CN114582040B - 一种风力发电设备智能巡检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电设备智能巡检系统及方法，其中，该风力发电设备智能巡检系统包括：风力发电设备，包括塔筒、叶片和发电机组，所述风力发电设备上设置有位置标记；无人机，设置有摄像模块、GPS模块、移动控制模块、移动计算模块和移动通信模块；控制平台，设置有平台计算模块。通过增设了GPS位置识别方式，两套定位方式同步工作，提高了故障叶片所属风力发电设备的定位速度和准确度。

Description

一种风力发电设备智能巡检系统及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是一种风力发电设备智能巡检系统及方法。

背景技术

风能作为清洁的可再生能源，具有大规模开发、利用的前景，世界许多国家政府不断出台风能开发、利用的鼓励政策。与其它新能源相比，风能具有安全、清洁、就地取材、用之不竭的突出优势，近年来我国风力发电量逐年上升。

风力发电设备的风机叶片的日常检修是风电场运维的重要任务之一，随着计算机视觉技术、无人飞行器技术和通信技术的快速发展，开始有企业使用无人机代替人工方式，在无人机上配置摄像头和通信设备，通过计算机视觉技术智能识别风力叶片上出现的故障点，实现风力发电设备的智能巡检。现有的智能巡检系统，无人机通过识别摄像头采集塔筒上的特定标记，从而确认所采集叶片属于哪根塔筒，从而方便工程人员后续维修和更换。然而，由于风力发电场往往处于开阔地理环境，阳光照射强度高，摄像头远距离识别塔筒标记的准确度易受影响，但无人机特意飞抵塔筒标记附近识别标记，又导致巡检时间延长，浪费无人机燃料。同时现有技术中还存在通过利用无人机GPS定位模块获取风机位置的方式，但由于风机运行过程中产生复杂的电磁环境会对无人机定位信号产生影响，同样无法获取准确的定位信息。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能够快速、准确识别故障风力发电设备位置的智能巡检系统及方法。

本发明第一方面提供了一种风力发电设备智能巡检系统，包括：风力发电设备，包括塔筒、叶片和发电机组，所述风力发电设备上设置有位置标记；无人机，设置有摄像模块、GPS模块、移动控制模块、移动计算模块和移动通信模块；控制平台，设置有平台计算模块；其中，所述风力发电设备智能巡检系统通过如下方法实现所述风力发电设备定位：S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息，S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息，S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述步骤S3中，若所述第一位置信息和所述第二位置信息不同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息和第二位置信息同时发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块分析所述第一位置信息和第二位置信息之间的偏差是否在预设阈值内，若所述偏差在预设阈值内，则所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述步骤S3中，若所述第一位置信息和所述第二位置信息不同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息和第二位置信息同时发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块分析所述第一位置信息和第二位置信息之间的偏差是否在预设阈值内，若所述偏差不在预设阈值内，则所述平台计算模块对所述第二位置信息进行校准。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述预设阈值通过以下步骤确定：S1’，通过人工巡检方式筛选所述偏差中的所述第一位置准确的核验检测事件，S2’，对所述核验检测事件的偏差绝对值进行由小到大排序，S3’，选择预定排位的所述核验检测事件的偏差绝对值，作为所述预设阈值的区间边界。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述预设阈值通过以下步骤确定：S1”，以风电场中每个塔筒为中心分别作等直径二维圆形，S2”，调整所述直径使得全部二维圆形之间不存在任何面积重叠的极限值，S3”，选择所述直径的所述极限值的50-85%，作为所述预设阈值的区间边界。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述步骤S1中，所述摄像模块包括第一摄像头和第二摄像头，所述移动控制模块控制所述第一摄像头和第二摄像头分别采集所述第一位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述位置标记包括第一位置标记和第二位置标记，所述第一位置标记设置在所述塔筒上，所述第二位置标记设置在所述叶片上，在所述步骤S1中，所述移动控制模块控制所述摄像模块分别采集所述第一位置标记和第二位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息包括：S1-1，采集所述摄像模块与所述第一位置信息之间的第一距离，采集所述摄像模块与所述第二位置信息之间的第二距离，S1-2，以所述第一距离和所述第二距离中的较小者所对应的位置标记为依据，生成所述风力发电设备的第一位置信息。

可选地，在本发明提供的风力发电设备智能巡检系统中，所述控制平台还包括显示模块，用以即时显示所述智能巡检系统的工作状态。

本发明第二方面提供了一种风力发电设备智能巡检方法，采用本发明第一方面提供的风力发电设备智能巡检设备，通过如下方法实现所述风力发电设备定位：S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息，S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息，S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。

本发明通过在通过摄像模块识别位置标记从而定位风力发电设备位置的基础上，增设了GPS位置识别方式，两套定位方式同步工作，并依据两套定位方式的定位偏差程度，校验摄像模块识别位置标记方式的定位准确度。若摄像模块识别位置标记方式与GPS位置识别方式的定位结果一致，则采用摄像模块识别位置标记方式获得的定位结果，无需控制无人机飞抵至位置标记附近，仅远程进行图像识别工作，由于有GPS方式进行校准，也不用担心摄像模块距离位置标记距离过远导致的位置识别不准确现象，同时避免了由于单一使用GPS定位受到风机电磁环境的干扰，提高了故障叶片所属风力发电设备的定位速度和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明风力发电设备智能巡检系统的组成示意图；

图2为本发明风力发电设备定位方法第一实施例的流程图；

图3为本发明风力发电设备定位方法第二实施例的流程图；

图4为本发明风力发电设备定位方法第三实施例的流程图；

图5为本发明风力发电设备定位方法第四实施例的流程图；

图6为本发明风力发电设备定位方法第五实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的风力发电设备智能巡检系统包括风力发电设备、无人机和控制平台三部分组成，其中，风力发电设备包括塔筒、叶片和发电机组，风力发电设备上设置有第一位置标记，叶片上设置有第二位置标记，第一位置标记和第二位置标记可以是二维码、条形码、图形或文字字符，用以表示所属风力发电设备的唯一的位置信息。

无人机承载有摄像模块、GPS模块、移动控制模块、移动计算模块和移动通信模块，其中摄像模块用于采集位置标记信息，GPS模块同样用于获得风力发电设备的位置信息，移动控制模块用以向无人机及各模块发送控制命令，移动计算模块用于计算分析采集的位置信息，移动通信模块用于将信息传输至控制平台或从控制平台接收信息。

还包括控制平台，设置有平台计算模块和显示模块，其中，平台计算模块用以计算分析从无人机接收的采集信息，显示模块用以即时显示所述智能巡检系统的工作状态

根据本发明的第一实施例，如图2所示，智能巡检系统通过如下方法实现所述风力发电设备定位：

S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的位置信息。位置标记包括第一位置标记和第二位置标记，第一位置标记设置在所述塔筒上，一般设置在塔筒靠近中下部的位置，便于地面的人工识别，所述第二位置标记设置在所述叶片上，可以设置在一片叶片上，也可以在每片叶片上均设置。可以理解，与第一位置标记相比，第二位置标记距离无人机的直线距离更近，直接识别的准确率更高。

S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息。GPS定位方式由于存在漂移问题，尤其是在风电场景，各风力发电设备之间的距离较近，单独使用容易出现GPS定位错误的情况，因此本发明采用GPS与视觉的融合方式进行风力发电设备定位。

S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。若视觉和GPS两种方式的定位结果一致，大概率可以认定定位准确，为进一步提高数据处理速度，采用无人机自身配置的移动计算模块对第一位置信息和第二位置信息进行比较，仅将比较结果传输给控制平台。

根据本发明的第二实施例，如图3所示，若所述第一位置信息和所述第二位置信息不同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息和第二位置信息同时发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块分析所述第一位置信息和第二位置信息之间的偏差是否在预设阈值内，若所述偏差在预设阈值内，则所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。当第一位置信息和所述第二位置信息不同，说明视觉方式或GPS方式中至少一者定位错误，此时对二者进行差值运算，判断差值是否复合预设阈值条件，由于预设阈值的设定、以及偏差值与预设阈值的比较对算力要求较高，因此利用控制平台的平台计算模块进行计算评估；当偏差在阈值范围内时，结合自动巡检定位准确率的提高和人工补检成本提高的平衡，综合计算可知认为第一位置信息即为风力发电设备的位置为最优方案。

根据本发明的第三实施例，如图4所示，若所述偏差不在预设阈值内，则所述平台计算模块对所述第二位置信息进行校准。此情况，以GPS定位准确率更高为基础，通过对第二位置信息校准后，获得风力发电设备准确位置。其中，此处选用常规的GPS定位校准方式。

根据本发明的第四实施例，如图5所示，所述预设阈值通过以下步骤确定：

S1’，通过人工巡检方式筛选所述偏差中的所述第一位置准确的核验检测事件，即只要第一位置信息和第二位置信息中的任一者与人工核验结果一致，即认为此检测事件结果准确，定义为核验检测事件。

S2’，对所述核验检测事件的偏差绝对值进行由小到大排序；

S3’，选择预定排位的所述核验检测事件的偏差绝对值，作为所述预设阈值的区间边界，从而界定出最优阈值范围，保证了落入此阈值范围的偏差值对应的检测事件的高准确率。

根据本发明的第五实施例，如图6所示，所述预设阈值还可以通过以下步骤确定：

S1”，以风电场中每个塔筒为中心分别作等直径二维圆形；

S2”，调整所述直径使得全部二维圆形之间不存在任何面积重叠的极限值；

S3”，选择所述直径的所述极限值的50-85%，作为所述预设阈值的区间边界。通用圆面积法，更倾向于考虑GPS漂移引起的定位误差，突出了GPS方式在整套定位系统中的准确率贡献度。

根据本发明的另一实施例，摄像模块包括第一摄像头和第二摄像头，所述移动控制模块控制所述第一摄像头和第二摄像头分别采集所述第一位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息。采用两个摄像头协同采集视觉图像，模拟人眼的立体成像方式，进一步降低了强烈日照光线和较远取像距离带来的视觉采集误差。

根据本发明的另一实施例，所述位置标记包括第一位置标记和第二位置标记，所述第一位置标记设置在所述塔筒上，所述第二位置标记设置在所述叶片上，在所述步骤S1中，所述移动控制模块控制所述摄像模块分别采集所述第一位置标记和第二位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息：

S1-1，采集所述摄像模块与所述第一位置信息之间的第一距离，采集所述摄像模块与所述第二位置信息之间的第二距离，

S1-2，以所述第一距离和所述第二距离中的较小者所对应的位置标记为依据，生成所述风力发电设备的第一位置信息。

通过此方式，无人机可以根据实际的飞行高度情况，以及具有位置标记的叶片距无人机远近情况，选取距离最近的位置标记作为采集对象，进一步提高图像识别准确度。

根据本发明的另一实施例，所述控制平台还包括显示模块，用以及时显示所述智能巡检系统的工作状态，提高了整套系统的人机交互属性。

本发明的另一实施例涉及风力发电设备智能巡检方法，通过如下方法实现所述风力发电设备定位：

S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息，

S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息，

S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台通信模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种风力发电设备智能巡检系统，其特征在于，包括：

风力发电设备，包括塔筒、叶片和发电机组，所述风力发电设备上设置有位置标记；

无人机，设置有摄像模块、GPS模块、移动控制模块、移动计算模块和移动通信模块；

控制平台，设置有平台计算模块；

其中，所述风力发电设备智能巡检系统通过如下方法实现所述风力发电设备定位：

S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息，

S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息，

S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台计算模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置；

步骤S3中，若所述第一位置信息和所述第二位置信息不同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息和第二位置信息同时发送给所述平台计算模块，所述平台计算模块分析所述第一位置信息和第二位置信息之间的偏差是否在预设阈值内，若所述偏差在预设阈值内，则所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置；

所述预设阈值通过以下步骤确定：

S1’，通过人工巡检方式筛选所述偏差中的所述第一位置准确的核验检测事件，

S2’，对所述核验检测事件的偏差绝对值进行由小到大排序，

S3’，选择预定排位的所述核验检测事件的偏差绝对值，作为所述预设阈值的区间边界。

2.如权利要求1所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

步骤S3中，若所述第一位置信息和所述第二位置信息不同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息和第二位置信息同时发送给所述平台计算模块，所述平台计算模块分析所述第一位置信息和第二位置信息之间的偏差是否在预设阈值内，若所述偏差不在预设阈值内，则所述平台计算模块对所述第二位置信息进行校准。

3.如权利要求1或2中任一项所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

所述预设阈值通过以下步骤确定：

S1”，以风电场中每个塔筒为中心分别作等直径二维圆形，

S2”，调整直径使得全部二维圆形之间不存在任何面积重叠的极限值，

S3”，选择所述直径的极限值的50%-85%，作为所述预设阈值的区间边界。

4.如权利要求1所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

步骤S1中，所述摄像模块包括第一摄像头和第二摄像头，所述移动控制模块控制所述第一摄像头和第二摄像头分别采集所述第一位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息。

5.如权利要求1所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

所述位置标记包括第一位置标记和第二位置标记，所述第一位置标记设置在所述塔筒上，所述第二位置标记设置在所述叶片上，在步骤S1中，所述移动控制模块控制所述摄像模块分别采集所述第一位置标记和第二位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息。

6.如权利要求5所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息包括：

S1-1，采集所述摄像模块与所述第一位置信息之间的第一距离，采集所述摄像模块与所述第二位置信息之间的第二距离，

S1-2，以所述第一距离和所述第二距离中的较小者所对应的位置标记为依据，生成所述风力发电设备的第一位置信息。

7.如权利要求1所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于：

所述控制平台还包括显示模块，用以即时显示所述智能巡检系统的工作状态。

8.一种风力发电设备智能巡检方法，采用如权利要求1-7中任一项所述的风力发电设备智能巡检系统，其特征在于，

通过如下方法实现风力发电设备定位：

S1，所述移动控制模块控制所述摄像模块采集所述位置标记的内容，所述移动计算模块生成所述风力发电设备的第一位置信息，

S2，所述移动控制模块控制所述GPS模块采集所述无人机的第二位置信息，

S3，所述移动计算模块比较所述第一位置信息和第二位置信息，若所述第一位置信息和所述第二位置信息相同，则所述移动通信模块将所述第一位置信息发送给所述平台计算模块，所述平台计算模块将所述第一位置信息作为所述风力发电设备的位置。

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