無(wú)人機(jī)在風(fēng)機(jī)葉片精細(xì)化巡檢中的應(yīng)用

韓旭 鄧誠(chéng) 何旭輝 楊延俊

摘?要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，精細(xì)化巡檢得到了相關(guān)部門(mén)的關(guān)注，在新的時(shí)期占據(jù)著十分重要的地位。而無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及其在精細(xì)化巡檢中的應(yīng)用也提升了巡檢的實(shí)際效率。基于此，本文就無(wú)人機(jī)在風(fēng)機(jī)葉片精細(xì)化巡檢中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析，從而可以為相關(guān)部門(mén)進(jìn)行相關(guān)工作提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)技術(shù);風(fēng)機(jī)葉片;精細(xì)化巡檢

引言：傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)葉片巡檢需要人工配合吊籃或者高倍望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行，利用肉眼對(duì)葉片中的裂縫進(jìn)行分析，存在存在風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，導(dǎo)致精細(xì)化巡檢工作無(wú)法順利地發(fā)揮作用。因此，在進(jìn)行研究的時(shí)候需要利用現(xiàn)代化無(wú)人機(jī)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行外觀掃描，實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片巡檢，從而保證電力系統(tǒng)的作用可以得到有效的發(fā)揮。

一、無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的概念以及其技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的概念

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展，風(fēng)機(jī)葉片是保證風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，因此需要定期的進(jìn)行精細(xì)化巡檢，但是傳統(tǒng)的巡檢方式在應(yīng)用的時(shí)候存在比較明顯的問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)際需求。因此需要在進(jìn)行精細(xì)化巡檢的時(shí)候利用無(wú)人機(jī)技術(shù)優(yōu)化具體的巡檢工作效果。無(wú)人機(jī)不受地形制約，可以利用高精度航拍設(shè)備進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外觀掃描，實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片巡檢，具有準(zhǔn)確、高效、安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以在大范圍內(nèi)部得到普及以及應(yīng)用。

無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)指的是以無(wú)人機(jī)為平臺(tái)，掛載任務(wù)設(shè)備，配合軟件進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃和執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，同時(shí)具備綜合保障設(shè)備的意識(shí)，完成巡檢作業(yè)任務(wù)的系統(tǒng)[1]。在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候可以利用這種技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)巡檢進(jìn)行優(yōu)化以及創(chuàng)新，推進(jìn)風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（二）無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.高速信號(hào)處理技術(shù)

一般而言，無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)會(huì)配備相應(yīng)的高速信號(hào)處理設(shè)施，因此在無(wú)人的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種信號(hào)的高速化處理，進(jìn)而可以推進(jìn)整個(gè)無(wú)人機(jī)巡航工作的進(jìn)步和發(fā)展。在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候需要運(yùn)用和分析各種設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，在充分把握系統(tǒng)中的要點(diǎn)之后優(yōu)化無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的識(shí)別功能，在系統(tǒng)安裝的時(shí)候可以發(fā)揮不可替代的作用，有效的降低管理監(jiān)控的成本，保證風(fēng)力發(fā)電企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.捕獲信號(hào)技術(shù)

無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候具有比較高的接受信號(hào)以及處理數(shù)據(jù)的效率，并且可以遠(yuǎn)距離捕捉數(shù)據(jù)，因此，無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用可以在各種高科技領(lǐng)域取得比較廣泛的應(yīng)用，達(dá)到比較優(yōu)秀的使用效果。在具體應(yīng)用的時(shí)候需要重點(diǎn)把握其中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并且不斷對(duì)功能進(jìn)行完善以及升級(jí)，推進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、無(wú)人機(jī)精細(xì)化巡檢的系統(tǒng)構(gòu)成以及業(yè)務(wù)流程

（一）無(wú)人機(jī)精細(xì)化巡檢的系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)電機(jī)組葉片無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡檢系統(tǒng)應(yīng)包括無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)、巡檢軟件分系統(tǒng)、綜合保障分系統(tǒng)、云端數(shù)字化管理平臺(tái)等部分。在具體應(yīng)用的時(shí)候各種系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用，可以在勘察選線、管道施工、管道巡檢、應(yīng)急監(jiān)測(cè)等方面可以具有比較優(yōu)秀的應(yīng)用效果。本文在進(jìn)行研究的時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)的各種組成部分進(jìn)行深入的分析，從而可以為無(wú)人機(jī)精細(xì)化巡檢提供有效的建議。

1.無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)分系統(tǒng)的主要系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)、任務(wù)設(shè)備以及控制站。無(wú)人機(jī)是動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、機(jī)上無(wú)人駕駛的航空飛行器的簡(jiǎn)稱(chēng);任務(wù)設(shè)備指的是輔助無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢工作的紅外熱成像、紫外成像儀，探照燈、喊話器、機(jī)載運(yùn)算感知模塊等設(shè)備[2];控制站指的是用于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)任務(wù)規(guī)劃、鏈路通訊、飛行控制、載荷控制、飛行狀態(tài)參數(shù)顯示、載荷信息顯示、以及記錄和分發(fā)等功能的設(shè)備，在具體應(yīng)用的可以根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇最為合適的方式進(jìn)行作業(yè)、

而無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的主要組成則包括飛行控制子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、障礙物感知子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)可二次拆分或集成。無(wú)人機(jī)自身具備飛行穩(wěn)定性高;飛行安全可靠，飛行姿態(tài)控制精確;震動(dòng)小，噪聲干擾低的特點(diǎn)，因此在進(jìn)行無(wú)人機(jī)巡檢的時(shí)候可以發(fā)揮重要的作用。而任務(wù)設(shè)備可以用于現(xiàn)場(chǎng)輔助，機(jī)載運(yùn)算感知模塊等用于數(shù)據(jù)處理和輔助飛行控制的設(shè)備。控制站應(yīng)包括手動(dòng)控制設(shè)備、遠(yuǎn)程控制設(shè)備、顯示設(shè)備等，從而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.巡檢軟件分系統(tǒng)

巡檢軟件分系統(tǒng)的主要組成是巡檢任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)、任務(wù)執(zhí)行子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)子系統(tǒng)等，其主要的功能是無(wú)人機(jī)起飛后自動(dòng)計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的朝向和塔筒高度，自動(dòng)尋找風(fēng)電機(jī)組輪轂導(dǎo)流罩的中心點(diǎn)，操作人員點(diǎn)擊確認(rèn)作業(yè)起始點(diǎn)。起始點(diǎn)確認(rèn)后，無(wú)人機(jī)按 照規(guī)劃的路徑進(jìn)行葉片圖像自動(dòng)采集，進(jìn)而可以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用的實(shí)際效果。

3.綜合保障分系統(tǒng)

綜合保障分系統(tǒng)的主要組成是地面保障設(shè)備和儲(chǔ)運(yùn)車(chē)輛組成，地面保障設(shè)備包含著比較復(fù)雜的設(shè)備比如括供電設(shè)備、備用電池、充電器、地面測(cè)風(fēng)儀、測(cè)頻儀、燃油箱、抽油泵、專(zhuān)用工具等，進(jìn)而可以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用的實(shí)際效果。

4.云端數(shù)字化管理平臺(tái)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，云計(jì)算得到了我國(guó)相關(guān)部門(mén)的重視，帶動(dòng)了各個(gè)產(chǎn)業(yè)的變革。本次云端數(shù)字化管理平臺(tái)的建設(shè)是通過(guò)云架構(gòu)的后臺(tái)系統(tǒng)和交互界面前臺(tái)系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用。云端數(shù)字化的后臺(tái)應(yīng)包括葉片信息歸檔存儲(chǔ)、基于人工智能的缺陷自動(dòng)檢測(cè)等子系統(tǒng)，前臺(tái)應(yīng)包括風(fēng)場(chǎng)概覽、風(fēng)電機(jī)組視圖、報(bào)告生成、圖片上傳等子系統(tǒng)，進(jìn)而可以保證整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

另外，云端數(shù)字化管理需要具備葉片圖像分類(lèi)、交互式、缺陷測(cè)量、定位、以及自動(dòng)生成報(bào)告等功能，進(jìn)而可以?xún)?yōu)化具體應(yīng)用的效果，提升巡檢的實(shí)際效果。

（三）風(fēng)電機(jī)組葉片無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)作業(yè)流程分析

在具體進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片無(wú)人機(jī)巡檢系統(tǒng)作業(yè)流程進(jìn)行具體的分析，一般而言具體的作業(yè)流程主要包括兩個(gè)部分，即風(fēng)葉片數(shù)據(jù)采集流程和云端數(shù)字化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)分析流程[3]。

葉片數(shù)據(jù)采集流程是整個(gè)系統(tǒng)作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)操作人員攜帶無(wú)人機(jī)到風(fēng)車(chē)機(jī)位，對(duì)無(wú)人機(jī)的工作狀態(tài)及硬件狀態(tài)進(jìn)行檢查，并且將風(fēng)電機(jī)組停機(jī)在倒“Y”字形，輪轂鎖死。操作人員將無(wú)人機(jī)放置在風(fēng)機(jī)輪轂正前方平坦空地，并且操縱無(wú)人機(jī)進(jìn)行自動(dòng)起飛。無(wú)人機(jī)起飛后在視覺(jué)與激光雷達(dá)融合計(jì)算的輔助下對(duì)風(fēng)電機(jī)組的朝向和塔筒高度等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)尋找風(fēng)電機(jī)組輪轂導(dǎo)流罩的中心點(diǎn)，操作人員點(diǎn)擊確認(rèn)作業(yè)起始點(diǎn)。在確定起始點(diǎn)之后，無(wú)人機(jī)開(kāi)始自動(dòng)采集并傳輸和存儲(chǔ)葉片圖像。

云端葉片數(shù)字化管理平臺(tái)數(shù)據(jù)也是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，其具體的工作流程如下文所示。

用戶(hù)利用系統(tǒng)上傳工具將風(fēng)電機(jī)組葉片圖片以及相關(guān)的數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)管理服務(wù)器存儲(chǔ)起來(lái)，然后用戶(hù)通過(guò)前端web服務(wù)器登陸到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)portal端。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)這些已經(jīng)上傳的數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行深入的分析，并且進(jìn)行缺陷的標(biāo)注及測(cè)量等工作，最后通過(guò)報(bào)表服務(wù)器將風(fēng)電機(jī)組葉片巡檢報(bào)告進(jìn)行導(dǎo)出，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中存在的問(wèn)題，保證系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

總結(jié)：綜上所述，現(xiàn)階段電力資源在我國(guó)社會(huì)中占據(jù)著極為重要的地位，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電已得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的機(jī)組巡檢方式存在許多缺點(diǎn)，導(dǎo)致巡檢工作的實(shí)際效果無(wú)法得到有效的發(fā)揮。因此，巡檢系統(tǒng)需要融合使用無(wú)人機(jī)技術(shù)，提升巡檢工作的實(shí)際效果，從而可以推進(jìn)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保證電力資源的平穩(wěn)供應(yīng)。

參考文獻(xiàn);

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