淺談基于云系統(tǒng)下的無(wú)人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

王冰

（赤峰市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

淺談基于云系統(tǒng)下的無(wú)人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用

王冰

（赤峰市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

特種設(shè)備在人們的日常生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置，它們關(guān)乎人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，每年國(guó)家都會(huì)對(duì)特種設(shè)備采取強(qiáng)制檢驗(yàn)。一個(gè)相對(duì)完整的輔助系統(tǒng)和檢驗(yàn)工具，是檢驗(yàn)工作順利完成的重要保證。

云系統(tǒng)；無(wú)人機(jī)；特種設(shè)備；檢驗(yàn)檢測(cè)

在科技高速發(fā)展的今天，無(wú)人機(jī)技術(shù)在民用、警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險(xiǎn)救災(zāi)、視頻拍攝等行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文探討多旋翼無(wú)人機(jī)在特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 特種設(shè)備的概念

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塔式起重機(jī)這一類(lèi)在高層與超高層工程建設(shè)中必不可少的特種設(shè)備，其應(yīng)用越來(lái)越多。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，特種設(shè)備指的是對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)安全有比較大危險(xiǎn)性的設(shè)備，例如起重機(jī)械、專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛等等。但經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特種設(shè)備在生活與生產(chǎn)中也發(fā)揮著極大的作用，其安全、檢驗(yàn)問(wèn)題也受到關(guān)注。信息技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)、檢測(cè)中運(yùn)用，不單可提升工作的效率，還可有效確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行。當(dāng)前在世界上工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，均設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)，對(duì)特種設(shè)備加大了監(jiān)督、檢查力度，強(qiáng)化、規(guī)范行政管理的行為，擬定同時(shí)不斷完善專(zhuān)項(xiàng)法律、行政的規(guī)章。發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)已有一套設(shè)備的安全管理體系，由各個(gè)州的政策自主進(jìn)行管理，但各地管理方式有所差異。很早國(guó)外就開(kāi)始進(jìn)行了特種設(shè)備的檢測(cè)研究工作。并且到目前為止，已有大量成熟檢測(cè)技術(shù)，如射線(xiàn)數(shù)字成像、超聲波檢測(cè)等等，這些技術(shù)在一定程度上滿(mǎn)足了檢測(cè)的需求。在我國(guó)初期所使用的是壓力容器檢驗(yàn)信息系統(tǒng)的單機(jī)檢測(cè)，功能少，使用起來(lái)也不方便。

因此伴隨當(dāng)前信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，我們已開(kāi)始著手于使用基于云系統(tǒng)下的無(wú)人機(jī)技術(shù)。此技術(shù)屬于新系統(tǒng)，將特種設(shè)備檢測(cè)、檢驗(yàn)信息化水平提升了一個(gè)層次，并起著極為重要的作用。這也是因?yàn)樘胤N設(shè)備行業(yè)內(nèi)部各類(lèi)企業(yè)信息水平不足，業(yè)務(wù)過(guò)程相似，因此云系統(tǒng)的背景下，可以很好解決信息不統(tǒng)一的問(wèn)題。

2 無(wú)人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備中的應(yīng)用

要想保證塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)必不可少。根據(jù)特種設(shè)備檢驗(yàn)規(guī)程的要求，對(duì)起重機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，需要有兩名具有相應(yīng)資質(zhì)的檢驗(yàn)員進(jìn)行檢驗(yàn)。一名檢驗(yàn)員主檢的同時(shí)，另一名檢驗(yàn)員進(jìn)行相關(guān)的輔助檢驗(yàn)。

如果將無(wú)人機(jī)運(yùn)用到檢驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)輔助檢驗(yàn)員操作無(wú)人機(jī)，首先可對(duì)塔式起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外觀進(jìn)行逐一檢查，檢驗(yàn)螺栓的安裝方式，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的金屬表面是否有可見(jiàn)裂紋以及是否存在形變現(xiàn)象。而在塔身內(nèi)部的主檢員可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)部進(jìn)行檢驗(yàn)，省去了大部分這對(duì)外部檢驗(yàn)的時(shí)間。無(wú)人機(jī)自下而上可對(duì)大臂頂端的安全卡是否按要求安裝以及對(duì)大臂斜拉桿是否安裝可靠以及開(kāi)口銷(xiāo)是否齊全進(jìn)行檢驗(yàn)。塔帽部分可檢查避雷線(xiàn)是否與塔帽頂端可靠連接以及是否有可見(jiàn)裂紋和塔帽形變。同時(shí)在檢驗(yàn)過(guò)程中需要用到的相關(guān)工具，無(wú)人機(jī)還可攜帶運(yùn)輸，為主檢員提供幫助，省去以后在檢驗(yàn)中因攜帶工具的不便和用人運(yùn)送工具的時(shí)間。在主檢員安全進(jìn)入塔機(jī)司機(jī)室后，可配合主檢員準(zhǔn)群測(cè)量塔機(jī)與周?chē)ㄖ锏臏?zhǔn)確距離。隨后，進(jìn)行塔機(jī)垂直度與垂直靜位移的檢驗(yàn)，這就對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了一個(gè)新的要求。首先必須保證在靜止飛行時(shí)能保證無(wú)人機(jī)的水平度與垂直度，隨后是裝置在無(wú)人機(jī)上的測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度。在定期檢驗(yàn)過(guò)程中，還可針對(duì)塔機(jī)附墻架進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證其是否與塔機(jī)說(shuō)明書(shū)的安裝要求一致，是否有安裝不可靠或者私造現(xiàn)象。在無(wú)人機(jī)參與檢驗(yàn)的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷或者影響設(shè)備安全運(yùn)行的因素時(shí)，可對(duì)缺陷處進(jìn)行拍照，上傳至特種設(shè)備檢驗(yàn)單位的云記錄平臺(tái)進(jìn)行記錄登記，防止此特種設(shè)備進(jìn)行移裝時(shí)，測(cè)缺陷或者不安全因素再次出現(xiàn)，也可在下次進(jìn)行此設(shè)備的移裝檢驗(yàn)或者定期檢驗(yàn)時(shí)，提醒特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)人員此設(shè)備曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題。在每次檢驗(yàn)完成后針對(duì)本次檢驗(yàn)的問(wèn)題需要復(fù)檢時(shí)，也可利用無(wú)人機(jī)在不需要檢驗(yàn)員進(jìn)行登高復(fù)檢時(shí)進(jìn)行拍照和截取視頻作為驗(yàn)證，這樣可提高復(fù)檢的效率。

在進(jìn)行起重機(jī)械如橋式起重機(jī)或門(mén)式起重機(jī)的檢驗(yàn)時(shí)，許多工廠(chǎng)以及廠(chǎng)房無(wú)法保證檢驗(yàn)檢測(cè)人員對(duì)其軌道或水平度的檢驗(yàn)，如果加入無(wú)人機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)空中對(duì)其進(jìn)行水平度的檢驗(yàn)，當(dāng)然這也對(duì)無(wú)人機(jī)技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了一個(gè)更高的要求。在主檢員對(duì)某臺(tái)設(shè)備進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)，輔助人員可利用無(wú)人機(jī)對(duì)其進(jìn)行產(chǎn)品編號(hào)的核對(duì)以及對(duì)啃軌現(xiàn)象的有無(wú)進(jìn)行確認(rèn)，由于許多廠(chǎng)房的限制以及對(duì)檢驗(yàn)員安全性的考慮，很多設(shè)備無(wú)法保證檢驗(yàn)員可以安全到達(dá)，所以在這一過(guò)程中，更體現(xiàn)了無(wú)人機(jī)輔助檢驗(yàn)對(duì)特種設(shè)備檢驗(yàn)工作中的重要性。露天門(mén)式起重機(jī)，由于風(fēng)吹日曬或雨水腐蝕，部分爬梯更是無(wú)法保證檢驗(yàn)員安全登上門(mén)式起重機(jī)的主梁上進(jìn)行檢驗(yàn)。將無(wú)人機(jī)技術(shù)運(yùn)行其中可方便快捷地完成對(duì)其主梁的鏈接，拉桿的固定、銷(xiāo)軸的安裝、是否有開(kāi)焊現(xiàn)象的全部外觀檢查，提高了特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)的效率。同時(shí)，在發(fā)現(xiàn)缺陷后可對(duì)其缺陷部位進(jìn)行拍照，要求使用單位整改的同時(shí)，拍攝清晰照片或視頻上傳檢驗(yàn)檢測(cè)單位云記錄系統(tǒng)方便儲(chǔ)存資料，在以后針對(duì)此設(shè)備進(jìn)行移裝或者定期檢驗(yàn)時(shí)提示本次檢驗(yàn)過(guò)程中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的缺陷。同樣，在針對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)檢時(shí)，可對(duì)一些明顯問(wèn)題是否進(jìn)行整改進(jìn)行逐一驗(yàn)證。

當(dāng)然，單獨(dú)的無(wú)人機(jī)并不能在檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)揮完整的作用，它與檢驗(yàn)員的經(jīng)驗(yàn)與檢驗(yàn)技能分不開(kāi)。因此對(duì)操作無(wú)人機(jī)的人員也具有一定的要求，具有檢驗(yàn)資質(zhì)并且有豐富的檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

針對(duì)這一想法，首先需要開(kāi)發(fā)一套基于無(wú)人機(jī)的完善的檢驗(yàn)系統(tǒng)。首先應(yīng)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)終端對(duì)此次檢驗(yàn)的特種設(shè)備信息以及在檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的缺陷、安全隱患以及重大問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)登記，隨后操作終端對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程存儲(chǔ)。此后針對(duì)某臺(tái)特種設(shè)備登錄此云記憶平臺(tái)時(shí)，會(huì)對(duì)此臺(tái)設(shè)備的所有信息進(jìn)行詳細(xì)的了解。除開(kāi)發(fā)平臺(tái)外，還需要對(duì)無(wú)人機(jī)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使其具備經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀以及直尺的功能，并保證其功能的準(zhǔn)確性以及可靠性。隨后是對(duì)無(wú)人機(jī)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，保證檢驗(yàn)檢測(cè)人員有更好的操作性而且簡(jiǎn)單易懂。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)多旋翼無(wú)人機(jī)輔助特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)提供了一些想法，也為特檢無(wú)人機(jī)的開(kāi)發(fā)提出了一些建議。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，利用新技術(shù)以及儀器對(duì)特種設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)是對(duì)每一個(gè)檢驗(yàn)檢測(cè)單位的基本要求，這些設(shè)備在保證檢驗(yàn)質(zhì)量的同時(shí)會(huì)大大縮短檢驗(yàn)檢測(cè)的時(shí)間，從而提高檢驗(yàn)效率，有利于企業(yè)在市場(chǎng)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，占得先機(jī)。

配準(zhǔn)的具體算法流程如下：

（1）獲取對(duì)應(yīng)點(diǎn)云集存入目標(biāo)點(diǎn)云P和參考點(diǎn)云Q；

（2）分別計(jì)算P、Q點(diǎn)云的重心：

（3）利用點(diǎn)云P和點(diǎn)云Q構(gòu)造協(xié)方差矩陣：

（4）求協(xié)方差矩陣來(lái)構(gòu)造4×4對(duì)稱(chēng)矩陣X：

其中，I3是3×3單位矩陣，是矩陣的跡。

其中：

（7）點(diǎn)云精確配準(zhǔn)結(jié)束。

配準(zhǔn)點(diǎn)云導(dǎo)入GeomagicStudio求其邊界差就可計(jì)算出邊界包圍面積，即可測(cè)量出磨損面積。

3 結(jié)論

本文提出通過(guò)共聚焦激光掃描顯微鏡獲取刀具灰度圖像，轉(zhuǎn)化成點(diǎn)云矩陣，保留了刀具表面三維形貌特征，利用對(duì)新舊刀具的點(diǎn)云配準(zhǔn)可測(cè)量磨損區(qū)域的面積。提出PCA-ICP的結(jié)合的配準(zhǔn)方法，既利用PCA的計(jì)算快捷性，又發(fā)揮了ICP的精確性，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云高效、高精度的配準(zhǔn)。采用測(cè)量刀尖的磨損面積作為刀具磨損量評(píng)價(jià)指標(biāo)有一定的實(shí)用價(jià)值。

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1671-0711（2016）10（下）-0053-02