CN108319290A - 利用无人机拍摄风机叶面的方法、内储程序的计算机程序产品及可读取记录媒体 - Google Patents

利用无人机拍摄风机叶面的方法、内储程序的计算机程序产品及可读取记录媒体 Download PDF

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft

Abstract

本发明主要公开一种利用无人机拍摄风机叶面的方法，用于解决叶面采样路径不佳的问题。该方法由产生无人机路径的一个电控模块执行，该方法的步骤包括：设定处于停机状态的风机的各个叶片于一个虚拟的叶片旋转面的一条基线；及于该虚拟的叶片旋转面沿该基线等距向外扩张一个间距以形成一个叶周轨迹作为一个飞行路径，用以控制该无人机沿该飞行路径依序绕行这些叶片。借此，可有效解决上述问题。

Description

利用无人机拍摄风机叶面的方法、内储程序的计算机程序产 品及可读取记录媒体
技术领域
本发明关于一种物体取像方法及装置；特别是关于一种利用无人机拍摄风机叶面的方法。
背景技术
随着环保意识与用电需求日益升高，由于传统利用锅炉产生水蒸气推动涡轮的发电方式需使用燃料，不符环保需求，如：火力发电会排放烟尘、核能发电会产生核废料等，故逐渐发展出开发低污染的绿色能源，如：利用风力、太阳能、水利、潮汐、洋流、地热等发电的方法。
其中，风力发电可适用于大量供电需求，例如：风力发电机(以下简称风机)可设置于陆上或离岸风场，利用风能带动风机的叶片，使风机转动产生电能，而风力条件佳的风场位置大多位于空旷地区，只要风场位置具备持续产生气流的条件，无论日、夜、阴、晴皆可产生电能，可用于发电的时间较长。
风机的叶片长期在外风吹雨淋，叶面难免会有所损伤而影响发电效能，故需定期检查叶面。以中国台湾离岸风场为例，每年适合检修的期间约为四月至十月，现有人工目测及触摸检查方法需投入的人力及船只数量庞大，检查成本高且耗费时间长。为了改善此情况，发展出现有人为操作飞行器检查风机叶片的方法，如图1所示，先以人为操控一个飞行器9飞行至已停机的风机8前方，飞行器9上设置有摄影机91，将该摄影机91朝向该风机8的叶片81拍摄，再绕到该风机8后方，将该摄影机91朝向该风机8的叶片81拍摄，但该风机8停机受检时，该摄影机91朝上述方向仅可取得靠近该叶片81的叶缘81a影像，并无法朝向该叶片81的叶面81b拍摄，故有必要重新规划取像过程的飞行路径，以利正确取得该叶面81b的影像。
有鉴于此，有必要改善上述先前技术的缺点，以符合实际需求，提升其实用性。
发明内容
本发明提供一种利用无人机拍摄风机叶面的方法，可确实朝向风机叶片表面取得影像，用以检查风机叶面损伤与否。
本发明再提供一种内储程序的计算机程序产品及可读取记录媒体，可用以执行上述方法。
本发明公开了一种利用无人机拍摄风机叶面的方法，由产生无人机飞行路径的一个电控模块执行，使该无人机环绕一个风机的多个叶片飞行，该多个叶片等角度分隔设置，各个叶片由一条中轴线往两侧扩张形成两个侧缘，各个叶片的中轴线共面于一个虚拟的叶片旋转面，各个叶片具有一个叶尖及一个叶根，各个叶片的叶根以该中轴线为轴心可枢转地结合于该风机的一个轴毂，处于停机状态的风机的各个叶片的任意一个侧缘朝向该风机的轴毂的延伸方向，该方法的步骤包括：设定处于停机状态的风机的各个叶片于该虚拟的叶片旋转面的一条基线；及于该虚拟叶片旋转面上沿该基线等距向外扩张一个间距以形成一个叶周轨迹，该叶周轨迹作为一个飞行路径，用以控制该无人机沿该飞行路径依序绕行这些叶片。
所述电控模块可由一个伺服平台取得该风机的特征信息，且可由该风机的控制系统取得停机信息；所述特征信息可包括该风机的地理坐标、该风机的轴毂的高度、该风机的塔顶至轴毂的水平距离、该叶片由叶根至叶尖之间各点的距离及该无人机与叶面的间距，该停机信息包括该风机的其中一个叶片的偏转角度与该风机的机舱的偏航角度；所述沿该基线等距向外扩张的间距为1米至5米之间；所述基线可为各个叶片的中轴线或该叶片被该虚拟的叶片旋转面截切的剖面区域的边缘；所述飞行路径可具有多个定位点，该定位点位于该飞行路径的转折处；所述定位点可邻近各叶片的叶尖或叶根。
本发明还公开了一种内储程序的计算机程序产品及一种内储程序的计算机可读取记录媒体，当用于风机叶面拍摄作业的一个电控模块加载该计算机程序并执行后，可完成上述方法。
本发明的有益效果是：
上述利用无人机拍摄风机叶面的方法、内储程序的计算机程序产品及内储程序之计算机可读取记录媒体，可在该风机处于停机状态时，规划适用于正确摄取风机叶面影像的飞行路径，用以控制该无人机自动于该风机的多个叶片的相对两个叶面周围飞行，依序朝向不同叶面拍摄，并输出该拍摄结果至该伺服平台，可以达到“确实摄取风机叶面影像”及“缩短风机叶面检查时间”等目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1：现有人为操作飞行器检查风机叶片的方法示意图；
图2：本发明的方法实施例使用的无人机的功能方块图；
图3：本发明的方法实施例的飞行路径示意图；
图4：本发明的方法实施例的流程示意图；
图5：本发明的方法实施例的坐标转换示意图。
附图标记说明
﹝现有技术﹞
9 飞行器 91 摄影机
8 风机 81 叶片
81a 叶缘 81b 叶面
D 风机的塔柱的中心轴线至叶片旋转面中心的水平距离
﹝本发明﹞
1 机体 11 机头端
2 动力组件
3 取像组件
4a、4b 测距仪
5 通讯单元
6 电控模块
7 风机
71 叶片 711 叶面
712 侧缘 713 叶尖
714 叶根 72 轴毂
73 机舱
E 中轴线 P 飞行路径
Pn 定位点
V 叶片旋转面 U 无人机
T 剖面区域 M 叶周轨迹
I,J,K,X,Y,Z 方向
S1 设定基准步骤 S2 计算飞行路径步骤
c 无人机与叶面的间距
d 风机的塔柱的中心轴线至叶片旋转面中心的水平距离
h 风机的轴毂的高度
r 叶片由叶根至叶尖之间各点的距离
r1,r2,…,rn 叶片由叶根至叶尖之间的点
Φ 风机的叶片的偏转角度
Ψ 风机的机舱的偏航角度
X0,Y0,Z0 风机的地理坐标。
具体实施方式
为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据本发明的较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
本发明全文所述的“耦接”，是指两个电子装置间通过耦合技术(如：电磁或光电耦合等)相互传递讯号，但是不以此为限，为本领域技术人员可以理解。
本发明全文所述的“无人机”，指可自动驾驶的无人机(Unmanned AerialVehicle，UAV)，可搭载摄影机作为高空取像用，但是不以此为限，为本领域技术人员可以理解。
请参阅图2所示，其是本发明的无人机实施例的功能方块图。其中，该用于检查风机叶片的无人机可包括一个机体1、至少一个动力组件2、一个取像组件3、两个测距仪4a、4b、一个通讯单元5及一个电控模块6，该机体1上可设置该动力组件2、取像组件3、测距仪4a、4b、通讯单元5及电控模块6，该电控模块6可电连接该动力组件2、取像组件3、测距仪4a、4b及通讯单元5。
在此实施例中，如图2所示，该机体1可为任何适用于高空拍摄的无人机(UAV)；该动力组件2可为任何能使无人机移动的动力装置，如：螺旋桨动力模块等；该取像组件3可为具有取像方向及远近调整功能的装置，以便取得该机体1前方或侧向的影像；该两个测距仪4a、4b可为具有距离感测功能的装置，如：光学测距仪或超音波测距仪等，该两个测距仪4a、4b可分别侦测该机体1上、下方空间内是否有物体(如风机的相关构造等)，避免该机体1与空间中的物体相互碰撞，可确保叶面取像作业顺利进行。
另外地，如图2所示，该通讯单元5可为具有通讯功能的收发模块，如：含有泛用序列总线(USB)、蓝牙(Blue-tooth)及移动通讯(mobile communication)等技术规格的通讯模块等，该通讯单元5可耦接一个伺服平台(图未绘示)，如：移动运算装置、云端服务器或风机控制系统等，用以收发用于检查风机叶片的相关资料与计算机程序，如：操控指令、风机位置、叶片影像或无人机飞行路径产生程序等，供该电控模块6作为后续控制作业的参考；该电控模块6可为具有讯号产生及数据处理功能的模块，如：微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、嵌入式系统(EmbeddedSystem)、运算控制卡(Computing Control Cards)或工业计算机(IPC)等，该电控模块6可执行一个控制逻辑(如：软件程序或硬件电路等)，用以执行一个叶面取像作业。
请再参阅图3所示，本发明的利用无人机拍摄风机叶面的方法实施例，可由该电控模块6执行，使该无人机U环绕该风机7的多个叶片71飞行，如图3及4所示，该风机7的多个叶片71等角度分隔，各个叶片71由一条中轴线E往两侧扩张形成两个侧缘712，各个叶片71的中轴线E共面于一个虚拟的叶片旋转面V，该叶片旋转面V可为一个平面或一个锥面，各个叶片71具有一个叶尖713及一个叶根714，各个叶片71的叶根714以该中轴线E为轴心可枢转地结合于该风机7的一个轴毂72，处于停机状态的该风机7的各个叶片71的任意一个侧缘712朝向该风机7的轴毂72的延伸方向I。
请参阅图4所示，其是本发明的利用无人机拍摄风机叶面的方法实施例的流程示意图。该方法的步骤可包括：设定基准步骤S1及计算飞行路径步骤S2。该设定基准步骤S1是设定处于停机状态的风机7的各叶片71于该虚拟的叶片旋转面V的一个基线，在一个实施方式中，该基线可选择为各个叶片71的该中轴线E，在另一实施方式中，该基线可选择为叶片71被叶片旋转面V截切的剖面区域T的边缘；该计算飞行路径步骤S2是在该虚拟的叶片旋转面V沿该基线的边缘等距向外扩张一个间距c，以形成一个叶周轨迹M作为该飞行路径P(请参阅图3)，用以控制该无人机U沿该飞行路径P依序绕行于这些叶片71的叶面711周围。在一个实施方式中，该基线选择为该叶片71的该中轴线E，该计算飞行路径步骤S2则于该虚拟的叶片旋转面V沿该叶片71的该中轴线E等距向外扩张该间距c以形成该叶周轨迹M作为该飞行路径P。在另一个实施方式中，该基线选择为叶片71被叶片旋转面V截切的剖面区域T的边缘，该计算飞行路径步骤S2则于该虚拟的叶片旋转面V沿该剖面区域T的边缘等距向外扩张该间距c以形成该叶周轨迹M作为该飞行路径P。
在此例中，如图3所示，该飞行路径P可具有多个定位点Pn，该定位点Pn可邻近该飞行路径P的转折处，如：各个叶片71的叶尖713或叶根714等，但是不以此为限，当该无人机U偏离该飞行路径P时，可利用邻近定位点Pn作为修正路径的目标，避免过度偏离该飞行路径P。以下举例说明该无人机U飞行路径控制方法设定该飞行路径P时的坐标转换方式。
请再参阅图2、3、5所示，通过该通讯单元5辅助收发讯号，该电控模块6可预先向该伺服平台取得该风机7的特征信息，如：地理坐标(X0,Y0,Z0)、该风机7的轴毂72的高度h、该风机7的塔柱的中心轴线至该叶片旋转面V中心(位于该中轴线E上)的水平距离d(该水平距离d也可参见图1所示的D)、该叶片71由叶根714至叶尖713之间各点的距离r(r＝r1,r2,…,rn)及该无人机U与叶面711的间距c等。而且，还可通过该通讯单元5与该风机7的控制系统联机取得停机信息，如：该风机7的其中一个叶片71的偏转角度Φ、该风机7的机舱73的偏航角度Ψ及该风机7的气压计读数，假设该叶片旋转面V为一个平面且垂直地表，并选择在该虚拟的叶片旋转面V沿这些叶片71的中轴线E等距向外扩张该间距c以形成该飞行路径P，该飞行路径P的坐标(X,Y,Z)如下式(1)所示：
其中，该无人机U与同一个叶片71的两个叶面711的间距c可分别设定为+c、-c，c值的大小可介于1米至5米之间；在此例中，该叶片71的数量为3，可依顺时钟方向依序设定各个叶片71的编号为71(0)、71(1)、71(2)，由于这些叶片71(0)、71(1)、71(2)是等角度(均为120°)分隔，可设定叶片71(0)的偏转角度为Φ、叶片71(1)的偏转角度为Φ+120°、叶片71(2)的偏转角度为Φ+240°；另外地，该风机7的气压计读数可作为动力输出的修正参考，使该无人机U沿该飞行路径P移动(如图3所示)。
以上是以该叶片旋转面V为一个平面且垂直地表，并选择在该叶片旋转面V沿这些叶片71的中轴线E等距向外扩张该间距c以形成该飞行路径P的实施方式进行说明，当该叶片旋转面V为一个锥面，或该虚拟的叶片旋转面V沿该剖面区域T的边缘等距向外扩张该间距c时，本领域技术人员可按照上述方法得出该无人机U的该飞行路径P，在此不再赘述。
此外，本发明上述方法实施例还可利用程序语言(Program Language，如：C++、Java等)撰写成计算机程序(如：风机叶片检查作业程序、用于检查风机叶片的无人机飞行路径产生程序)，其程序代码(Program Code)的撰写方式是本领域技术人员可以理解的，可用以产生一种内储程序的计算机程序产品，当该无人机U的电控模块加载该程序并执行后，可完成本发明上述方法实施例。
另外地，上述计算机程序产品还可储存于一种内储程序的计算机可读取记录媒体，如：各式记忆卡、硬盘、光盘或USB随身碟等，当该无人机U的电控模块加载上述程序并执行后，可完成本发明上述方法实施例，作为本发明的电控模块软硬件协同运作的依据。
通过上述利用无人机拍摄风机叶面的方法、内储程序的计算机程序产品及内储程序之计算机可读取记录媒体的实施例，可在该风机处于停机状态时，规划适用于正确摄取风机叶面影像的飞行路径，用以控制该无人机自动于该风机的多个叶片的相对两个叶面周围飞行，依序朝向不同叶面拍摄，并输出该拍摄结果至该伺服平台，可以达到“确实摄取风机叶面影像”及“缩短风机叶面检查时间”等目的。

Claims (10)

1.一种利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：由产生无人机飞行路径的一个电控模块执行，使该无人机环绕一个风机的多个叶片飞行，该多个叶片等角度分隔设置，各个叶片由一条中轴线往两侧扩张形成两个侧缘，各个叶片的中轴线共面于一个虚拟的叶片旋转面，各个叶片具有一个叶尖及一个叶根，各个叶片的叶根以该中轴线为轴心可枢转地结合于该风机的一个轴毂，处于停机状态的风机的各个叶片的任意一个侧缘朝向该风机的轴毂的延伸方向，该方法的步骤包括：
设定处于停机状态的风机的各个叶片于该虚拟的叶片旋转面的一条基线；及
于该虚拟的叶片旋转面上沿该基线等距向外扩张一个间距以形成一个叶周轨迹，该叶周轨迹作为一个飞行路径，用以控制该无人机沿该飞行路径依序绕行这些叶片。
2.根据权利要求1所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该电控模块由一个伺服平台取得该风机的特征信息，且由该风机的控制系统取得停机信息。
3.根据权利要求2所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该特征信息包括该风机的地理坐标、该风机的轴毂的高度、该风机的塔顶至轴毂的水平距离、该叶片由叶根至叶尖之间各点的距离及该无人机与叶面的间距，该停机信息包括该风机的其中一个叶片的偏转角度与该风机的机舱的偏航角度。
4.根据权利要求1所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：沿该基线等距向外扩张的间距为1米至5米之间。
5.根据权利要求1所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该基线为各个叶片的中轴线。
6.根据权利要求1所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该基线为该叶片被该虚拟的叶片旋转面截切的剖面区域的边缘。
7.根据权利要求1所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该飞行路径具有多个定位点，该定位点位于该飞行路径的转折处。
8.根据权利要求7所述的利用无人机拍摄风机叶面的方法，其特征在于：该定位点邻近各叶片的叶尖或叶根。
9.一种内储程序的计算机程序产品，其特征在于：当用于风机叶面拍摄作业的一个电控模块加载该程序并执行后，可完成如权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种内储程序的计算机可读取记录媒体，其特征在于：当用于风机叶面拍摄作业的一个电控模块加载该程序并执行后，可完成如权利要求1至8中任一项所述的方法。
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