基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统及方法技术方案

基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统及方法，包括云端无人机智慧巡检系统和无人机；云端无人机智慧巡检系统有无人机空域管理模块、巡检任务模块、无人机远程控制模块，三者相互通信；巡检任务模块有巡检任务管理模块、巡检航迹最优规划模块、设备数字孪生数据库、巡检航迹库，各模块相互通信；无人机空域管理模块由申请人对巡检区域进行规划；无人机远程控制模块有北斗差分高精度位置服务模块、无人机巡检状态监控模块、无人机主控指令模块、数据智能分析模块、无人机集群设备状态模块、多无人机巡检任务协调模块，各模块相互通信；无人机上搭载有机载计算机、配备5G通信模块的CPE，且各器件相互通信；以此完成无人机智能化巡检。巡检。巡检。

【技术实现步骤摘要】
基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统及方法


[0001]本专利技术涉及无人机运检
，特别涉及基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，电力巡检无人机已得到较为广泛应用，运用无人机技术可以对输电线路与输电杆塔进行精准故障检测，既达到了减少人工投入与节约成本的目的，又提高了输电线路巡检的稳定性与时效性，保障电网安全稳定运行。
[0003]目前，无人机电力巡检通讯主要采用两种方式：一是基于飞行器自身数据传输模块，其传输距离在5km以内，难以实现远程检验；二是基于4G网络，由于其传输速率受限，会使远程检验图像传输延迟大，而且由于无人机控制更新速率要求较高，4G通讯无法满足对无人机远程控制、调度需求。
[0004]5G移动通信将为无人机的飞行测控提供强大的技术支撑，使得无人机飞行测控从局域通讯扩展为广域互通，可以协助电力行业利用装载光电设备的网联无人机完成日常巡线巡检工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统及方法；以提供可以降低作业风险，扩大作业范围，且能够系统性的完成无人机巡检工作的技术方案，克服了传统无人机电力巡检通信范围有限的缺点，实现了电力巡检的智能化、高效化、低成本化。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统，包括：云端无人机智慧巡检系统和无人机，且两者之间通过网络传输层进行通信连接；
[0008]所述云端无人机智慧巡检系统包括有空域管理模块、巡检任务模块、无人机远程控制模块，且三者之间进行通信连接；其中无人机空域管理模块由无人机空域申请人员对电网无人机巡检区域进行空域规划；其中巡检任务模块包括巡检任务管理模块、巡检航迹最优规划模块、设备数字孪生数据库、巡检航迹库、手动/自动巡检切换模块，且巡检任务模块中的各个模块之间进行通信连接，手动/自动巡检切换模块实现了电网巡检任务系统自动派发和人工手动控制指令的自动切换；其中无人机远程控制模块包括北斗差分高精度位置服务模块、无人机巡检状态监控模块、无人机主控指令模块、数据智能分析模块、无人机集群设备状态模块、多无人机巡检任务协调模块，且无人机远程控制模块中的各个模块之间进行通信连接；
[0009]所述无人机上搭载有5G边缘智能处理模块，5G边缘智能处理模块包括机载计算机、配备有5G通信模块的客户端终端设备CPE，且5G边缘智能处理模块中的各个器件之间进行通信连接；
[0010]所述网络传输层包括有uRLLC切片、eMBB切片。
[0011]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0012]进一步地，基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检方法，采用了基于如上述的协同巡检系统，包括以下步骤：
[0013]S1：空域申请人员在空域管理模块规划并申请无人机巡检作业空域；运维人员在巡检任务模块中设置电网巡检任务，并传输给无人机远程控制模块，具体过程为：
[0014]S1.1：运维人员在巡检任务管理模块中派发电网巡检任务，巡检任务管理模块将该任务下发给巡检航迹最优规划模块；
[0015]S1.2：巡检航迹最优规划模块根据该任务内容在设备数字孪生数据库中找到此次任务中所需巡检的相关设备器件，以及在巡检航迹库中读取此次任务的巡航路线，并对比巡航路线中是否涵盖对应的设备器件，若涵盖则巡检任务管理模块将该任务及对应的巡航路线进一步下发给无人机远程控制模块，若不涵盖则根据此次任务在设备孪生数据库中所要覆盖的设备器件重新生成巡航路线，然后同步至巡检航迹库中，同时巡检任务管理模块将该任务及对应的巡航路线进一步下发给无人机远程控制模块；
[0016]S2：无人机远程控制模块接收任务及对应的巡航路线后，通过网络传输层传输指令给无人机进行巡检工作，同时无人机将巡检的数据信息通过网络传输层反馈给无人机远程控制模块进行分析；具体过程为：
[0017]S2.1：无人机远程控制模块接收到任务及对应的巡航路线后，无人机集群设备状态模块将可用的、健康状态的无人机编码发送给多无人机巡检任务协调模块；
[0018]S2.2：多无人机巡检任务协调模块采用现有的智能调度算法对各无人机的巡检任务进行分配和调度，并将对应任务以及对应任务巡航路线的指令传输给无人机主控指令模块；
[0019]S2.3：无人机通过网络传输层中的uRLLC切片与无人机主控指令模块、北斗差分高精度位置服务模块、巡检状态监控模块进行相互通信，使得无人机能够根据指令中对应的任务内容和巡航路线进行准确、安全的巡检；
[0020]S2.4：无人机在巡检过程中进行数据的采集并通过网络传输层中的eMBB切片将数据信息反馈给数据智能分析模块中进行分析；同时无人机进行数据采集时还采用无人机巡检拍摄质量优化方案，以确保巡检过程中的拍摄质量。
[0021]进一步地，步骤S2.3和步骤S2.4中利用网络传输层中的uRLLC切片以及eMBB切片进行数据传输时，采用了改进型RAN网络切片算法实现了uRLLC切片和eMBB切片资源的实时优化分配，具体内容如下：
[0022](1)、对uRLLC切片和eMBB切片的两个切片层的带宽占比进行分配优化，包括：
[0023]设定RAN网络由1个BBU池和K个RRH组成，为此uRLLC切片和eMBB切片在RRH中频谱资源具体分配方法为：
[0024][0025]式中，S＝{1，2}表示虚拟网络切片集合，1表示uRLLC切片，2表示eMBB切片，s表示
虚拟网络切片集合中的切片元素，B为总带宽资源，L
k,s
表示K个RRH中属于切片s的用户量，ω
s
表示切片s的权值，w
e
、w
u
分别表示eMBB切片和uRLLC切片的权值，B
s
表示将RRH中频谱资源分配给切片s的带宽资源；
[0026](2)、由于每个切片中都含有多个用户，在上述(1)的过程中对uRLLC切片和eMBB切片的两个切片层的带宽资源分配完毕后，针对具体的一个切片，通过采用现有的粒子群算法，计算该切片中每个用户所要分配的带宽资源在该切片已分配的整体带宽资源中的所占比例，即可对每个切片中的每个用户的带宽资源进行优化分配的确定；其中采用现有的粒子群算法进行计算的过程中，所要实现的目标函数和约束条件如下：
[0027]目标函数：
[0028]约束条件：
[0029]其中，目标函数求出的是关于每个用户在对应切片中带宽资源的占比值；
[0030]式中：S表示虚拟网络切片集合，s表示虚拟网络切片集合中的切片元素；K表示RRH的总共数量，k表示K中的一个元素；U表示uRLLC切片和eMBB切片的两个切片层中的所有用户数量，u表示U中的一个元素；R
u,s,k
表示切片s中用户u获得的实际数据传输速度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检系统，其特征在于，包括：云端无人机智慧巡检系统和无人机，且两者之间通过网络传输层进行通信连接；所述云端无人机智慧巡检系统包括有无人机空域管理模块、巡检任务模块、无人机远程控制模块，且三者之间进行通信连接；其中无人机空域管理模块由无人机空域申请人员对电网无人机巡检区域进行空域规划；其中巡检任务模块包括巡检任务管理模块、巡检航迹最优规划模块、设备数字孪生数据库、巡检航迹库、手动/自动巡检切换模块组成，且巡检任务模块中的各个模块之间进行通信连接，手动/自动巡检切换模块用于巡检任务管理模块中任务的的自动派发或人工手动控制指令的自动切换；其中无人机远程控制模块包括北斗差分高精度位置服务模块、无人机巡检状态监控模块、无人机主控指令模块、数据智能分析模块、无人机集群设备状态模块、多无人机巡检任务协调模块，且无人机远程控制模块中的各个模块之间进行通信连接；所述无人机上搭载有5G边缘智能处理模块，5G边缘智能处理模块包括机载计算机、配备有5G通信模块的客户端终端设备CPE，且5G边缘智能处理模块中的各个器件之间进行通信连接；所述网络传输层包括有uRLLC切片、eMBB切片。2.基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检方法，采用了基于如权利要求1所述的协同巡检系统，其特征在于，包括以下步骤：S1：空域申请人员在空域管理模块中规划并申请无人机巡检作业空域,运维人员在巡检任务模块中设置电网巡检任务，并传输给无人机远程控制模块，具体过程为：S1.1：运维人员在巡检任务管理模块中派发电网巡检任务，巡检任务管理模块将该任务下发给巡检航迹最优规划模块；S1.2：巡检航迹最优规划模块根据该任务内容在设备数字孪生数据库中找到此次任务中所需巡检的相关设备器件，以及在巡检航迹库中读取此次任务的巡航路线，并对比巡航路线中是否涵盖对应的设备器件，若涵盖则巡检任务管理模块将该任务及对应的巡航路线进一步下发给无人机远程控制模块，若不涵盖则根据此次任务在设备孪生数据库中所要覆盖的设备器件重新生成巡航路线，然后同步至巡检航迹库中，同时巡检任务管理模块将该任务及对应的巡航路线进一步下发给无人机远程控制模块；S2：无人机远程控制模块接收任务及对应的巡航路线后，通过网络传输层传输指令给无人机进行巡检工作，同时无人机将巡检的数据信息通过网络传输层反馈给无人机远程控制模块进行分析；具体过程为：S2.1：无人机远程控制模块接收到任务及对应的巡航路线后，无人机集群设备状态模块将可用的、健康状态的无人机编码发送给多无人机巡检任务协调模块；S2.2：多无人机巡检任务协调模块采用智能调度算法对各无人机的巡检任务进行分配和调度，并将对应任务以及对应任务巡航路线的指令传输给无人机主控指令模块；S2.3：无人机通过网络传输层中的uRLLC切片与无人机主控指令模块、北斗差分高精度位置服务模块、巡检状态监控模块进行相互通信，使得无人机能够根据指令中对应的任务内容和巡航路线进行准确、安全的巡检；S2.4：无人机在巡检过程中进行数据的采集并通过网络传输层中的eMBB切片将数据信息反馈给数据智能分析模块中进行分析；同时无人机进行数据采集时还采用无人机巡检拍
摄质量优化方案，以确保巡检过程中的拍摄质量。3.根据权利要求2所述的基于5G智能网联无人机的电网云边协同巡检方法，其特征在于，步骤S2.3和步骤S2.4中利用网络传输层中的uRLLC切片以及eMBB切片进行数据传输时，采用了改进型RAN网络切片算法实现了uRLLC切片和eMBB切片资源的实时优化分配，具体内容如下：(1)、对uRLLC切片和eMBB切片的两个切片层的带宽占比进行分配优化，包括：设定RAN网络由1个BBU池和K个RRH组成，为此uRLLC切片和eMBB切片在RRH中频谱资源具体分配方法为：式中，S＝{1，2}表示虚拟网络切片集合，1表示uRLLC切片，2表示eMBB切片，s表示虚拟网络切片集合中的切片元素，B为总带宽资源，L
k,s
表示K个RRH中属于切片s的用户量，ω
s
表示切片s的权值，w
e
、w
u
分别表示eMBB切片和uRLLC切片的权值，B
s
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄郑，赵轩，王红星，朱洁，李懂理，张欣，龙涛，陈玉权，
申请(专利权)人：权利要求书三页说明书七页附图三页，
类型：发明
国别省市：