孟秋實(shí)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000)

1 引言

2019年6月，國家工業(yè)和信息化部正式發(fā)放5G牌照。隨后電網(wǎng)公司在公司層面制定5G+智能電網(wǎng)應(yīng)用研究工作方案，按照“全網(wǎng)統(tǒng)一部署，統(tǒng)籌安排，試點(diǎn)先行、有序推進(jìn)”的原則開展5G應(yīng)用工作。應(yīng)用工作主要分為業(yè)務(wù)驗(yàn)證和業(yè)務(wù)示范兩個(gè)階段，廣州供電局在輸電領(lǐng)域負(fù)責(zé)兩棲機(jī)器人業(yè)務(wù)驗(yàn)證以及輸電線路視頻監(jiān)控等7個(gè)場景在廣州市南沙區(qū)的應(yīng)用示范。

本文結(jié)合5G技術(shù)特點(diǎn)與智能輸電的需求、5G在智能輸電的應(yīng)用場景以及目前還存在的挑戰(zhàn)三個(gè)方面進(jìn)行探討。

2 背景

2.1 5G技術(shù)特點(diǎn)

第五代移動(dòng)通信技術(shù)可以解決未來爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，同時(shí)與行業(yè)深度融合，滿足垂直行業(yè)終端互聯(lián)的多樣化需求，實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基石。5G在設(shè)計(jì)之初就具備高帶寬、低時(shí)延、海量物聯(lián)三個(gè)特點(diǎn)，國際電信聯(lián)盟(ITU) 為 5G 定義了 eMBB(增強(qiáng)移動(dòng)寬帶)、 mMTC(大規(guī)模機(jī)器類通信)、 URLLC(低時(shí)延高可靠)三大應(yīng)用場景。

5G 提供定制化的端到端網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片整體包括接入、傳輸、核心網(wǎng)域切片使能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識(shí)及接入技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片端到端管理技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片端到端 SLA 保障技術(shù) 4 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。將物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)端到端的邏輯網(wǎng)絡(luò)。提供滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)高安全等級(jí)、數(shù)據(jù)隔離、穩(wěn)定可靠，業(yè)務(wù)自主可控等需要。

與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在體驗(yàn)速率、鏈接密度、時(shí)延三個(gè)指標(biāo)上可以達(dá)到4G網(wǎng)絡(luò)的10倍。

NSA可利用運(yùn)營商已有的4G核心網(wǎng)，現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展成熟，基本實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋，但用戶終端要同時(shí)保持與4G及5G基站的雙連接，并且由于NSA核心網(wǎng)還是4G無法發(fā)揮5G的廣連接和低延時(shí)特性；SA是5G的最終形式可發(fā)揮5G的所有特性，但5G核心網(wǎng)需要從頭新建，現(xiàn)階段沒有大范圍覆蓋。

相比于 4G 以人為中心的移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，并締造出規(guī)?？涨暗男屡d產(chǎn)業(yè)，為移動(dòng)通信帶來無限生機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展了移動(dòng)通信的服務(wù)范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯(lián)，使移動(dòng)通信技術(shù)滲透至更加廣闊的行業(yè)和領(lǐng)域。

2.2 智能輸電

智能輸電線路是南方電網(wǎng)公司2019年5月提出的”智能生產(chǎn)體系“的一部分。主要分為智能巡視、智能操作、智能安全、信息建模四個(gè)方面，最終的工作目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)輸電線路巡視現(xiàn)場作業(yè)100%無人化、輸電線路巡視現(xiàn)場操作無人化、智能安全內(nèi)嵌、同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸電線路信息在三維模型中的可視化展示與應(yīng)用。

3 5G在智能輸電的應(yīng)用場景

3.1 智能巡視

首先是視頻。不論是可見光視頻，還是紅外測溫、紅外山火，亦或是無人機(jī)視頻，均對(duì)帶寬存在需求。而高帶寬也是5G能夠提供的最直觀的便利。如圖1所示。

圖1 輸電線路視頻監(jiān)控

目前廣州地區(qū)線路視頻監(jiān)控采用4Gapn傳輸。能實(shí)現(xiàn)1080P視頻的高清傳輸。但是為了滿足一百多名線路主人同時(shí)觀看多路視頻以及云臺(tái)操作靈敏度的使用體驗(yàn)上的優(yōu)化，我局視頻監(jiān)控配置標(biāo)準(zhǔn)是將碼率限制在1000kbps。應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)多路1080P傳輸，如表1所示。

表1 傳輸配置比

5G更重要的意義是其真正開啟了智能時(shí)代的大門。隨著人工智能的深度應(yīng)用，AI對(duì)視頻、圖像清晰度的要求逐漸提升，5G具備的大帶寬能夠提供更加高清的視頻傳輸能力，清晰度更高的畫面與更豐富的視頻細(xì)節(jié)將使得AI分析更有用武之地。

相較于前端識(shí)別，我們更傾向于通過云端的圖像識(shí)別算法，突破前端識(shí)別電量、算力、不同算法的限制，集中統(tǒng)一進(jìn)行已迭代的圖像識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

在視頻設(shè)備應(yīng)用5G的改造上，有兩種方式。一種是加裝5G cpe 或5G物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)舊設(shè)備的改造，直接連入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。另一種方式是在線監(jiān)測主機(jī)中直接集成5G的通信模塊，對(duì)于新設(shè)備采購可采用這種方式。

利用5G網(wǎng)絡(luò)，無人機(jī)的視頻可以實(shí)現(xiàn)5G實(shí)時(shí)回傳?，F(xiàn)場由無人機(jī)進(jìn)行拍攝，其他同事可通過專家會(huì)商系統(tǒng)，在生產(chǎn)監(jiān)控指揮中心了解現(xiàn)場情況。以前通過4G多卡聚合的方式也可實(shí)現(xiàn)，目前我們已在南沙區(qū)通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，視頻效果更好，幾乎沒有卡頓和延遲。5G，4G網(wǎng)絡(luò)傳輸值如表2所示。

表2 5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度對(duì)比

無人機(jī)、直升機(jī)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也可以通過5G直接傳回后臺(tái)進(jìn)行分析，現(xiàn)場計(jì)算線數(shù)距離等。

還有一種應(yīng)用場景，就是在跨區(qū)、跨省市的出差過程中，機(jī)巡產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可通過5G進(jìn)行回傳，通過5G切片網(wǎng)絡(luò)，解決無法連接企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的問題。

機(jī)器人的可見光、紅外視頻同樣需要高帶寬傳輸，實(shí)現(xiàn)高清視頻傳輸、可見光及紅外AI智能分析、三維模型同步。

3.2 智能操作

機(jī)器人包含控制功能，傳統(tǒng)mesh組網(wǎng)方式無法滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求。(1)是依賴光纖資源；(2)是形成的AP熱點(diǎn)有一定的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)機(jī)器人通信模塊進(jìn)行5G改造，對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行5G信號(hào)覆蓋，利用5G低時(shí)延切片網(wǎng)絡(luò)可解決控制問題。目前南沙區(qū)110kV重魚甲乙線兩棲機(jī)器人已完成5G業(yè)務(wù)驗(yàn)證，效果良好。如圖2所示，解決了原有110kV線路光纖資源已滿的問題。

圖2 110kV重魚甲乙線兩棲機(jī)器人

通過5G網(wǎng)絡(luò)，操作人員在辦公室僅需一鍵操作無人機(jī)起飛，自動(dòng)巡視可完成起飛、精細(xì)化巡視和通道巡視、降落及數(shù)據(jù)回傳，將回傳的巡視數(shù)據(jù)導(dǎo)入缺陷分析系統(tǒng)，即可完成缺陷的分析研判。

3.3 智能安全

基于5G網(wǎng)絡(luò)同傳多路視頻，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備多角度視頻全景拼接，360°無死角監(jiān)控施工現(xiàn)場作業(yè)安全。

針對(duì)地震、雨雪、洪水、故障搶修等災(zāi)害環(huán)境下的電力搶險(xiǎn)救災(zāi)場景，通過應(yīng)急通信車進(jìn)行現(xiàn)場支援，5G 可為應(yīng)急通信現(xiàn)場多種大帶寬多媒體裝備提供自組網(wǎng)及大帶寬回傳能力，與移動(dòng)邊緣計(jì)算等技術(shù)像結(jié)合，支撐現(xiàn)場高清視頻集群通信、指揮決策。

未來應(yīng)急通信車將作為現(xiàn)場搶險(xiǎn)的重要信息樞紐及指揮中心，需具備自組網(wǎng)能力，配備各種大帶寬多媒體裝備，如無人機(jī)、單兵作業(yè)終端、車載攝像頭、移動(dòng)終端等。應(yīng)急通信車可配備搭載 5G 基站的無人機(jī)主站，通過該無人機(jī)在災(zāi)害區(qū)域迅速形成半徑在2～6km 的 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，其余無人機(jī)、單兵作業(yè)終端等設(shè)備可通過接入該無人機(jī)主站，回傳高清視頻信息或進(jìn)行多媒體集群通信。應(yīng)急通信車一方面作為現(xiàn)場的信息集中點(diǎn)，結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)(MEC)，實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場視頻監(jiān)控、調(diào)度指揮、綜合決策等豐富的本地應(yīng)用。

3.4 信息建模

通過5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三維模型在移動(dòng)端、VR眼鏡的AR展示，支撐現(xiàn)場巡檢、作業(yè)過程中的三維臺(tái)賬查詢、核對(duì)。如圖3所示。

圖3 移動(dòng)端電纜三維全景查看

4 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用輸電線路中存在的問題

目前大部分5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入方式為NSA,終端要保持與4G及5G基站的雙連接，終端實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜，功耗與只接入4G相比偏高2～3W，如網(wǎng)絡(luò)接入方式升級(jí)為SA，終端不用保持雙連接則功耗會(huì)降低2～3W，如表3、表4所示。

表3 終端4G，5G網(wǎng)絡(luò)測試項(xiàng)對(duì)比值

表4 5G功耗的參數(shù)，功耗值

輸電線路連接發(fā)電廠、變電站，途徑城市、森林、田野、山脈各類地形，盡量避開人口密集區(qū)。而5G覆蓋以用戶為主，主要覆蓋在人口密集區(qū)域，與線路范圍存在矛盾。

5 結(jié)束語

綜上所述，從2014年4G牌照發(fā)放發(fā)展到2019年6月5G出現(xiàn)，視頻直播、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等多方面的蓬勃發(fā)展的過程，5G技術(shù)給電網(wǎng)企業(yè)輸電部門提供了更多的便利，有效的解決了工作中視頻問題。利用無人機(jī)跟5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合替代解決了自動(dòng)巡視，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)收集等問題，提高電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。希望通過5G技術(shù)不斷更新，能挖掘更多智能輸電功能以幫助企業(yè)解決更多的問題。