基于攝像頭的旋翼無人機在熱電廠巡檢中的應用

馮宏

摘 要：借鑒無人機在油氣管道和電力線路巡檢的經驗，結合熱電廠巡檢工作的特點，對基于攝像頭的旋翼無人機在熱電廠巡檢工作進行了嘗試、分析和應用，分析了無人機巡檢的優勢，提出了專業方案，并對無人機在熱電行業領域應用的廣泛前景進行了展望。

關鍵詞：旋翼無人機；巡檢；智能；避障；監控

中圖分類號：V279+.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0176-02

Abstract： Based on the experience of UAV inspection in oil and gas pipelines and power lines， combined with the characteristics of thermal power plant inspection， the rotor-wing UAV based on camera is tried， analyzed and applied in thermal power plant. This paper analyzes the advantages of UAV inspection， puts forward a professional scheme， and looks forward to the broad prospects of UAV applications in the thermoelectric industry.

Keywords： rotor UAV； patrol； intelligence； obstacle avoidance； surveillance

前言

無人機（Unrnanned Aerial Vehicle，縮寫為UAV）又稱“空中機器人”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行設備[1]。無人機按應用領域分為軍用與民用。民用方面，目前在大氣研究、氣象觀測、環境保護、航拍、森林防火、農業、植保、運輸、災難救援、觀察野生動物、監控傳染病、地理測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝等領域的應用方心未艾、非常廣泛。

近年來，隨著軍用領域無人機技術不斷轉化至民用領域和民用市場規模爆炸式的增長，無人機的發展進入了一個嶄新的時代，同發達國家一樣，我國無人機在民用領域的應用也日趨廣泛，正顯現出巨大的市場潛力和廣闊的市場前景。

筆者借鑒無人機在油氣管道和電力線路巡檢的經驗，結合熱電廠巡檢工作的特點，對基于攝像頭的旋翼無人機在日常熱電廠巡檢工作進行了分析、嘗試和應用，并對此廣泛前景進行了展望。

1 無人機分類和無人機系統

1.1 無人機系統種類繁多，分類方法也不盡相同

從技術角度無人機定義可以分為：直升機、固定翼機、旋翼機、撲翼機等；按用途分類，無人機一般可分為軍用無人機和民用無人機；按活動半徑分類，無人機可分為超近程無人機、近程無人機、短程無人機、中程無人機和遠程無人機；目前分類比較用得最多的是按民航法規從重量和尺度對無人機進行一般可分為：可分為微型無人機、輕型無人機、小型無人機以及大型無人機。微型無人機是指起飛質量小于等于7kg的無人機，輕型無人機是指質量大于7kg，但小于等于116的無人機，且校正空速小于100km/h，升限小于3000m的無人機，小型無人機是指空機質量小于等于5700kg的無人機，大型無人機是指空機質量大于5700kg的無人機。

1.2 無人機的功能和系統

無人機系統由飛機平臺系統、信息采集系統和地面控制系統組成。飛機平臺系統主要包括飛動力、傳感器、信號處理、GPS接收、無線電控制等[2]。信息采集系統主要包括云臺、相機、傳感器、無線電控制等。地面控制系統系統主要包括無線電控制、GPS導航、計算機、數據處理系統等。制導系統的基本任務是確定無人機與目標的相對位置，操縱無人機飛行，在一定的準確度下，引導無人機沿設定的軌跡飛向目標[3]。對于無人機來說，既可以在可視范圍內人工控制飛行軌跡，可也以通過編程實現超視覺自主飛行或自動避障。

2 熱電廠巡檢特點和無人機優勢結合

2.1 無人機在熱電廠巡檢的優勢

目前，旋翼無人機在輸油輸氣管道管理巡護領域和國家電網公司輸電線路巡視等有不同程度的應用，不但極大地節約節省工作時間和人力，提高了工作效率，而且無人機高清晰攝像機航拍無死角，得到數據全面易于保存，人身安全得到保障。同樣，對于熱電廠來說，也存在很多高空領域巡檢和野外管道巡檢工作，采用無人機替代人工優勢非常明顯。

嘉興新嘉愛斯熱電有限公司位于江南水鄉的杭嘉湖平原，公司現有熱網主管道195km，壓縮空氣管道約27km，管道所處均在河道、湖泊、池塘和水田周邊穿過，地形復雜、不易于行走。公司現有煙囪3座，冷卻塔3座，脫硫塔6座、灰庫若干和碼頭一座，設備和管廊巡檢均涉及高空作業。旋翼無人機體積小、懸停穩定，可以實時檢查監控航拍視頻和錄像保存，雪、冷、汛期優勢更明顯。結合無人機的優勢和熱電廠的實際需求，嘉興新嘉愛斯研究院對熱電廠涉及高空巡檢和較長距離巡檢工作采用了無人機巡檢的應用嘗試探索。

2.2 熱電廠巡檢無人機的選擇

熱電廠巡檢特點，提出了無人機的要求：

（1）飛行穩定，易于操作；（2）飛行距離5公里，飛行高度200米以內；（3）機身輕巧，便于攜帶；（4）相機高清穩定，可以實時傳輸；（5）飛機起飛和降落不需要特殊裝置。

針對上述要求，我們選擇深圳市大疆創新科技有限公司（簡稱DJI）精靈列無人機作為熱電廠巡檢無人機，它有以下特點：（1）四旋翼無人機，起飛和降落非常方便，飛行穩定，價格合理。（2）操控精準、響應靈敏，拆裝便捷，機身輕巧，便于攜帶。（3）30分鐘續航能力，有避障功能，GPS實現精準定位。（4）高性能相機，可拍4K視頻和最高1200萬像素靜態照片，全高清數字圖傳系統，最遠可達5公里，最高500米。（5）自動起飛降落、智能返航、實時地圖和雷達顯示、相機參數實時設置等功能。

3 無人機在熱電廠巡檢的應用

3.1 無人機系統工作流程

（1）準備工作：按照熱電廠設備巡檢周期制定巡檢任務，結合天氣預報情況做好飛行任務規劃和飛機充電和備用工作。（2）飛行任務規劃：為保證任務的安全進行，飛行當天結合天氣、地理和無人機狀況做好飛行任務的具體規劃安排，做好應急情況處理準備。（3）航前檢查：在起飛點做好航前檢查，檢查遙控器、飛機電池以及移動設備的電量是否充足，螺旋槳是否正確安裝，確保已插入Micro-SD卡，電源開啟后相機和云臺是否正常工作，開機后校準指南針，檢查電機是否正常啟動，軟件DJIGO App是否正常運行，檢查GPS狀態、飛行模式等飛行狀態列表是否正常。另外需要檢查周圍環境是否符合飛行條件。（4）航飛監

控： 實時掌握飛機的姿態、方位、空速、位置、電池容量、即時風速風向、任務時間等重要狀態，便于操作人員實時判斷任務的可執行性，進一步保證任務的安全。（5）建立飛行日志和檔案：航拍任務完成后，對航拍影像進行研究分析和建檔。

3.2 無人機自主飛行

無人機在編程控制下自動飛行模式下，經過前期地理坐標和高度的采集，再通過一套軟件結合無人機，將作業任務導入并進行相關參數設置，并根據現場實際選擇定高或變高后，實現無人機自主飛行執行任務，作業過程中無需再進行任何操作和擔心信號及圖傳問題，任務完成后便可自動返航至起飛點降落，大大提高了作業效率和穩定性[6]。

4 無人機在熱電廠運用的注意事項

4.1 無人機和駕駛員管理政策法規

無人機大大提高了效率，但也要注意無人機在我國正處于高速發展期間，一些新的政策法規不斷頒布，必須學習和遵守。近年來，我國民航主管部門頒布了多個管理文件：《關于民用無人機管理有關問題的暫行規定》和《民用無人機適航管理工作會議紀要》，主要解決無人機的適航管理問題；《民用無人機空中交通管理辦法》主要解決無人機的空域管理問題；《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》主要解決無人機的駕駛員資質管理。對于7公斤的微型無人機，飛行范圍在目視視距內半徑500米、相對高度低于120米范圍內，無須證照管理，但應盡可能避免遙控飛機進入過高空域；重量等指標高于上述標準的無人機以及飛入復雜空域內的，駕駛員需納入行業協會甚至民航局的監管[7]。

4.2 禁飛區和限飛區

根據2017年5月17日民航局發布的《關于公布民用機場障礙物限制面保護范圍的公告》以民航局公布的民用機場障礙物限制面及容差緩沖區的12個坐標點為基礎，將民航局定義的機場保護范圍坐標向外拓展100米形成禁飛區。飛行器無法在禁飛區內起飛；從外部接近禁飛區邊界時，將自動減速并懸停。以跑道兩端中點向外延伸20公里，跑道兩側各延伸10公里，形成大致20公里寬、40公里長的長方形區域為限高區（與禁飛區不相交的部分）。在限高區中，飛行器的限制飛行高度為120米。

5 前景展望

世界無人機的主要制造商集中在美國、以色列和歐洲。其中，美國份額高達69%，遙遙領先于其他國家；中國無人機由于性價比優勢明顯，占據約10%份額。上述數據說明，我國無人機產業仍有相對廣闊的發展空間。國內無人機市場已發展了將近30余年，從最初的軍用領域逐漸擴展到消費領域。目前國內消費無人機市場火熱，普通民眾對無人機的認可程度和需求度逐漸攀升，近兩年來，無人機企業、飛手數量和產品用途都有了明顯的增多，甚至出現了指數型增長，監管制度方面也有了進一步的完善。未來五年民用無人機行業將持續保持較快的發展態勢。作為世界各國的軍民用前沿裝備，無人機綜合集成航空技術、信息技術、控制技術、測控技術、傳感技術以及新材料、新能源等多學科技術，代表著未來航空業的發展方向。

在熱電行業逐步推廣無人機作業技術，建立和完善無人機作業管理和技術標準體系，不斷拓展新技術發展，實

現熱電技術自動化、數字化、信息化、智能化是實現智能能制造、面向未來的發展戰略。

參考文獻：

[1]《ICAO's circular 328 AN/190》：Unmanned Aircraft Systems（2017-02-16）.

[2]魏瑞軒，李學仁.先進無人機系統與作戰運用[M].國防工業出版社，2014，09.

[3]無人機系統[Z].搜狐軍事，2013-09-23.

[4]陳金良，高文明，史際剛.無人機飛行管理[M].西北工業大學出版社，2014，10.