基于無人機的風(fēng)電葉片巡檢

王鵬

摘? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，無人機的制作和研發(fā)得到了飛速的發(fā)展，而大型風(fēng)電機組的出現(xiàn)使得無人機的工作性能更加穩(wěn)定和安全，風(fēng)電市場的發(fā)展導(dǎo)致風(fēng)電機組中使用的葉片數(shù)量和長度與之前相比有較大的提升，傳統(tǒng)的人力檢驗?zāi)Ｊ胶馁M時間而且檢測效果較差，該文根據(jù)無人機的工作狀態(tài)以及工作形式，指出基于無人機的風(fēng)電葉片巡檢工作的問題及相關(guān)注意事項以供同行參考。

關(guān)鍵詞：無人機;風(fēng)電葉片;巡檢

中圖分類號：TM315? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

無人機技術(shù)的發(fā)展與成熟為相關(guān)領(lǐng)域的檢測和維護工作提供了很大的便利，無人機技術(shù)也逐漸應(yīng)用到風(fēng)電設(shè)備葉片的維護和檢測工作中。由于葉片往往長度較大，工作人員難以直接進行現(xiàn)場的檢測和觀察，很難及時發(fā)現(xiàn)葉片故障。以往葉片檢測工作的主要方式是通過繩索垂降人工檢測或者望遠(yuǎn)鏡監(jiān)控，這種方式效率低下且具有一定的安全風(fēng)險，因此，將無人機技術(shù)引入到風(fēng)電葉片巡檢工作中是十分重要的。

1 無人機在風(fēng)電葉片巡檢中的意義

1.1 有效減少巡檢成本

風(fēng)電葉片大多安裝在風(fēng)力資源較為豐富的區(qū)域，但是有很多風(fēng)電項目建設(shè)在人跡罕至的區(qū)域，對人工巡檢模式造成很大的制約，人工巡檢方案不僅需要專業(yè)人員的參與，而且還需要大量資源的投入，在涉及這些區(qū)域時人工巡檢有一定的限制，巡檢成本也相應(yīng)增大。無人機巡檢不會受地形和環(huán)境的影響，通過遠(yuǎn)程操控就可以將目標(biāo)風(fēng)電葉片巡檢內(nèi)容通過無人機設(shè)備附帶的照相系統(tǒng)記錄下來。無人機的使用和參與大大降低了員工的工作量，降低了各種檢測成本，同時不需要工作人員在機電葉片工作的現(xiàn)場便能夠完成巡檢工作，也提高了檢測安全性，避免檢測過程中出現(xiàn)人員安全事故。

1.2 巡檢內(nèi)容更加系統(tǒng)全面

無人機技術(shù)的普遍以及智能化科技的發(fā)展使得無人機系統(tǒng)逐漸完善，相應(yīng)的功能也強大起來，人們可以在無人機中搭載不同的程序和系統(tǒng)使無人機的功能增多。將設(shè)備缺陷故障問題尋找、實時監(jiān)控以及故障定位等程序植入到無人機系統(tǒng)中，可以使無人機工作更加全面到位，提升無人機工作的效率，減少機電葉片發(fā)生故障的次數(shù)，保證機電系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定和安全，為發(fā)電效果提供有效保障。

1.3 減少風(fēng)電葉片巡檢時間

相對于人力檢測工作來說，無人機巡檢工作不受到環(huán)境條件和氣候條件的制約，檢測程序更加精確，可以明顯減少人員失誤造成的檢測問題，提高檢測工作的質(zhì)量。無人機可以在任何惡劣的環(huán)境和氣候條件下進行工作，使用無人機對有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害或者自然災(zāi)害的區(qū)域進行機電葉片的巡檢工作，可以保證任務(wù)完成的質(zhì)量并縮短檢測工作的時間。同時，在進行無人機葉片巡檢工作時，不需要準(zhǔn)備大量的設(shè)備，大多數(shù)無人機設(shè)備可以在1.5 min內(nèi)起飛，因此在結(jié)束一個區(qū)域葉片巡檢工作之后，無人機可以及時到另一個區(qū)域開展巡檢工作，這樣能夠大大減少輸電線路的巡檢時間。

2 無人機巡檢系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 構(gòu)建硬件平臺

無人機系統(tǒng)的硬件平臺主要包括控制模塊和測距模塊2部分內(nèi)容，該無人機檢測系統(tǒng)選擇的是8 MHz的晶振，在晶振元件中引出3個串口，包括2路LED燈和一個SD卡插槽。其中LED燈起到指示說明的作用，反映無人機設(shè)備在工作期間是否存在異常情況等。SD卡的作用是記錄無人機飛行過程中的日志。這3路串口用在接收數(shù)據(jù)包以及測量數(shù)值匯中，同時接入一路PWM輸出口用來控制云臺的拍照過程。在云臺拍照時，需要保存相應(yīng)的拍照信息并記錄拍照時無人機的位置等，以判斷檢測的位置和區(qū)域。相片與機電葉片之間的距離是通過超聲波模塊和激光模塊的協(xié)同作用進行確定的，這2種模塊的聯(lián)合使用可以有效減小距離測量的誤差，提高測量的準(zhǔn)確度。一般情況下，超聲波模塊的測距距離不會超過8 m，而激光的測量距離可以達(dá)到10 m以上。超聲波測距不需要像激光測距一樣在受到相關(guān)指令之后才能夠進行操作，工作模式更加簡單。

2.2 構(gòu)建軟件平臺

根據(jù)應(yīng)用的無人機型號、系列以及結(jié)合相關(guān)云臺拍照的速度，進行風(fēng)電葉片巡檢時選擇的控制模塊為STMF1和MCU，這種模塊的通信速度較快，信息傳遞及時，更能夠滿足風(fēng)電葉片巡檢工作的要求。在實際進行風(fēng)電葉片巡檢工作時，無人機利用軟件系統(tǒng)快速處理得到相關(guān)葉片損傷的具體信息，例如葉片損傷的大小以及葉片損傷的邊界，通過軟件計算出損傷所占整個葉片的比例，并結(jié)合超聲波測距與激光測距得到的數(shù)值，確定機電葉片的具體損傷情況，減少計算的誤差和判斷的錯誤情況。

3 無人機葉片巡檢的具體過程

3.1 確定葉片巡檢區(qū)域與項目

在運用無人機技術(shù)對機電葉片進行巡檢工作前，必須對當(dāng)前葉片的工作情況以及具體的位置和地形等信息有全面系統(tǒng)的了解，結(jié)合實際情況確定無人機葉片巡檢的內(nèi)容，葉片的巡檢工作包括葉片主體、葉片工作線路以及相關(guān)附屬設(shè)備等，利用無人機設(shè)備中的高清相機對葉片工作情況進行記錄和儲存，對葉片中出現(xiàn)損傷的位置用無人機進行拍照并上傳，工作人員可以及時根據(jù)系統(tǒng)上傳的照片和視頻明確故障出現(xiàn)的位置，并分析故障產(chǎn)生的原因。

3.2 風(fēng)電葉片的巡檢流程

首先使用無人機對風(fēng)電葉片周邊環(huán)境和影響因素進行排查，核對相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后設(shè)置無人機系統(tǒng)程序，確保無人機工作的區(qū)域沒有密集樹林以及高大的建筑，為無人機正常工作創(chuàng)造良好的條件。在確定無人機飛行路線和檢測項目之前，需要對檢測程序進行設(shè)計和優(yōu)化，并調(diào)試無人機的工作，在無人機檢測工作合格之后，才可以由專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)無人機的操作，并設(shè)置無人機飛行區(qū)域的警戒線。

無人機起飛準(zhǔn)備工作完成之后，可以操作無人機起飛，技術(shù)人員發(fā)出相應(yīng)的起飛指令并對起飛具體情況進行準(zhǔn)確的記錄。操作人員使用遙控器對無人機的飛行進行操作，當(dāng)無人機在飛行過程中出現(xiàn)偏離設(shè)定路線時，工作人員可以通過遙控器進行手動操控，保證無人機在預(yù)定的航線中飛行。根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦翁攸c和氣候條件設(shè)置合理的飛行速度，在需要精細(xì)巡檢輸電線路時，可以適當(dāng)降低無人機飛行速度，將之控制在4 m/s的范圍內(nèi)。相關(guān)負(fù)責(zé)人對無人機傳輸回來的實時畫面及時地進行拍照和處理，并適當(dāng)調(diào)整云臺的角度，完成數(shù)據(jù)記錄工作。無人機巡檢工作完成之后，可以進行無人機的回航操作，由專業(yè)技術(shù)人員對無人機發(fā)送回航的指令，要求無人機按照合理快速的路線回航。在發(fā)送回航指令之前，相關(guān)工作人員需要對回航時的風(fēng)速和風(fēng)向進行判斷，以此確定回航時的飛行速度，無人機回到預(yù)定位置之后，要在保證機身平穩(wěn)的情況下才可以進行降落和減速，保證無人機安全降落。及時清除無人機工作場地的人員，保證無人機的降落過程中不會對工作人員造成傷害，在無人機降落平穩(wěn)之后，存儲數(shù)據(jù)并關(guān)閉無人機的電源。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機葉片巡檢工作在當(dāng)前葉片檢測中發(fā)揮著十分重要的作用，用無人機進行檢測，極大地降低了人力的投入，減少了檢測成本，提高了檢測效率，縮短了檢測時間，是當(dāng)前風(fēng)電葉片巡檢工作一個主要的發(fā)展方向，為當(dāng)前風(fēng)電葉片巡檢工作提供了一個新的方案。

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