CN113586356B

CN113586356B - 风力发电机组的净空监测系统和方法

Info

Publication number: CN113586356B
Application number: CN202010364434.5A
Authority: CN
Inventors: 李新乐; 李向楠
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: CN113586356A

Abstract

本申请提供了一种风力发电机组的净空监测系统和方法。净空监测系统包括控制器、以及与控制器通信连接的图像监控设备和毫米波雷达；图像监控设备安装在风力发电机组的机舱的底面，且指向风力发电机组的净空区域，用于在叶尖经过净空区域时，拍摄净空区域的图像；毫米波雷达安装于机舱外壁、且毫米波雷达的探测方向指向毫米波监测区域，用于检测叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；控制器用于接收净空区域的图像数据、叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；根据图像数据和运动数据，确定出叶尖与塔架之间的净空距离。该净空监测系统对环境的适应能力更强，能够在多种较恶劣的工况下正常工作，避免了因监测系统失效而导致测量到的净空距离不准确。

Description

风力发电机组的净空监测系统和方法

技术领域

本申请涉及风力发电设备控制技术领域，具体而言，本申请涉及一种风力发电机组的净空监测系统和方法。

背景技术

对于风力发电机组而言，如果一旦发生叶片扫塔则可能需要更换叶片，而且还会损坏塔筒，这会造成巨大的损失，因此需要在叶轮旋转过程中实时测量叶尖与塔架之间的净空距离。

现有风力发电机组中，通常会安装视频监控装置或者雷达监控装置来测量净空距离。然而，每种测距装置都会受到环境的干扰，从而导致测距装置失效或者测量到的净空距离不准确。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种风力发电机组的净空监测系统和方法，用以解决现有的净空测距装置容易失效或者测量到的净空距离不准确技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组的净空监测系统，包括控制器、以及与控制器通信连接的图像监控设备和毫米波雷达；图像监控设备安装在风力发电机组的机舱的底面，且指向风力发电机组的净空区域，用于在叶尖经过净空区域时，拍摄净空区域的图像；毫米波雷达安装于机舱外壁、且毫米波雷达的探测方向指向毫米波监测区域，用于检测叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；控制器用于接收净空区域的图像数据、叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；根据图像数据和运动数据，确定出叶尖与塔架之间的净空距离。

第二方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组，包括本申请实施例提供的净空监测系统。

第三方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组的净空监测方法，应用本申请实施例提供的风力发电机组的净空监测系统，包括：接收图像监控设备拍摄到的叶尖经过净空区域时的净空区域的图像，以及毫米波雷达检测到的叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；根据图像数据和运动数据，确定出每个叶尖与塔架之间的净空距离。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被同步校验装置执行时，实现如本申请实施例提供的风力发电机组的净空监测方法。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

在本申请实施例中，干扰图像监控设备环境因素为环境亮度、雾、云和尘土等，而干扰毫米波雷达的环境因素为雨雪天气，干扰图像监控设备和毫米波雷达的环境因素不同，二者在较大概率不会同时受到干扰。因此，对于净空距离的监测系统，在大部分时间内图像监控设备和毫米波雷达中的至少一个可以正常工作，避免了因监测系统失效而导致测量到的净空距离不准确。相比于现有的使用单一的视频测距装置或雷达测距装置测量净空距离的方式，本申请实施例提供的净空监测系统对环境的适应能力更强，能够在多种较恶劣的工况下正常工作。

净空监测系统的控制器可以对净空区域的图像数据和叶尖在毫米波监测区域中的运动数据融合处理，从而得到净空距离，这有助于提高净空距离的准确度和精度。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供一种风力发电机组的净空监测系统的架构示意图；

图2是本申请实施例提供一种图像监控设备和毫米波雷达在风力发电机组上的位置示意图；

图3是本申请实施例提供的图2的局部示意图；

图4为本申请提供的毫米波雷达的探测范围的平面示意图；

图5为本申请提供的极坐标系示意图；

图6为本申请提供的叶片的运动轨迹的示意图；

图7是本申请实施例提供的在第一视角下，毫米波雷达的探测中心线与基准面的角度关系示意图；

图8是本申请实施例提供的在第二视角下，毫米波雷达的探测中心线与基准面的角度关系示意图；

图9是本申请实施例提供的在第三视角下，毫米波雷达的探测中心线与基准面的角度关系示意图；

图10是本申请实施例提供的一种风力发电机组的净空监测方法的流程示意图；

图11是本申请实施例提供的另一种风力发电机组的净空监测方法的流程示意图；

图12是本申请实施例提供的运动数据的数据组中所包含数据的释义图；

图13是本申请实施例提供的叶尖的轨迹点在净空区域的图像中的位置分布示意图；

图14是本申请实施例提供的第一运动轨迹线和第一参照线在净空区域的图像中的位置关系示意图；

图15是本申请实施例提供的多个第一运动轨迹线在净空区域的图像中的位置关系示意图；

图16是本申请实施例提供的第二运动轨迹线和第二参照线在第二参考坐标系中的位置关系示意图。

附图标号的说明如下：

100-控制器；200-图像监控设备；300-毫米波雷达；

401-机舱；4011-顶面；4012-底面；4013-侧面；

402-塔架；403-叶片；404-轮毂。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例提供了一种风力发电机组的净空监测系统，如图1所示，监测系统包括控制器100、以及与控制器100通信连接的图像监控设备200和毫米波雷达300。其中，图像监控设备200例如可以为摄像机、摄像头和相机等。

如图2和图3所示，图像监控设备200安装在风力发电机组的机舱401的底面4012，且指向风力发电机组的净空区域，用于在叶尖经过净空区域时，拍摄净空区域的图像。

毫米波雷达300安装于机舱401、且毫米波雷达300的探测方向指向毫米波监测区域，用于检测叶尖在毫米波监测区域中的运动数据。

控制器100用于接收净空区域的图像数据、叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；根据图像数据和运动数据，确定出叶尖与塔架402之间的净空距离。

本申请的发明人发现，干扰图像监控设备200环境因素为环境亮度、雾、云和尘土等，而干扰毫米波雷达300的环境因素为雨雪天气，干扰图像监控设备200和毫米波雷达300的环境因素不同，二者在较大概率不会同时受到干扰。因此，对于净空距离的监测系统，在大部分时间内图像监控设备200和毫米波雷达300中的至少一个可以正常工作，避免了因监测系统失效而导致测量到的净空距离不准确。相比于现有的使用单一的视频测距装置或雷达测距装置测量净空距离的方式，本申请实施例提供的净空监测系统对环境的适应能力更强，能够在多种较恶劣的工况下正常工作。

净空监测系统的控制器100可以对净空区域的图像数据和叶尖在毫米波监测区域中的运动数据融合处理，从而得到净空距离，这有助于提高净空距离的准确度和精度。

在本申请实施例中，净空区域的范围至少包括图2中方框A所限定的区域，塔架402的一部分在该净空区域内，叶片403在旋转过程中，叶尖能够周期性地进入该净空区域。当叶片403转动到叶尖到达最低位置时，叶尖与塔架402外边缘之间的最短水平距离即为风力发电机组的净空距离，在图2中，一个叶片403的叶尖到达最低位置，图2中的L0即为风力发电机组的对应于该叶片403的净空距离。

为了便于区别，将根据图像监控设备200获得净空区域的图像数据而确定出的净空距离，称为第一参考净空距离；将根据毫米波雷达300获得的叶尖在毫米波监测区域中的运动数据而确定出的净空距离，称为第二参考净空距离；将根据图像数据和运动数据而确定出的净空距离，称为净空距离。

在本申请实施例中，如图3所示，图像监控设备200安装在风力发电机组的机舱401的底面4012，且位于轮毂404和塔架402之间。图像监控设备200可以为摄像机或监控摄像头等具有拍摄功能的设备，用于拍摄风力发电机组的净空区域的图像。

应当说明的是，净空区域的图像是图像监控设备200的镜头指向风力发电机组的净空区域时拍摄到的图像。当叶片403的叶尖进入净空区域时，塔架402的一部分以及叶片403的叶尖能够同时被图像监控设备200拍摄到。

净空区域的图像的基本要求是：在叶片403的叶尖处于净空区域的过程中，净空区域的图像至少包括叶尖部分的图形，以及塔架402靠近叶尖部分的图形，且能够直观地体现叶尖图形边缘与塔架402图形边缘之间的距离。图13至图15中示出了净空区域的图像，标号F表示叶片403的图形，标号T表示塔架402的图形。

本实施例采用的毫米波雷达300工作在30～300GHz频域范围，波长为1～10mm范围，此频域的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达300兼有微波雷达和厘米波雷达的一些优点。同厘米波雷达相比，毫米波雷达300具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。而与红外、激光、电视等探测设备相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点。

毫米波雷达300的一个工作特点是，仅对沿探测中心线径向运动的速度敏感，即当被监测物体沿探测中心线径向运动时，毫米波雷达300能够定位被监测物体位置，而当被监测物体沿探测中心线的垂直方向运动时，毫米波雷达300并不能识别被监测物体；并且另一个工作特点是，毫米波雷达300辐射方向图的波束宽度很小，只能探测到有限范围内的物体，毫米波监测区域应当在毫米波雷达300的探测范围内。

如图4所示，毫米波雷达300的探测中心线301是指毫米波雷达300的探测范围302的角平分线，毫米波雷达300的辐射方向是指毫米波雷达300辐射出的信号的传播方向。

为了准确获取叶尖的运行位置，需要对毫米波雷达300的安装姿态和安装位置进行预先设定，以便于捕获叶片403的叶尖沿毫米波雷达300的探测中心线径向运动的速度分量。风力发电机组运行时，包括若干叶片403的叶轮处于旋转状态。本实施例提供的毫米波雷达300的安装姿态和安装位置，使得当叶片403进入毫米波雷达300的探测范围302内，叶尖运动速度的径向分量能够被毫米波雷达300精确地感知，从而准确判断叶尖的位置。本领域的技术人员可以理解，如图3所示，叶轮至少包括轮毂404和叶片403，轮毂404设置在机舱401的前端，叶片403连接于轮毂404。

下面将对毫米波雷达300的安装姿态和安装位置做进一步的介绍。在本申请的一个实施例中，机舱401具有沿叶轮的中心轴线延伸的外壁。如图3所示，外壁包括靠近塔架402的底面4012、远离塔架402的顶面4011、以及两个相对侧面，毫米波雷达300安装于机舱401的外壁的朝向叶轮的左侧面4013上。毫米波雷达300安装在机舱401的外壁的左侧面4013上时，应当使毫米波雷达300探测方向指向毫米波监测区域且保证毫米波雷达300的探测范围至少覆盖毫米波监测区域，使得毫米波雷达300可以检测叶尖在毫米波监测区域中的运动数据。

为准确说明机舱401外部朝向叶轮的左侧部的位置，本文“机舱左侧部”定义为，从机舱401朝向叶轮的方向观察时机舱的左侧部。

参考图5，现将机舱401的顶部某一点抽象为质点，并以该质点作为极坐标系的原点，该极坐标系对应的平面与叶轮所在平面平行，从来风方向朝向叶轮观察，以叶片403旋转方向作为顺时针旋转方向，机舱401的左侧即为该顺时针方向的3点钟方向，机舱401的下方为该顺时针方向的6点钟方向，机舱401的右侧为该顺时针方向的9点钟方向，机舱401的上方为该顺时针方向的12点钟方向。

本实施例中，“机舱左侧部”还可定义为，从来风方向朝向叶轮的方向观察，以机舱作为极坐标原点，毫米波雷达设置在机舱外部极坐标角度约为3点钟方向的侧面上。

在本申请的一个实施例中，毫米波雷达300的毫米波监测区域位于自机舱朝向叶轮观察时叶轮运动区域的左下方，毫米波雷达300用于监测叶片300的叶尖朝向塔架402运动的轨迹。

为了监测叶尖朝向塔架402运动时的运行轨迹，而不是监测叶尖远离塔架402运动时的运行轨迹，毫米波雷达300设置在机舱401的外壁的左侧面4013。如图6所示，一个叶片403由叶轮运动区域的最顶端W1运动到最底端W2，扫过形成的一轨迹区域Z，该轨迹区域Z对应的机舱401的侧面就是毫米波雷达300在机舱401上安置的左侧面4013。以机舱401面向叶轮的方向为前方，即图6中直线上箭头H所指向的方向，默认机舱401朝向地面的方向为下方，若风力发电机组的叶轮是顺时针方向旋转，参考图6中的旋转方向R1，则上述轨迹区域在机舱401的左侧，若风力发电机组的叶轮在工作时是逆时针方向旋转，参考图6中的旋转方向R2，则上述轨迹区域在机舱401的右侧。通常情况下，风力发电机组的叶轮在工作时是沿顺时针方向旋转，因此毫米波雷达300安装于风力发电机组的机舱401的外壁的朝向叶轮的左侧面4013。

毫米波监测区域位于叶轮运动区域的左下方，也就是说，毫米波雷达300的探测方向指向叶轮1310的运动区域的左下方。由于叶片净空位于机舱401下方，并且叶轮1310的运动区域所在平面与前文描述的以机舱作为极坐标系的原点的极坐标平面平行，叶轮1310的运动区域的左下方，也是机舱的左下方。毫米波雷达300在工作过程中是监测叶片403上的叶尖朝向塔架402运动的轨迹，而非远离或离开塔架402运动的轨迹。

进一步而言，毫米波雷达300的探测角度应当能够在叶尖绕叶轮中心轴旋转时，在由运动区域的最顶端W1运动到最底端W2的过程中，在接近塔架的区域内能够识别叶尖沿毫米波雷达300探测中心线的径向速度分量。从而在叶尖朝向塔架的圆周运动中，在叶尖接近塔架的区域内提前预警，防止叶尖部分碰撞塔架。

在本申请的一个实施例中，为了清楚地描述毫米波雷达300的角度状态，引入了第一基准面、第二基准面和第三基准面，在这三个基准面中任意两个基准面互相垂直。第一基准面平行于机舱401的轴线、且平行于塔架402的轴线，第二基准面垂直于机舱401的轴线、且平行于塔架402的轴线，第三基准面垂直第一基准面、且垂直于第二基准面。

毫米波雷达300的探测中心线与上述三个基准面之间的角度关系为：毫米波雷达300的探测中心线与第一基准面的夹角为20度至30度范围；毫米波雷达300的探测中心线与第二基准面的夹角为15度至20度范围；毫米波雷达300的探测中心线与第三基准面的夹角为40度至50度范围。

第一基准面平行于机舱401的轴线、且平行于塔架402的轴线，第二基准面垂直于机舱401的轴线、且平行于塔架402的轴线，第三基准面垂直第一基准面、且垂直于第二基准面。

图7的视角正对第二基准面，在图7中，直线L1为毫米波雷达300的探测中心线在第二基准面上的投影，直线M1为第一基准面在第二基准面上的投影。直线L1与直线M1形成的夹角B1，即为毫米波雷达300的探测中心线和第一基准面在第二基准面上的投影所形成的夹角，夹角B1为第一角度。在图7中，直线P1和直线P2限定的区域，为毫米波雷达300的监测范围在第二基准面上的投影。在一个示例中，夹角B1为20度至30度范围。

图8的视角正对第一基准面，在图8中，直线L2为毫米波雷达300的探测中心线在第一基准面上的投影，直线M2为第二基准面在第一基准面上的投影。直线L2与直线M2形成的夹角B2，即为毫米波雷达300的探测中心线和第二基准面在第一基准面上的投影所形成的夹角，夹角B2为第二角度。在图8中，直线P3和直线P4限定的区域，为毫米波雷达300的监测范围在第一基准面上的投影。在一个示例中，夹角B2为15度至20度范围。

图9的视角正对第三基准面，在图9中，直线L3为毫米波雷达300的探测中心线在第三基准面上的投影，直线M3为第一基准面在第三基准面上的投影。直线L3与直线M3形成的夹角B3，即为毫米波雷达300的探测中心线和第一基准面在第三基准面上的投影所形成的夹角，夹角B3为第三角度。在图9中，直线P5和直线P6限定的区域，为毫米波雷达300的监测范围在第三基准面上的投影。在一个示例中，夹角B3为40度至50度范围。

本领域的技术人员可以理解，毫米波雷达300的探测中心线与三个基准面满足上述关系是，毫米波雷达300的探测方向指向毫米波监测区域，使得毫米波雷达300可以检测叶尖在毫米波监测区域中的运动数据。毫米波雷达300的探头与叶片403的叶尖的直线距离在60米至110米之间。

在本申请的一个实施例中，控制器100还用于根据叶尖所对应的图像数据，确定出叶尖与塔架402之间的第一参考净空距离、以及第一参考净空距离的第一置信度；根据叶尖所对应的运动数据，确定出叶尖与塔架402之间的第二参考净空距离、以及第二参考净空距离的第二置信度；根据叶尖的第一参考净空距离、第一置信度、第二参考净空距离和第二置信度，确定出叶尖与塔架402之间的净空距离。

本申请实施例还提供了一种风力发电机组的净空监测方法，该净空监测方法的执行主体为监测系统中的控制器100，控制器100的其他更具体的功能将在下文的净空监测方法的内容中进一步的介绍。

本技术领域技术人员可以理解，本申请实施例提供的控制器100可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。例如，控制器100可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)或服务器等电子设备，本申请实施例对控制器100的具体类型不作任何限制。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中。

本申请实施例提供的风力发电机组的净空监测方法，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思，该风力发电机组的净空监测方法中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种风力发电机组，结合图1和图2所示，风力发电机组包括本申请上述实施例提供的风力发电机组的净空监测系统。

风力发电机组还包括机舱401、塔架402、叶片403和轮毂404，机舱401设置在塔架402的顶部，轮毂404设置在机舱401的前端，叶片403连接于轮毂404。

监测系统的图像监控设备200安装在风力发电机组的机舱401的底面4012，且指向风力发电机组的净空区域。可选地，图像监控设备200位于轮毂404和塔架402之间。

监测系统的毫米波雷达300安装于机舱401且指向净空区域。可选地，机舱401具有沿叶轮的中心轴线延伸的外壁。如图3所示，外壁包括靠近塔架402的底面4012、远离塔架402的顶面4011、以及两个相对侧面，毫米波雷达300安装于机舱401的外壁的朝向叶轮的左侧面4013上。

本申请实施例提供的风力发电机组，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思，该风力发电机组中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种风力发电机组的净空监测方法，应用于本申请上述实施例提供的风力发电机组的净空监测系统。

本申请实施例提供的风力发电机组的净空监测方法的执行主体为监测系统中的控制器100，该监测方法的流程示意图如图10所示，包括：

S501：控制器100接收图像监控设备200拍摄到的叶尖经过净空区域时的净空区域的图像，以及毫米波雷达300检测到的叶尖在毫米波监测区域中的运动数据。

S502：控制器100根据图像数据和运动数据，确定出叶尖与塔架402之间的净空距离。

在本申请的一个实施例中，步骤S502包括：

根据叶尖所对应的图像数据，确定出叶尖与塔架402之间的第一参考净空距离、以及第一参考净空距离的第一置信度；根据叶尖所对应的运动数据，确定出叶尖与塔架402之间的第二参考净空距离、以及第二参考净空距离的第二置信度；根据叶尖的第一参考净空距离、第一置信度、第二参考净空距离和第二置信度，确定出叶尖与塔架402之间的净空距离。

本申请实施例还提供了另一种风力发电机组的净空监测方法，应用于本申请上述实施例提供的风力发电机组的净空监测系统。

本申请实施例提供的风力发电机组的净空监测方法的执行主体为监测系统中的控制器100，该监测方法的流程示意图如图11所示，包括：

S601：控制器100接收图像监控设备200拍摄到的叶尖经过净空区域时的净空区域的图像，以及毫米波雷达300检测到的叶尖在毫米波监测区域中的运动数据，之后执行步骤S602和步骤S603。

在本申请的一个实施例中，叶片403在旋转过程中，叶尖能够周期性地进入该净空区域。一个叶尖经过一个净空区域的时间可以被定义为一个周期，控制器100在每个周期接收一次图像数据和运动数据。

控制器100在一个周期接收的运动数据为包括多个时刻的数据组，每个时刻的数据组包括该时刻的叶尖相对于毫米波雷达300的距离、叶尖相对于毫米波雷达300的速度、以及叶尖相对于毫米波雷达300的偏转角度。

如图12所示，以某一个时刻为例，标号D表示一个叶尖，直线L表示毫米波雷达300的探测中心线，S0为叶尖相对于毫米波雷达300的距离，V0叶尖相对于毫米波雷达300的速度，B0表示叶尖相对于毫米波雷达300的偏转角度。

S602：控制器100根据叶尖所对应的图像数据，确定出叶尖与塔架402之间的第一参考净空距离、以及第一参考净空距离的第一置信度，之后执行步骤S604。

在本申请的一个实施例中，步骤S602中确定出第一参考净空距的具体内容包括：

(a1)控制器100根据叶尖所对应的图像数据，确定叶尖在净空区域的图像中的多个轨迹点，将多个轨迹点拟合成第一参考坐标系中的第一运动轨迹线。

应当说明的是，图13至图15示出了净空区域的图像，标号F表示叶片403的图形，标号T表示塔架402的图形。在图13至图15中的左上角，O表示第一参考坐标系的原点，x表示第一参考坐标系的第一坐标轴，y表示第一参考坐标系的第二坐标轴。

图13中的轨迹点为控制器100根据一个周期接收的图像数据，确定出的一个叶尖在净空区域的图像中的轨迹点。例如，假设将风力发电机组100中的叶片403依次编号为1号叶片403、2号叶片403和3号叶片403，图13中的轨迹点为1号叶片403的叶尖在第1个周期进入经过净空区域时，在净空区域中的图像中所产生的轨迹点。图13中的轨迹点沿一条直线排列，可以将图13中的多个轨迹点，拟合成图14中第一参考坐标系中的第一运动轨迹线C1。

各个叶尖在经过净空区域时，在净空区域中轨迹点的走向可能是不同的，因此不同的叶尖在净空区域的图像中的多个轨迹点所拟合成的第一运动轨迹线，在第一参考坐标系中的位置也会不同。以图15为例，直线C1为1号叶片403所对应的第一参考坐标系中第一运动轨迹线，直线C2为2号叶片403所对应的第一参考坐标系中第一运动轨迹线，直线C3为3号叶片403所对应的第一参考坐标系中第一运动轨迹线。

(a2)控制器100在第一参考坐标系中确定出与第一运动轨迹线平行、且与塔架402的外边缘相切的第一参照线。

本领域的技术人员可以理解，在将多个轨迹点拟合成第一参考坐标系中的第一运动轨迹线后，第一运动轨迹线在第一参考坐标系中的表达式是已知的，塔筒图形上的各个点在第一参考坐标系的坐标也是已知的。因此，可以根据第一运动轨迹线的表达式、以及塔筒图形上的对应点在第一参考坐标系的坐标，确定出第一参照线。在本申请实施例中，第一参照线为图14中的直线C10。

(a3)控制器100计算出第一运动轨迹线与第一参照线之间的距离，作为叶尖与塔架402之间的第一参考净空距离。

如前文所述，当叶片403转动到叶尖到达最低位置时，叶尖与塔架402外边缘之间的最短水平距离即为风力发电机组的净空距离。叶尖到达最低位置所对应的第一参考坐标系中的点，可以被视作包含在第一运动轨迹线中，第一运动轨迹线与第一参照线之间的距离即可看作是叶尖与塔架402之间的净空距离，由步骤S602确定出的净空距离称为第一参考净空距离。

在本申请的一个实施例中，步骤S602中确定出第一参考净空距的第一置信度的具体内容，包括如下至少一项：

(b1)若轨迹点的数量小于第一预设数量，则确定第一置信度为预设下限值。

控制器100可以根据叶尖所对应的图像数据，确定叶尖在净空区域的图像中的多个轨迹点，根据该轨迹点的数量与第一预设数量的比较结果，确定出第一置信度的具体数值。第一预设数量的具体值可以根据实际的设计需要而定。在本申请实施例中，为了保证拟合出的第一运动轨迹线的准确性，可以将第一预设数量设置为5。

(b2)若第一运动轨迹线的斜率与第一预设斜率的差值超出第一预设差值范围，则确定第一置信度为预设下限值。

在将多个轨迹点拟合成第一参考坐标系中的第一运动轨迹线后，第一运动轨迹线在第一参考坐标系中的表达式是已知的，第一运动轨迹线的斜率也是已知的，根据第一运动轨迹线的斜率和第一预设斜率的比较结果，确定出第一置信度的具体数值。第一预设数量的具体值以及第一预设差值范围可以根据实际的设计需要而定。

可选地，确定第一运动轨迹线的斜率与第一预设斜率的差值，可以转换为确定两个斜率对应的直线的倾斜角的角度差。当角度差超出第一预设角度差范围时，则确定第一置信度为预设下限值。本领域的技术人员可以理解，第一预设角度差范围与第一预设差值范围是对应的。

在本申请的一个实施例中，第一预设角度差范围为-5度到5度，当角度差小于-5度或大于5度时，则确定第一置信度为预设下限值。

(b3)若第一参考净空距离超出第一预设距离范围，则确定第一置信度为预设下限值。

第一预设距离范围可以根据实际的设计需要而定。例如，第一预设距离范围为-5至100，当第一参考净空距离小于-5或大于100时，确定第一置信度为预设下限值。

(b4)若轨迹点的数量大于或等于第一预设数量、第一运动轨迹线的斜率与第一预设斜率的差值在第一预设差值范围内、且第一参考净空距离在第一预设距离范围内，则确定第一置信度为预设上限值。

可选地，第一置信度的预设下限值和预设上限值可以根据实际的设计需要而定，预设上限值大于预设下限值。例如，预设上限值可以为1，预设下限值可以为0。

S603：控制器100根据叶尖所对应的运动数据，确定出叶尖与塔架402之间的第二参考净空距离、以及第二参考净空距离的第二置信度，之后执行步骤S604。

(f1)控制器100根据叶尖所对应的运动数据，确定叶尖在多个时刻的数据组。每个时刻的数据组包括叶尖相对于毫米波雷达300的距离、叶尖相对于毫米波雷达300的速度、以及叶尖相对于毫米波雷达300的偏转角度。

控制器100在一个周期接收的运动数据为包括多个时刻的数据组。如图12所示，以某一个时刻为例，标号D表示一个尖端，直线L表示毫米波雷达300的探测中心线，S0为叶尖相对于毫米波雷达300的距离，V0叶尖相对于毫米波雷达300的速度，B0表示叶尖相对于毫米波雷达300的偏转角度。

(f2)控制器100根据多个时刻的数据组在第二参考坐标系确定出第二运动轨迹线。

控制器100根据将每个时刻的数据组，转换为第二参考坐标系中的一个参照点的坐标，在得到多个参照点的坐标后，可以根据第二参考坐标系中的多个参照点的坐标，在第二参考坐标系确定出第二运动轨迹线。

如图16所示，O表示第二参考坐标系的原点，x表示第二参考坐标系的第一坐标轴，y表示第二参考坐标系的第二坐标轴，直线Q1表示第二运动轨迹线。可选地，第二参考坐标系所在的平面平行于前文所述的第三基准面，第二参考坐标系的原点为毫米波雷达300的几何中心，第二参考坐标系的第一坐标轴经过原点且平行于机舱401的轴线，第二参考坐标系的第二坐标轴经过原点且垂直于机舱401的轴线。

如图16中的第二运动轨迹线Q1为控制器100根据一个周期接收的运动数据，确定出的一个叶片403的叶尖所对应的第二运动轨迹线。各个叶片403的叶尖所对应的第二运动轨迹线，在第二参考坐标系的走向和位置可能是不同的。例如，假设将风力发电机组100中的叶片403依次编号为1号叶片403、2号叶片403和3号叶片403，图14中的轨迹点为1号叶片403的叶尖在第1个周期进入经过净空区域时，1号叶片403的叶尖对应的第二运动轨迹线。

(f3)控制器100在第二参考坐标系中确定出与第二运动轨迹线平行、且与塔架402的外边缘相切的第二参照线。

本领域的技术人员可以理解，在第二参考坐标系确定出第二运动轨迹线后，第二运动轨迹线在第二参考坐标系中的表达式是已知的，塔架402的外边缘上的各个点在第二参考坐标系的坐标也是已知的。因此，可以根据第二运动轨迹线的表达式、以及塔架402的外边缘上的对应点在第二参考坐标系的坐标，确定出第二参照线。在本申请实施例中，第一参照线为图16中的直线Q10。

(f4)控制器100计算出第二运动轨迹线与第二参照线之间的距离，作为叶尖与塔架402之间的第二参考净空距离。

如前文所述，当叶片403转动到叶尖到达最低位置时，叶尖与塔架402外边缘之间的最短水平距离即为风力发电机组的净空距离。叶尖到达最低位置的时刻的数组所对应的参照点，可以被视作包含在第二运动轨迹线中，第二运动轨迹线与第二参照线之间的距离即可看作是叶尖与塔架402之间的净空距离，由步骤S603确定出的净空距离称为第二参考净空距离。

在本申请的一个实施例中，步骤S602中确定出第二参考净空距的第二置信度的具体内容，包括如下至少一项：

(d1)若数据组的数量小于第二预设数量，则确定第二置信度为预设下限值。

控制器100在一个周期接收的运动数据为包括多个时刻的数据组，根据该数据组的数量与第二预设数量的比较结果，确定出第二置信度的具体数值。第二预设数量的具体值可以根据实际的设计需要而定。在本申请实施例中，为了保证拟合出的第二运动轨迹线的准确性，可以将第二预设数量设置为3。

(d2)若叶尖相对于毫米波雷达的速度超出预设速度范围，则确定第二置信度为预设下限值。

预设速度范围可以根据实际的设计需要而定。例如，第二预设速度范围为0至150，当叶尖相对于毫米波雷达的速度大于150时，确定第二置信度为预设下限值。

(d3)若第二运动轨迹线的斜率与第二预设斜率的差值超出第二预设差值范围，则确定第二置信度为预设下限值。

在第二参考坐标系确定出第二运动轨迹线后，第二运动轨迹线在第二参考坐标系中的表达式是已知的，第二运动轨迹线的斜率也是已知的，根据第二运动轨迹线的斜率和第二预设斜率的比较结果，确定出第二置信度的具体数值。第二预设数量的具体值以及第二预设差值范围可以根据实际的设计需要而定。

可选地，确定第二运动轨迹线的斜率与第二预设斜率的差值，可以转换为确定两个斜率对应的直线的倾斜角的角度差。当角度差超出第二预设角度差范围时，则确定第二置信度为预设下限值。本领域的技术人员可以理解，第二预设角度差范围与第二预设差值范围是对应的。

在本申请的一个实施例中，第二预设角度差范围为-5度到5度，当角度差小于-5度或大于5度时，则确定第二置信度为预设下限值。

(d4)若第二参考净空距离超出第二预设距离范围，则确定第二置信度为预设下限值。

第二预设距离范围可以根据实际的设计需要而定。例如，第二预设距离范围为-5至100，当第一参考净空距离小于-5或大于100时，确定第二置信度为预设下限值。

(d5)若数据组的数量大于或等于第二预设数量、第二运动轨迹线的斜率与第二预设斜率的差值在第二预设差值范围内、且第二参考净空距离在第二预设距离范围内，则确定第二置信度为预设上限值。

(d6)若各所述数据组的标准差大于1，则确定所述第二置信度为预设下限值；若各所述数据组的标准差在不大于1，则根据标准差与置信度值的预设对应关系，确定出所述第二置信度的数值。

可选地，第二置信度的预设下限值和预设上限值可以根据实际的设计需要而定，预设上限值大于预设下限值。例如，预设上限值可以为1，预设下限值可以为0。

当各数据组的标准差大于1时，则确定第二置信度为0。

当各数据组的标准差不大于1时，标准差与置信度值具有线性对应关系，第二置信度的值在0至1之间。例如，各数据组的标准差为0时，第二置信度为1；各数据组的标准差为0.5时，第二置信度为0.5；例如，各数据组的标准差为0.8时，第二置信度为0.8。

S604：控制器100根据叶尖的第一参考净空距离、第一置信度、第二参考净空距离和第二置信度，确定出叶尖与塔架402之间的净空距离。

在本申请的一个实施例中，步骤S604具体包括：

(e1)根据第一置信度和第二置信度，确定出第一参考净空距离的权数和第二参考净空距离的权数。

可选地，将第一置信度和第二置信度相加后得到置信度和值。将第一置信度除以置信度和值得到的商值，作为第一参考净空距离的权数；将第二置信度除以置信度和值得到的商值，作为第二参考净空距离的权数。

(e2)计算出第一参考净空距离和第二参考净空距离的加权平均数，将加权平均数作为叶尖与塔架402之间的净空距离。

可选地，将第一参考净空距离与第一参考净空距离的权数相乘，得到第一乘积值；将第二参考净空距离与第二参考净空距离的权数相乘，得到第二乘积值；将第一乘积值与第二乘积值相加后得到加权平均数，将该加权平均数作为一个叶尖与塔架402之间的净空距离。本领域的是技术人员可以理解，步骤(e1)和步骤(e1)还可以用下述公式(1)表达：

Ls＝((K₁*L₁₀)+(K₂*L₂₀))/(L₁₀+L₂₀)----------公式(1)

在公式(1)中，Ls表示一个叶尖与塔架402之间的净空距离，L₁₀表示第一参考净空距离，K₁表示第一参考净空距离的权数，L₂₀表示第二参考净空距离，K₂表示第二参考净空距离的权数。

下面结合表1中的数据，以第一预设数量设置为5、第二预设数量设置为3时为例，简单介绍确定出叶尖与塔架402之间的净空距离的过程。在表1中，第1周期为1号叶片403的叶尖经过净空区域所对应的数据，第2周期为2号叶片403的叶尖经过净空区域所对应的数据，第3周期为3号叶片403的叶尖经过净空区域所对应的数据。

表1的具体内容如下：

表1

在第1周期中，根据运动数据确定出的2个数据组，数据组的数量小于第二预设数量，第二置信度为预设下限值0，此时可以不再计算第二参考净空值；根据图像数据确定出8个轨迹点，轨迹点的数量大于第一预设数量，第一置信度为预设上限值1，确定出的第一参考净空值为9.83米。最终计算出的第1周期中叶尖与塔架402之间的净空距离为9.83米。

在第2周期中，根据运动数据确定出的3个数据组，数据组的数量等于第二预设数量，第二置信度为预设上限值1，确定出的第二参考净空值为9.6米；根据图像数据确定出3个轨迹点，轨迹点的数量小于第一预设数量，第一置信度为预设下限值0，此时可以不再计算第一参考净空值。最终计算出的第2周期中叶尖与塔架402之间的净空距离为9.6米。

在第3周期中，根据运动数据确定出的3个数据组，数据组的数量等于第二预设数量，第二置信度为预设上限值1，确定出的第二参考净空值为9.6米；根据图像数据确定出8个轨迹点，轨迹点的数量大于第一预设数量，第一置信度为预设上限值1，确定出的第一参考净空值为9.83米。最终计算出的第3周期中叶尖与塔架402之间的净空距离为9.715米。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被同步校验装置执行时，实现本申请上述实施例提供的风力发电机组的净空监测方法。

该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本申请实施例提供的计算机可读存储介质，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思，该计算机可读存储介质中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种风力发电机组的净空监测系统，其特征在于，包括控制器、以及与所述控制器通信连接的图像监控设备和毫米波雷达；

所述图像监控设备安装在所述风力发电机组的机舱的底面，且指向所述风力发电机组的净空区域，用于在叶尖经过所述净空区域时，拍摄所述净空区域的图像；

所述毫米波雷达安装于机舱外壁、且所述毫米波雷达的探测方向指向毫米波监测区域，用于检测叶尖在所述毫米波监测区域中的运动数据；

所述控制器用于接收所述净空区域的图像数据、所述叶尖在所述毫米波监测区域中的运动数据；根据所述叶尖所对应的所述图像数据，确定出所述叶尖与塔架之间的第一参考净空距离、以及所述第一参考净空距离的第一置信度；根据所述叶尖所对应的所述运动数据，确定出所述叶尖与塔架之间的第二参考净空距离、以及所述第二参考净空距离的第二置信度；根据所述叶尖的所述第一参考净空距离、所述第一置信度、所述第二参考净空距离和所述第二置信度，确定出所述叶尖与塔架之间的净空距离。

2.根据权利要求1所述的净空监测系统，其特征在于，所述机舱具有沿叶轮的中心轴线延伸的外壁，所述毫米波雷达安装于所述机舱的外壁的朝向叶轮的左侧面上。

3.根据权利要求1所述的净空监测系统，其特征在于，所述毫米波雷达的毫米波监测区域位于叶轮运动区域的左下方，所述毫米波雷达用于监测所述叶尖绕叶轮中心轴旋转时朝向所述塔架运动的轨迹信息。

4.根据权利要求1所述的净空监测系统，其特征在于，

所述毫米波雷达的探测中心线与第一基准面的夹角为20度至30度范围；

所述毫米波雷达的探测中心线与第二基准面的夹角为15度至20度范围；

所述毫米波雷达的探测中心线与第三基准面的夹角为40度至50度范围。

5.根据权利要求4所述的净空监测系统，其特征在于，

所述第一基准面平行于所述机舱的轴线、且平行于所述塔架的轴线；

所述第二基准面垂直于所述机舱的轴线、且平行于所述塔架的轴线；

所述第三基准面垂直所述第一基准面、且垂直于所述第二基准面。

6.一种风力发电机组，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的净空监测系统。

7.一种风力发电机组的净空监测方法，应用于如权利要求1至5中任一项所述的风力发电机组的净空监测系统，其特征在于，包括：

接收图像监控设备拍摄到的叶尖经过净空区域时的所述净空区域的图像，以及毫米波雷达检测到的叶尖在毫米波监测区域中的运动数据；

根据所述叶尖所对应的所述图像数据，确定出所述叶尖与塔架之间的第一参考净空距离、以及所述第一参考净空距离的第一置信度；根据所述叶尖所对应的所述运动数据，确定出所述叶尖与塔架之间的第二参考净空距离、以及所述第二参考净空距离的第二置信度；根据所述叶尖的所述第一参考净空距离、所述第一置信度、所述第二参考净空距离和所述第二置信度，确定出所述叶尖与塔架之间的净空距离。

8.根据权利要求7所述的净空监测方法，其特征在于，根据所述叶尖的所述第一参考净空距离、所述第一置信度、所述第二参考净空距离和所述第二置信度，确定出所述叶尖与塔架之间的净空距离，包括：

根据所述第一置信度和所述第二置信度，确定出所述第一参考净空距离的权数和所述第二参考净空距离的权数；

计算出所述第一参考净空距离和所述第二参考净空距离的加权平均数，将所述加权平均数作为所述叶尖与塔架之间的净空距离。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被同步校验装置执行时，实现如权利要求7至8中任一项所述的风力发电机组的净空监测方法。