不足時(shí)與距離最近的充電設(shè)備聯(lián)系配對(duì)產(chǎn)生充電關(guān)系完成電量的補(bǔ)充而無需接觸操作大大增加了無人機(jī)巡檢的效率與安全性。（3）無人機(jī)巡檢方法和規(guī)程由于上述提到的各種問題，5G無人機(jī)還并不能實(shí)際運(yùn)用到輸變電巡檢之中，因此相關(guān)部門也并未針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)做出必要的技術(shù)規(guī)范。傳統(tǒng)的輸變電巡檢過程中可將巡檢的內(nèi)容劃分為三個(gè)大部分：一線路本體部分，二電力附屬設(shè)備部分，三電力保護(hù)區(qū)部分。在無人機(jī)巡檢進(jìn)行時(shí)，需要進(jìn)行操作的步驟有很多，首先要進(jìn)行專業(yè)人員的配備，而后進(jìn)行無人機(jī)設(shè)備的檢查準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備完全之后便可以進(jìn)行無人機(jī)巡檢工作，最后工作人員需要對(duì)回傳的視頻與圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。提出一種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的輸電線路無人機(jī)智能巡檢方法和規(guī)程是應(yīng)用輸電線路無人機(jī)智能巡檢技術(shù)的關(guān)鍵一步，其相關(guān)研究可與上述其他三個(gè)關(guān)鍵問題的研究同步進(jìn)行。4.3輸變電智能巡檢未來發(fā)展展望（1）巡檢設(shè)備的全自動(dòng)化運(yùn)行在目前智能巡檢體系中，巡檢過程還需要人員進(jìn)行輔助操作，不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)巡檢。在未來將如無人機(jī)巡檢技術(shù)中，建立完整的自動(dòng)化巡檢邏輯定時(shí)自動(dòng)起飛進(jìn)行檢查，將無人機(jī)機(jī)巢部署在各個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的長(zhǎng)續(xù)航。數(shù)據(jù)則傳輸至具有邊緣計(jì)算能力的基站等節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)進(jìn)行分析處理，并能根據(jù)分析結(jié)果自主下達(dá)檢修方案。（2）運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析智能診斷當(dāng)前各個(gè)行業(yè)都在運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析來促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，電力巡檢業(yè)務(wù)應(yīng)與大數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合。運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，融合巡檢過程回傳的大量視頻圖像等各種數(shù)據(jù)，建立起一套動(dòng)態(tài)分析模型，智能研究判斷是否存在問題。使電力人員在進(jìn)行巡檢或檢修時(shí)能整體掌握線路設(shè)備的狀態(tài)，提高設(shè)備狀態(tài)診斷的自動(dòng)化水平。（3）提升對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)水平外部環(huán)境對(duì)輸變電設(shè)備的影響十分重大，如雷電、大風(fēng)、冰雪等自然災(zāi)害。要建立起一套能對(duì)各種環(huán)境精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。利用各種監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行災(zāi)害的預(yù)警，并分析其對(duì)輸變電線路可能造成的災(zāi)害。結(jié)合人工智能技術(shù)自動(dòng)制定預(yù)防方案。（4）建立立體巡檢體系在目前的輸變電巡檢工作中已經(jīng)運(yùn)用了各種智能巡檢設(shè)備，但是這些技術(shù)的巡檢還是處在隔離的狀態(tài)，分別進(jìn)行巡檢工作。在將來巡檢中應(yīng)將智能機(jī)器人，無人機(jī)，直升機(jī)巡檢技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)建一個(gè)全方位、多角度、立體化的巡檢體系。將智能巡檢水平提升到一個(gè)新的高度。（5）提升不停電檢修技術(shù)在當(dāng)前檢修技術(shù)下，部分設(shè)備需要進(jìn)行停電檢修，這樣對(duì)停止供電地區(qū)會(huì)造成很大的影響。未來應(yīng)加強(qiáng)探索不停電檢測(cè)維修技術(shù)，在不需停止供電的情況下就能完成對(duì)設(shè)備的狀態(tài)的感知與檢測(cè)，減少設(shè)備停止供電的時(shí)間，這樣對(duì)社會(huì)生活與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有極大地好處。總結(jié)近年來，隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，社會(huì)對(duì)于清潔能源電能的使用逐步擴(kuò)大消耗的電能逐漸增加。人們對(duì)于電力資源的依賴也進(jìn)一步加深，所以保障人民群眾的用電便成為了非常重要的一項(xiàng)工作。電力企業(yè)往往依賴大量人員對(duì)輸電線路進(jìn)行實(shí)地的檢查巡查效率非常低下，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展無人機(jī)技術(shù)與5G技術(shù)的結(jié)合將為輸變電巡檢提供新的方式將巡檢的智能化自動(dòng)化提升到一個(gè)新的水平。本文針對(duì)5G技術(shù)在輸變電巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究，只要完成的工作包括如下幾個(gè)方面：1. 研究輸變電巡檢對(duì)于電力系統(tǒng)的重要意義，并了解輸變電巡檢國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷史與未來方向?；仡?G技術(shù)發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀。2. 研究了5G移動(dòng)通信的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，空口技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)和移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)，并對(duì)這些技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)巡檢進(jìn)行了思考。3. 對(duì)當(dāng)前智能巡檢技術(shù)之一的無人機(jī)巡檢技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了探討指出其存在的問題。而后提出一種基于5G技術(shù)的智能無人機(jī)巡檢方案，并對(duì)其能實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了介紹。4. 結(jié)合具體事例展示5G無人機(jī)的巨大優(yōu)勢(shì)，并且探討了目前智能巡檢系統(tǒng)還存在的幾個(gè)關(guān)鍵問題。在本文中，對(duì)5G關(guān)鍵技術(shù)與5G巡檢無人機(jī)上進(jìn)行了研究，由于作者理論及實(shí)踐水平有限，在諸多方面研究的不是很深入徹底，有許多的不足之處。敬請(qǐng)各位老師提出批評(píng)和指正，謝謝！參考文獻(xiàn)[1]劉大暢,丁浩,曾晶.5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].中國(guó)新通信,2021,23(01):81-82.[2]周宏成.5G無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電子科學(xué)技術(shù),2017,04(05):102-105.[3]陳向明.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探析[J].中國(guó)新通信,2019,21(14):29.[4]蘇彥熙.大規(guī)模MIMO無線通信關(guān)鍵技術(shù)[J].信息通信,2019(8):182-183.DOI:10.3969/j.issn.1673-1131.2019.08.080.[5]崔李賓.探析MIMO無線傳輸技術(shù)[J].數(shù)字化用戶,2019,25(26):12.[6]楊一夫,武剛,李欣然,等.面向后5G的非正交多址技術(shù)綜述[J].無線電通信技術(shù),2020,46(1):26-34.DOI:10.3969/j.issn.1003-