無人機在風(fēng)機葉片精細(xì)化巡檢中的應(yīng)用

韓旭 鄧誠 何旭輝 楊延俊

摘?要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，精細(xì)化巡檢得到了相關(guān)部門的關(guān)注，在新的時期占據(jù)著十分重要的地位。而無人機技術(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際效率。基于此，本文就無人機在風(fēng)機葉片精細(xì)化巡檢中的應(yīng)用進行深入的分析，從而可以為相關(guān)部門進行相關(guān)工作提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：無人機技術(shù);風(fēng)機葉片;精細(xì)化巡檢

引言：傳統(tǒng)的風(fēng)機葉片巡檢需要人工配合吊籃或者高倍望遠(yuǎn)鏡進行，利用肉眼對葉片中的裂縫進行分析，存在存在風(fēng)險大、成本高、耗時長等問題，導(dǎo)致精細(xì)化巡檢工作無法順利地發(fā)揮作用。因此，在進行研究的時候需要利用現(xiàn)代化無人機系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電機組進行外觀掃描，實現(xiàn)智能化、精細(xì)化的風(fēng)力發(fā)電機組葉片巡檢，從而保證電力系統(tǒng)的作用可以得到有效的發(fā)揮。

一、無人機巡檢系統(tǒng)的概念以及其技術(shù)優(yōu)勢

（一）無人機巡檢系統(tǒng)的概念

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

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

（二）無人機巡檢系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

1.高速信號處理技術(shù)

一般而言，無人機巡檢系統(tǒng)會配備相應(yīng)的高速信號處理設(shè)施，因此在無人的條件下實現(xiàn)對于各種信號的高速化處理，進而可以推進整個無人機巡航工作的進步和發(fā)展。在具體進行應(yīng)用的時候需要運用和分析各種設(shè)計的實際要求，在充分把握系統(tǒng)中的要點之后優(yōu)化無人機巡檢系統(tǒng)的識別功能，在系統(tǒng)安裝的時候可以發(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)濟效益和社會效益，推進整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.捕獲信號技術(shù)

無人機巡檢系統(tǒng)在運行的時候具有比較高的接受信號以及處理數(shù)據(jù)的效率，并且可以遠(yuǎn)距離捕捉數(shù)據(jù)，因此，無人機巡檢系統(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，達到比較優(yōu)秀的使用效果。在具體應(yīng)用的時候需要重點把握其中的設(shè)計要點，并且不斷對功能進行完善以及升級，推進整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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

（一）無人機精細(xì)化巡檢的系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)電機組葉片無人機自動化巡檢系統(tǒng)應(yīng)包括無人機分系統(tǒng)、巡檢軟件分系統(tǒng)、綜合保障分系統(tǒng)、云端數(shù)字化管理平臺等部分。在具體應(yīng)用的時候各種系統(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)測等方面可以具有比較優(yōu)秀的應(yīng)用效果。本文在進行研究的時候?qū)ο到y(tǒng)的各種組成部分進行深入的分析，從而可以為無人機精細(xì)化巡檢提供有效的建議。

1.無人機分系統(tǒng)

無人機分系統(tǒng)的主要系統(tǒng)是無人機、任務(wù)設(shè)備以及控制站。無人機是動力驅(qū)動、機上無人駕駛的航空飛行器的簡稱;任務(wù)設(shè)備指的是輔助無人機進行巡檢工作的紅外熱成像、紫外成像儀，探照燈、喊話器、機載運算感知模塊等設(shè)備[2];控制站指的是用于實現(xiàn)無人機任務(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)自身的實際情況選擇最為合適的方式進行作業(yè)、

而無人機系統(tǒng)的主要組成則包括飛行控制子系統(tǒng)、動力子系統(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。無人機自身具備飛行穩(wěn)定性高;飛行安全可靠，飛行姿態(tài)控制精確;震動小，噪聲干擾低的特點，因此在進行無人機巡檢的時候可以發(fā)揮重要的作用。而任務(wù)設(shè)備可以用于現(xiàn)場輔助，機載運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，從而可以保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

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)存儲子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、無人機設(shè)備維護保養(yǎng)子系統(tǒng)等，其主要的功能是無人機起飛后自動計算風(fēng)電機組的朝向和塔筒高度，自動尋找風(fēng)電機組輪轂導(dǎo)流罩的中心點，操作人員點擊確認(rèn)作業(yè)起始點。起始點確認(rèn)后，無人機按 照規(guī)劃的路徑進行葉片圖像自動采集，進而可以優(yōu)化具體應(yīng)用的實際效果。

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)備和儲運車輛組成，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、地面測風(fēng)儀、測頻儀、燃油箱、抽油泵、專用工具等，進而可以優(yōu)化具體應(yīng)用的實際效果。

4.云端數(shù)字化管理平臺

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，云計算得到了我國相關(guān)部門的重視，帶動了各個產(chǎn)業(yè)的變革。本次云端數(shù)字化管理平臺的建設(shè)是通過云架構(gòu)的后臺系統(tǒng)和交互界面前臺系統(tǒng)協(xié)同發(fā)揮作用。云端數(shù)字化的后臺應(yīng)包括葉片信息歸檔存儲、基于人工智能的缺陷自動檢測等子系統(tǒng)，前臺應(yīng)包括風(fēng)場概覽、風(fēng)電機組視圖、報告生成、圖片上傳等子系統(tǒng)，進而可以保證整個系統(tǒng)的順利運行。

另外，云端數(shù)字化管理需要具備葉片圖像分類、交互式、缺陷測量、定位、以及自動生成報告等功能，進而可以優(yōu)化具體應(yīng)用的效果，提升巡檢的實際效果。

（三）風(fēng)電機組葉片無人機巡檢系統(tǒng)作業(yè)流程分析

在具體進行應(yīng)用的時候需要對風(fēng)電機組葉片無人機巡檢系統(tǒng)作業(yè)流程進行具體的分析，一般而言具體的作業(yè)流程主要包括兩個部分，即風(fēng)葉片數(shù)據(jù)采集流程和云端數(shù)字化管理平臺數(shù)據(jù)分析流程[3]。

葉片數(shù)據(jù)采集流程是整個系統(tǒng)作業(yè)的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場操作人員攜帶無人機到風(fēng)車機位，對無人機的工作狀態(tài)及硬件狀態(tài)進行檢查，并且將風(fēng)電機組停機在倒“Y”字形，輪轂鎖死。操作人員將無人機放置在風(fēng)機輪轂正前方平坦空地，并且操縱無人機進行自動起飛。無人機起飛后在視覺與激光雷達融合計算的輔助下對風(fēng)電機組的朝向和塔筒高度等數(shù)據(jù)進行計算，自動尋找風(fēng)電機組輪轂導(dǎo)流罩的中心點，操作人員點擊確認(rèn)作業(yè)起始點。在確定起始點之后，無人機開始自動采集并傳輸和存儲葉片圖像。

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

用戶利用系統(tǒng)上傳工具將風(fēng)電機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)器存儲起來，然后用戶通過前端web服務(wù)器登陸到數(shù)據(jù)處理平臺portal端。系統(tǒng)自動對這些已經(jīng)上傳的數(shù)據(jù)和資料進行深入的分析，并且進行缺陷的標(biāo)注及測量等工作，最后通過報表服務(wù)器將風(fēng)電機組葉片巡檢報告進行導(dǎo)出，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行的過程中存在的問題，保證系統(tǒng)的順利運行。

總結(jié)：綜上所述，現(xiàn)階段電力資源在我國社會中占據(jù)著極為重要的地位，同時風(fēng)力發(fā)電已得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的機組巡檢方式存在許多缺點，導(dǎo)致巡檢工作的實際效果無法得到有效的發(fā)揮。因此，巡檢系統(tǒng)需要融合使用無人機技術(shù)，提升巡檢工作的實際效果，從而可以推進整個風(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;

[1]梁鑫鈺，王辰羽，王文月.基于機械臂的35kV交流輸電線路直線塔無人機檢修作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2021（04）：158-162.

[2]蔡振宇，王澤鍇，李文來.基于YOLOv3的正下無人機視角挖掘機實時檢測方法[J].寧波大學(xué)學(xué)報（理工版），2021，34（02）：42-48.

[3]劉高.面向輸電線路精細(xì)化巡檢的無人機航線自動規(guī)劃方法[J].電子設(shè)計工程，2021，29（04）：33-37.