CN113298973B - 一种基于5g通信的无人机电力巡检方法及装置 - Google Patents

一种基于5g通信的无人机电力巡检方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G通信的无人机电力巡检方法及装置，该方法包括获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；以使所述云端根据所述无人机的初始检测结果对所述多模态数据进行二次异常检测或更新检测模型。本发明能够根据不同数据的传输需求采用不同的通信方式进行传输；在5G信号受建筑物等影响时，也可以保证巡检工作的正常运行；当无人机在5G NSA网络边缘开展巡检工作时，实现上下行平衡，缓解实时高清监控视频卡顿的问题。

Description

一种基于5G通信的无人机电力巡检方法及装置
技术领域
本发明涉及电力巡检技术领域，尤其涉及一种基于5G通信的无人机电力巡检方法及装置。
背景技术
目前无人机电力巡检***常搭载多种光电设备实现可见光照相、摄像、红外成像、紫外成像等任务，但相关传感器进行数据传输时并没有考虑不同的数据类型对传输的要求有所不同，如高清视频的高带宽需求、飞行控制指令的实时性需求等。
对于无人机的图传，市面上的多旋翼无人机厂家提供的图传电台，图传距离有限，用4G网络作为通信链路，无法满足1080P高清视频的实时传输要求，因此传统的无人机电力巡检***急需一种提升图传能力的技术方案，而融合5G技术的通信方案是一个不错的选择，但使用5G通信方案的无人机进行巡检时需要近地面超低空飞行，通信易受高大建筑物或山丘的阻挡影响，移动信号弱。
如今普遍存在5G NSA网络边缘的上下行覆盖不平衡的问题(上行覆盖相对较弱)，不利于基于5G通信的无人机开展电力巡检工作(如无人机所处高度较高时，实时高清监控视频卡顿严重)。传统的解决方法是在5G NSA的网络边缘新建5G基站，缩短上行传播距离，从而达到上下行覆盖平衡，但其方法极耗成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，以解决现有技术中无人机利用5G通信进行电力巡检时存在的没有考虑不同的数据类型对传输的要求不同，在近地面超低空飞行时，通信易受高大建筑物或山丘的阻挡影响，移动信号弱，及5G NSA网络边缘的上下行覆盖不平衡的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，包括以下步骤：
获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
若所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，则所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
若所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，则所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的多模态数据的初始检测动作。
进一步地，在所述根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果之后，还包括：
根据5G信号强弱来确定多模态数据的传输通信链路。
进一步地，所述根据5G信号强弱来确定多模态数据的传输通信链路，包括：
当5G信号良好时，巡检无人机搭载CPE设备，通过所述CPE设备实现与5G基站之间通信链路的连接，所述巡检无人机将数据发送给所述5G基站，所述5G基站通过骨干通讯网将数据发送给地面站；
当5G信号微弱时，则切换到COFDM通信方式，通过巡检无人机-中继无人机-地面站的通信链路传输数据，所述巡检无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给中继无人机，所述中继无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给地面站。
进一步地，所述获取目标电力设备的多模态数据，包括：无人机利用搭载的光电设备对所述目标电力设备进行多模态数据采集。
进一步地，所述5G切片技术包括：uRLLC控制类切片、mMTC海量机器类信息采集切片和eMBB增强移动带宽切片。
进一步地，所述根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，包括：
利用所述uRLLC控制类切片传输高实时性要求的指令数据；利用所述uRLLC控制类切片传输无人机的设备参数；利用所述eMBB增强移动带宽切片实时传输高清视频。
进一步地，所述在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，包括：
当上行SINR大于质差门限时，5G上行覆盖良好，所述切片结果传送保留在5G网络；
当上行SINR小于质差门限与迟滞系数之和时，5G上行覆盖受限，所述切片结果传送切换到LTE网络。
本发明还提供了一种基于5G通信的无人机电力巡检装置，包括：
多模态数据获取及初始检测模块：用于获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
切片处理模块：用于根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
多模态数据传输模块：用于在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
多模态数据初始检测异常处理模块，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
多模态数据初始检测正常处理模块，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的多模态数据的初始检测动作。
本发明还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7任一项所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采取基于5G通信的网络切片技术，根据不同数据的传输需求，采用不同的通信方式进行传输；针对高清视频传输，提出基于5G通信的组网方案，使其可以不受图传电台的限制，增大图传距离的同时提高视频的传输速率；而当周围的5G信号受建筑物或山丘影响时，切换到临时的COFDM通信链路，保证巡检工作的正常运行；当基于5G通信的无人机在5G NSA网络边缘开展巡检工作时，采用上行基于LTE技术来提升上行速率，使得上下行平衡，缓解实时高清监控视频卡顿严重等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明某一实施例提供的基于5G通信的无人机电力巡检方法的流程示意图；
图2为本发明某一实施例提供的基于5G通信的无人机电力巡检数据传输的通信链路的示意图；
图3为本发明某一实施例提供的基于5G通信的无人机电力巡检的5G通信链路被遮挡的数据通信方法的流程示意图；
图4为本发明某一实施例提供的无人机在5G NSA网络边缘地区工作时的上行基于LTE技术的示意图；
图5为本发明某一实施例提供的基于5G通信的无人机电力巡检装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一方面：
请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，包括：
S10：获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
在本步骤中，无人机利用其搭载的摄像头、红外线传感器等光电设备对电力巡检现场的目标电力设备进行多模态数据采集。
S20：根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
在本步骤中，5G切片技术主要包括以下3类：uRLLC控制类切片、mMTC海量机器类信息采集切片和eMBB增强移动带宽切片，利用5G切片技术对所述多模态数据进行处理如下：
利用5G网络uRLLC切片，进行姿态角信息、飞行控制指令等高实时性要求数据的传输，实现远距离的无人机实时控制，降低无人机因指令传输时延带来的撞击坠毁风险；
利用5G网络mMTC切片，进行无人机设备参数，如电池剩余电量等边缘“次重要”数据的传输，实现对无人机设备状态的远程监视；
利用5G网络eMBB切片，进行高清视频的实时传输，实现目标检测的边缘计算，以及地面对于巡检画面的实时查看。
进一步地，在所述根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果之后，还包括：根据5G信号强弱来确定多模态数据的传输通信链路；
如图2所示的数据传输通信链路，在5G基站覆盖的地方，当5G信号良好时，巡检无人机搭载5G CPE设备，通过所述CPE设备实现与5G基站之间通信链路的连接，所述巡检无人机将数据发送给5G基站，所述5G基站通过骨干通讯网将数据发送给地面站；当5G信号微弱时，则切换到COFDM通信方式，通过巡检无人机-中继无人机-地面站的通信链路传输数据，所述巡检无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给中继无人机，所述中继无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给地面站，实现数据的应急传输，保证无人机的控制与信息采集，具体通信流程如图3所示。
S30：在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
在本步骤中，如图4所示，针对5G无人机在5G NSA网络边缘地区工作所出现的上下行覆盖不平衡情况(如无人机飞到高空时，实时高清监控视频卡顿严重)，使用上行基于质量回落LTE技术增强网络覆盖边缘5G NSA的上行速率，该技术利用了4G网络的上行，根本原因是4G网络1.8GHz频段的覆盖能力远好于5G网络的3.5Ghz频段，且5G携带数据量大、编码更复杂，导致设备需要用更大的功率去调制。在设备发射功率不变的条件下，基站侧可调节4G上行信号距离远大于5G上行信号。虽然理想情况下4G网络上行速率低于5G NSA网络，但是在网络覆盖边缘情况的非理想情况下，4G网络上行速率却高于5G NSA网络。
具体地，无人机端上行数据传送承载在5G的PUSCH上或承载在LTE的PUSCH上。当其处于5G NSA网络覆盖边缘时，5G上行覆盖受限，5G网络控制UE切换到LTE的PUSCH上进行上行数据传送。判断5G上行覆盖是否受限的依据是5G上行SINR。当上行SINR大于质差门限时，说明上行覆盖良好，上行保留在5G网络；当上行SINR小于质差门限与迟滞系数之和时，上行切换到LTE网络。同理当无人机重回5G网络中心时，上行覆盖良好，将重新使用5G网络上行。
将所述切片结果上传至云端后还包括：
S31：若所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，则所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
在本步骤中，在所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，所述云端对所述多模态数据进行再次确认后将包含异常诊断信息的警报转发到地面站，所述地面站的工作人员确认后，发送控制指令给所述无人机，使其回到异常点进行高清直播，可以实现检测速度与精度的双重保证。
S32：若所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，则所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的多模态数据的初始检测动作。
在本步骤中，将无人机采集的数据上传至云端存储，并实时更新检测模型，将所述检测模型的参数周期反馈给所述无人机进行更新，所述无人机利用所述检测模型的参数更新的检测模型执行实时检测。
第二方面：
请参阅图5，本发明某一实施例还提供了一种基于5G通信的无人机电力巡检装置，包括：
多模态数据获取及初始检测模块10：用于获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
切片处理模块20：用于根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
多模态数据传输模块30：用于在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
多模态数据初始检测异常处理模块40，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
多模态数据初始检测正常处理模块50，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的多模态数据的初始检测动作。
可以理解的是，该基于5G通信的无人机电力巡检装置的功能模块分别用于执行相应的方法步骤，且在执行步骤时采取基于5G通信的网络切片技术，根据不同数据的传输需求，采用不同的通信方式进行传输；针对高清视频传输，提出基于5G通信的组网方案，使其可以不受图传电台的限制，增大图传距离的同时提高视频的传输速率；而当周围的5G信号受建筑物或山丘影响时，切换到临时的COFDM通信链路，保证巡检工作的正常运行；当基于5G通信的无人机在5GNSA网络边缘开展巡检工作时，采用上行基于LTE技术来提升上行速率，使得上下行平衡，缓解实时高清监控视频卡顿严重等问题。
第三方面：
本发明某一实施例还提供了一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的基于5G通信的无人机电力巡检方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ApplicationSpecific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的基于5G通信的无人机电力巡检方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，包括：
获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
若所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，则所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
若所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，则所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的所述多模态数据的初始检测动作。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，在所述根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果之后，还包括：
根据5G信号强弱来确定所述多模态数据的传输通信链路。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，所述根据5G信号强弱来确定所述多模态数据的传输通信链路，包括：
当5G信号良好时，巡检无人机搭载CPE设备，通过所述CPE设备实现与5G基站之间通信链路的连接，所述巡检无人机将数据发送给所述5G基站，所述5G基站通过骨干通讯网将数据发送给地面站；
当5G信号微弱时，则切换到COFDM通信方式，通过巡检无人机-中继无人机-地面站的通信链路传输数据，所述巡检无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给中继无人机，所述中继无人机通过所述COFDM通信方式将数据发送给地面站。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，所述获取目标电力设备的所述多模态数据，包括：无人机利用搭载的光电设备对所述目标电力设备进行所述多模态数据采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，所述5G切片技术包括：uRLLC控制类切片、mMTC海量机器类信息采集切片和eMBB增强移动带宽切片。
6.根据权利要求5所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，所述根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，包括：
利用所述uRLLC控制类切片传输高实时性要求的指令数据；利用所述uRLLC控制类切片传输无人机的设备参数；利用所述eMBB增强移动带宽切片实时传输高清视频。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法，其特征在于，所述在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，包括：
当上行SINR大于质差门限时，5G上行覆盖良好，所述切片结果传送保留在5G网络；
当上行SINR小于质差门限与迟滞系数之和时，5G上行覆盖受限，所述切片结果传送切换到LTE网络。
8.一种基于5G通信的无人机电力巡检装置，其特征在于，包括：
多模态数据获取及初始检测模块：用于获取目标电力设备的多模态数据，并初始检测所述多模态数据是否异常；
切片处理模块：用于根据5G切片技术对所述多模态数据进行处理，得到切片结果；
多模态数据传输模块：用于在5G上行覆盖良好时，将所述切片结果承载在5G的PUSCH上，或在5G上行覆盖受限时，将所述切片结果承载在LTE的PUSCH上，上传至云端；
多模态数据初始检测异常处理模块，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据异常时，所述云端对所述多模态数据进行二次异常检测，并在二次检测异常时，将携带诊断异常信息的告警信号下发至所述无人机，所述无人机回到异常点进行高清直播；
多模态数据初始检测正常处理模块，用于在所述无人机初始检测的所述多模态数据正常时，所述云端根据所述切片结果更新检测模型，将该检测模型下发至所述无人机，所述无人机根据最新的检测模型执行后续的所述多模态数据的初始检测动作。
9.一种终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于5G通信的无人机电力巡检方法。
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