CN113867386A - 管带机无人机巡检方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管带机无人机巡检方法及系统,包括飞行平台、检测设备和地面控制及监控装置;飞行平台:在地面控制及监控装置的控制下携带检测设备进行飞行巡检,并把检测设备获取的图像信息传输到地面控制及监控装置;检测设备:获取管带走廊的三维地理信息数据和管带图像信息;地面控制及监控装置:本发明接收飞行平台发送到的图像信息并生成三维模型进行显示,对飞行平台进行飞行控制,并对管带异常点进行监控;通过无人机加三光吊舱组合方案,实现项目需求的管带快速巡检,同时,为更加直观的展示巡检结果,采用激光雷达三维建模技术,采集建立管带高精度三维模型,通过三维模型与巡检系统的深度融合,完成管带巡检任务。
Description
技术领域:
本发明涉及管带巡检领域,特别是涉及一种管带机无人机巡检方法及系统。
背景技术:
河南鹤壁鹤淇电厂用煤来自豫北煤炭物流储配基地,铁路来煤经翻车机卸车转运后,通过管带机为鹤壁鹤淇电厂、鹤壁丰鹤及同力电厂提供电煤,年运煤量700万吨,其中供鹤壁鹤淇电厂310万吨/年,鹤壁丰鹤及同力电厂390万吨/年。管带机起于鹤壁市鹤山区物流园内,终点为鹤壁鹤淇电厂,整个运输距离约30公里。目前已建成并投运的为第二段鹤壁同力发电有限责任公司至鹤壁鹤淇电厂段约15公里,第一段自鹤山区物流园至鹤壁同力发电有限责任公司段仍在建设中。
管带机运输固体物料虽具备环保、节能、高效等特点,但在管带机使用过程中也会出现各种问题,如托辊长期受力不均匀造成输送故障或脱落隐患,物料粒度变化引起的管带机扭曲等问题。所以在管带机运行过程中需要巡检,目前鹤淇电厂对管带机的巡检采用人工巡检方式,因检测距离长,检测项目多,不仅工作效率低,并且高空作业存在较大安全隐患,需采用新的智能化巡检手段提升巡检效率,降低作业风险。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,通过无人机加三光吊舱组合方案,实现项目需求的管带快速巡检,同时,为更加直观的展示巡检结果,采用激光雷达三维建模技术,采集建立管带高精度三维模型,通过三维模型与巡检系统的深度融合,完成管带巡检任务的管带机无人机巡检方法及系统。
为解决以上技术问题,本申请提出的一种技术方案为:一种管带机无人机巡检方法,其步骤是:步骤一、通过地面控制与监控系统把固定航线导入无人机,无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行;
步骤二、无人机上的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱获取管带的巡检图像信息,并传送到地面控制与监控系统;
步骤三、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并进行显示;
步骤四、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息进行处理,人工确认异常后,对温度异常点自动提取位置坐标,并生成异常点序列信息作为无人机复查数据,并导入无人机;
步骤五、无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行完成后沿固定航线返航时,根据导入的复查数据对异常点进行重点巡查,全部异常点巡查完毕后归航自动降落。
进一步的,所述固定航线的获取是人工通过管线在世界坐标系中的坐标信息获得,所述固定航线环绕管线并偏离管线10~15m。
进一步的,所述步骤二中,所述激光雷达三维扫描仪对管线周围环境进行三维地理信息测绘,所述三光吊舱获取管线的结构形状信息。
进一步的,所述步骤三中三维模型的具体操作为:(1)、 POS系统对激光雷达三维扫描仪获得的三维地理信息测绘信息构建三维地理模型;(2)、基于三光吊舱中激光雷达的三维点云数据,对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并将构建的管带三维模型叠加于构建的三维地理模型之上进行直观展示。
进一步的,所述步骤四中,人工确认异常的方式为:三光吊舱中的高清相机获取异常点的高清图像,通多人眼观看识别,确定是否存在缺陷,三光吊舱中红外测温传感器测量异常点的温度并在三维模型中进行显示。
进一步的,所述步骤五中,重点巡查的过程为:无人机在异常点进行无限时盘旋巡查,光电吊舱自动跟踪异常点位置,并获取异常点的图像信息传输到地面控制与监控系统。
进一步的,所述巡检过程中若无人机电量不足、出现故障,无人机将自动返航,同时,异常点数据全部保存在地面控制与监控系统,便于无人机进行后续巡检。
为解决以上技术问题,本申请提出的另一种技术方案为:一种管带机无人机巡检系统,其特征是:包括飞行平台、检测设备和地面控制及监控装置;
飞行平台:在所述地面控制及监控装置的控制下携带所述检测设备进行飞行巡检,并把所述检测设备获取的图像信息传输到所述地面控制及监控装置;
检测设备:获取管带走廊的三维地理信息数据和管带图像信息;
地面控制及监控装置:接收所述飞行平台发送到的图像信息并生成三维模型进行显示,对所述飞行平台进行飞行控制,并对管带异常点进行监控。
进一步的,所述检测设备包括设置在所述飞行平台底部的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱。
进一步的,所述地面控制及监控装置包括控制主机及与控制主机连通的人机交互设备和通讯设备。
本发明的有益效果是:
本发明通过无人机加三光吊舱组合方案,实现项目需求的管带快速巡检,同时,为更加直观的展示巡检结果,采用激光雷达三维建模技术,采集建立管带高精度三维模型,通过三维模型与巡检系统的深度融合,完成管带巡检任务,即对管带进行快速巡检和精细巡检,其中,快速巡检主要针对人员闯入、非法施工和管带严重异常等,而精细巡检则主要针对接缝扭曲、漏料、爆管和卡死发热等问题,同时应当保证巡检的时效性,要求巡检速度足够快,能够及时发现异常,巡检作业频率足够高;同时,无人机系统采用电动垂直起降固定翼平台,可满足5级大风条件下巡检作业,同时满足小雨雪天气下巡检作业需求,巡检速度达到70Km/h以上,满足系统实时性要求。
附图说明:
图1为管带机无人机巡检方法的控制框图。
图2为巡检流程图。
图3为固定航线的俯视图。
图4为固定航线的剖视图。
图5为管带机无人机巡检系统的组成框图。
具体实施方式:
实施例:参见图1、图2、图3、图4和图5,图中,A-起降点,B-去程,C-归程,D-管线。
管带机无人机巡检方法及系统,包括飞行平台、检测设备和地面控制及监控装置;飞行平台:在所述地面控制及监控装置的控制下携带所述检测设备进行飞行巡检,并把所述检测设备获取的图像信息传输到所述地面控制及监控装置;检测设备:获取管带走廊的三维地理信息数据和管带图像信息;地面控制及监控装置:接收所述飞行平台发送到的图像信息并生成三维模型进行显示,对所述飞行平台进行飞行控制,并对管带异常点进行监控;通过无人机加三光吊舱组合方案,实现项目需求的管带快速巡检,同时,为更加直观的展示巡检结果,采用激光雷达三维建模技术,采集建立管带高精度三维模型,通过三维模型与巡检系统的深度融合,完成管带巡检任务。
下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。
为解决以上技术问题,本申请提出的一种技术方案为:一种管带机无人机巡检方法,其步骤是:
步骤一、通过地面控制与监控系统把固定航线导入无人机,无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行。
其中,固定航线的获取是人工通过管线在世界坐标系(GPS坐标)中的坐标信息获得,所述固定航线环绕管线并偏离管线10~15m。
无人机所携带的吊舱斜置一定角度,以保证管带内部可以被观测,而不受管带上下遮挡。固定翼无人机的机动性能相对较好,由于获取了管带走廊精准的三维数据,航线规划时采用变高飞行作业,保证飞行高度始终和管带保持恒定距离。
无人机配置图数一体无线传输模块,无线传输模块发射功率5W,最远传输距离可达到20Km,图传支持SDI、HDMI接口,即插即用。完全满足1920x1080可见光和红外模块的数据传输需求。数据传输模块自带RS232接口,可用于吊舱远程控制。
步骤二、无人机上的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱获取管带的巡检图像信息,并传送到地面控制与监控系统。
其中,激光雷达三维扫描仪对管线周围环境进行三维地理信息测绘,三光吊舱获取管线的结构形状信息。
三光吊舱过携带摄像机、红外热像仪、激光测距仪等检测设备配合增稳云台,实现高清拍照、红外测温,同时具备静态通目标、动态目标自动捕捉,自动跟踪等功能。
步骤三、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并进行显示。
其中,三维模型的具体操作为:(1)、 POS系统对激光雷达三维扫描仪获得的三维地理信息测绘信息构建三维地理模型。
进一步的,由于管带所铺设的区域存在一定的起伏,周边环境未知,而本项目所选取的无人机飞行高度较低,因此有必要获取管带走廊的准确的三维地理信息,以保证所设计的飞行航线安全。
激光雷达具有典型的主动三维成像特性,通过激光扫描仪和POS系统的联合使用,其三维成像精度高,速度快,可广泛的应用于三维地理信息测绘,电力等应用。通过激光雷达三维扫描成像,可获取地物、地表和植被等三维信息,精度可达到15cm,完全满足无人机飞行作业需求。同时,激光雷达扫描范围通常可达到80m左右,可对管带周边100m范围内的地物进行扫描建模,为无人机飞行作业提供飞行通道数据。
(2)、基于三光吊舱中激光雷达的三维点云数据,对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并将构建的管带三维模型叠加于构建的三维地理模型之上进行直观展示。
进一步的,基于激光雷达三维点云数据,对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型。所建模的管带模型,叠加于激光雷达所获取的三维地理模型之上进行直观展示。无人机飞行过程中所发现的温度异常点,可直接叠加在三维模型之上进行显示,实现异常点快速显示,便于维护人员结合现场回传影像数据快速到达现场处置。
步骤四、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息进行处理,人工确认异常后,对温度异常点自动提取位置坐标,并生成异常点序列信息作为无人机复查数据,并导入无人机。
其中,人工确认异常的方式为:三光吊舱中的高清相机获取异常点的高清图像,通多人眼观看识别,确定是否存在缺陷,三光吊舱中红外测温传感器测量异常点的温度并在三维模型中进行显示。
其中,人员通过人机交互设备进行操作,具体为,键盘、鼠标、显示屏、投影仪、打印机、话筒和麦克风等。
步骤五、无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行完成后沿固定航线返航时,根据导入的复查数据对异常点进行重点巡查,全部异常点巡查完毕后归航自动降落。
其中,重点巡查的过程为:无人机在异常点进行无限时盘旋巡查,光电吊舱自动跟踪异常点位置,并获取异常点的图像信息传输到地面控制与监控系统。
进一步的,所述巡检过程中若无人机电量不足、出现故障,无人机将自动返航,同时,异常点数据全部保存在地面控制与监控系统,便于无人机进行后续巡检。
为解决以上技术问题,本申请提出的另一种技术方案为:一种管带机无人机巡检系统,其特征是:包括飞行平台、检测设备和地面控制及监控装置;
飞行平台:在所述地面控制及监控装置的控制下携带所述检测设备进行飞行巡检,并把所述检测设备获取的图像信息传输到所述地面控制及监控装置;
检测设备:获取管带走廊的三维地理信息数据和管带图像信息;
地面控制及监控装置:接收所述飞行平台发送到的图像信息并生成三维模型进行显示,对所述飞行平台进行飞行控制,并对管带异常点进行监控。
进一步的,所述检测设备包括设置在所述飞行平台底部的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱。
吊舱带可见光,可见光分辨率1920x1080,30倍光学变焦;吊舱带红外模块,采用非制冷探测器,2倍变焦,测温稳定可靠;吊舱激光测距可实现最远1000m的距离测量。吊舱自带目标跟踪功能,可跟踪动态车辆、人员和静态目标,对于异常点的跟踪,无人机采用盘旋的方式飞行,吊舱自动调整拍摄角度。
进一步的,所述地面控制及监控装置包括控制主机及与控制主机连通的人机交互设备和通讯设备。
其中,人员通过人机交互设备进行操作,具体为,键盘、鼠标、显示屏、投影仪、打印机、话筒和麦克风等。
管带机输送巡视可分为如下几个内容:
(1) 开机前快速巡检:要求在管带机开机前,对管带进行快速巡视,发现人员非法闯入、非法施工、管带机严重变形或损坏等异常,巡检时间应当严格控制,保证巡检的时效性;
(2) 运行中巡检:管带机运行过程中,对管带进行巡视,巡检内容包括管带自身的接缝扭曲、漏料、托辊卡死发热、脱落,人员的非法闯入和攀爬、等异常,并能够快速定位异常点;
(3) 停机前巡检:管带机停机前巡检,主要查找托辊卡死发热点,防止管带被托辊高温损伤;
(4) 应急和特殊巡检:对设备突发事故进行快速定位巡查,如人为损坏、非法施工等;发生恶劣气候后,如大风、暴雪等外力影响,对目标区域进行巡查,如地质条件变化、障碍物情况检测等。
上述需求综合起来,即管带快速巡检和精细巡检,快速巡检主要针对人员闯入、非法施工和管带严重异常等,而精细巡检则主要针对接缝扭曲、漏料、爆管和卡死发热等问题,同时应当保证巡检的时效性,要求巡检速度足够快,能够及时发现异常,巡检作业频率足够高。
以上,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种管带机无人机巡检方法,其步骤是:步骤一、通过地面控制与监控系统把固定航线导入无人机,无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行;
步骤二、无人机上的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱获取管带的巡检图像信息,并传送到地面控制与监控系统;
步骤三、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并进行显示;
步骤四、地面控制与监控系统根据接收到的巡检图像信息进行处理,人工确认异常后,对温度异常点自动提取位置坐标,并生成异常点序列信息作为无人机复查数据,并导入无人机;
步骤五、无人机根据导入的固定航线对管带进行巡检飞行完成后沿固定航线返航时,根据导入的复查数据对异常点进行重点巡查,全部异常点巡查完毕后归航自动降落。
2.根据权利要求1所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述固定航线的获取是人工通过管线在世界坐标系中的坐标信息获得,所述固定航线环绕管线并偏离管线10~15m。
3.根据权利要求1所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述步骤二中,所述激光雷达三维扫描仪对管线周围环境进行三维地理信息测绘,所述三光吊舱获取管线的结构形状信息。
4.根据权利要求1所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述步骤三中三维模型的具体操作为:(1)、 POS系统对激光雷达三维扫描仪获得的三维地理信息测绘信息构建三维地理模型;(2)、基于三光吊舱中激光雷达的三维点云数据,对管带进行三维建模,构建管带包含地理信息数据的三维模型,并将构建的管带三维模型叠加于构建的三维地理模型之上进行直观展示。
5.根据权利要求1所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述步骤四中,人工确认异常的方式为:三光吊舱中的高清相机获取异常点的高清图像,通多人眼观看识别,确定是否存在缺陷,三光吊舱中红外测温传感器测量异常点的温度并在三维模型中进行显示。
6.根据权利要求1所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述步骤五中,重点巡查的过程为:无人机在异常点进行无限时盘旋巡查,光电吊舱自动跟踪异常点位置,并获取异常点的图像信息传输到地面控制与监控系统。
7.根据权利要求1-6任一项所述的管带机无人机巡检方法,其特征是:所述巡检过程中若无人机电量不足、出现故障,无人机将自动返航,同时,异常点数据全部保存在地面控制与监控系统,便于无人机进行后续巡检。
8.一种管带机无人机巡检系统,其特征是:包括飞行平台、检测设备和地面控制及监控装置;
飞行平台:在所述地面控制及监控装置的控制下携带所述检测设备进行飞行巡检,并把所述检测设备获取的图像信息传输到所述地面控制及监控装置;
检测设备:获取管带走廊的三维地理信息数据和管带图像信息;
地面控制及监控装置:接收所述飞行平台发送到的图像信息并生成三维模型进行显示,对所述飞行平台进行飞行控制,并对管带异常点进行监控。
9.根据权利要求8所述的管带机无人机巡检系统,其特征是:所述检测设备包括设置在所述飞行平台底部的激光雷达三维扫描仪和三光吊舱。
10.根据权利要求8所述的管带机无人机巡检系统,其特征是:所述地面控制及监控装置包括控制主机及与控制主机连通的人机交互设备和通讯设备。
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