CN117631694A - 一种风电机组无人机巡检路径规划方法及系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组无人机巡检系统装置，通过将巡检无人机搭载高速拍摄相机以及AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集，实现在不损失发电量的同时完成叶片巡检，高效简洁，减少人工过多的干涉和参与；本发明提供一种风电机组无人机巡检路径规划方法，结合风电场区域内一次航线和目标机组二次航线前期规划方案，实现无飞手参与条件下的，配合无人机机场，实现巡检无人机自动化巡检；采用获取风电机组姿态和偏航角度，结合不停机巡检策略方法，实现风电机组科学准确巡检，实现风电机组巡检更加经济可行的方法。
Description
技术领域
本发明涉及无人机风电巡检技术领域，具体来说，涉及一种风电机组无人机巡检路径规划方法及系统装置。
背景技术
风电机组的叶片是将风能转化为电能的重要零件之一，但是在风机发电过程中由于环境多变性等因素，表面可能会产生砂眼，裂纹，剥皮等常见缺陷，其缺陷会严重影响风力发电的效率与安全。风电机组巡检当前常用的巡检手段主要依靠望远镜观察以及蜘蛛人、吊篮等高空平台，其中望远镜观察由于观测角度和观测距离的干扰往往存在检测精度低的问题，而高空平台垂降方法虽能全面及时地发现缺陷，但工作人员的效率和安全性很难保障，风电机组装机容量的扩大无疑会增加巡检人员的工作强度，且风电机组的人工巡检只有在风电机组停转时才能操作，不利于提高风电机组的利用率。
随着无人机在风电方面的广泛应用，无人机自动叶片巡检技术的研究成为该领域的热门话题。通过无人机手段实现风电机组的巡检，无论是从工作效率还是劳动成本方面均优于传统的人工巡检手段。但是目前基于无人机的风电巡检技术，都是需要将风机停机，并且三个风机叶片需要停成倒“Y”字型。并预先设定无人机航飞路线，形成既定的巡检路线，控制无人机对叶片区域进行图像采集。这种作业方式是目前应用无人机对风力发电设备进行巡检的常规模式，这种模式效率相比传统的人工巡检的方式在作业效率有很大的提高，但是需要耗费一定人工去将风机叶片停成倒“Y”型，而且停机巡检会造成不必要的发电量损失。
已经公开的发明专利提出了一些解决既定的巡检路线以及停机巡检的弊端方法，其中公告号为CN113339206B的专利文献公开了一种无人机风电巡检方法及无人机，提到在无人机底部增加处的可旋转摄像装置对准被检测风机的方向，并在旋转摄像装置与被检测风机叶片同步旋转实现叶片的图像采集，理论方法上虽然是可行的，但实际风电机组的叶轮旋转转速较高，在叶尖部位与被检测风机叶片同步几乎是无法实现的。
公告号为CN114394236A的专利文献公开了一种风电叶片巡检用无人机，是通过多架无人机通过多个编队方式，一次性对风电叶片区域进行既定悬停位置的图像采集，无需设定巡检路线，这种方式虽无需设定巡检路线，但多架无人机组编队成本较高，无人机之间的协调控制难度大，实用性较差。
为此，我们提出一种风电机组无人机巡检路径规划方法及系统装置。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种风电机组无人机巡检路径规划方法及系统装置，通过采用获取风电机组姿态和偏航角度，通过实时生成巡检轨迹的二次航线，结合不停机巡检策略方法，实现风电机组科学准确巡检，实现风电机组更加经济可行的方法来解决上述问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种风电机组无人机巡检系统装置，包括：
巡检无人机，其上设有高速拍摄相机、可见光相机单元、激光测距避障单元、热成像相机单元以及AI触发抓拍模块；
其中，高速拍摄相机具备对高速运动物体的运动轨迹进行拍摄，帮助捕捉肉眼无法看到的图像和运动过程；
其中，可见光相机单元具备在夜间和日间光伏板红外缺陷图像摄取能力；
其中，激光测距避障单元具备激光测距自主避障设定拍摄距离摄取功能；
其中，热成像相机单元具备对运动实物触发抓拍图像摄取，且物体不拖影；
其中，AI触发抓拍模块具备自主触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取。
作为优选的技术方案，所述巡检无人机采用大疆无人机经纬M300 RTK并搭载大疆禅思L1集成全画幅图像传感器与三轴云台。
一种风电机组无人机巡检路径规划方法，采用上述的风电机组无人机巡检系统装置，包括如下步骤：
S1、标识坐标：通过获取关于巡检范围内风电机组塔筒机位坐标和各台机组叶片中心转轴的空间三维坐标，并基于机组塔筒机位坐标标记机舱顶部无人机飞行原点标识位置；
S2、建立航线：巡检开始前，需在巡检系统内预设塔筒高度、风轮半径以及最小安全距离，根据风电场地理信息设定区域范围，并按巡检无人机单次往返续航时间，确定巡检无人机以及无人机机场的数量；
S3、规划航线：在单个区域内规划巡检无人机的一次航线、二次航线以及动态巡检执行航线，其中动态巡检执行航线的两端分别设置为动态巡检起始A点和动态巡检末端B点；
S4、巡检作业：巡检无人机根据行路线规划完成的预设航线从无人机机场起飞，对该巡检无人机执行一次航线，使得巡检无人机到达机舱顶部无人机飞行原点标识位置，根据机组实时姿态和位置进行二次航线的识别规划和路径下发执行，最后基于该单次任务巡检无人机进行动态巡检执行航线的规划结果完成巡检任务，随后巡检无人机评估剩余巡航能力自我决策进行返回无人机机场或持续进行下一个机组的巡检任务。
作为优选的技术方案，从机场部署机组的无人机机场出发飞至区域内目标巡检机组的机舱顶部无人机飞行原点标识位置上方指定位置为一次航线。
作为优选的技术方案，所述一次航线依托于巡检无人机搭配大疆智图软件，对目标巡检风电场内区域建立实时获取面积区域的地理信息，通过三维点云数据信息在大疆智图软件系统内设置精细化的一次航线。
作为优选的技术方案，从区域内目标巡检机组的机舱顶部无人机飞行原点标识位置上方指定位置获取机组实时姿态后飞至动态巡检起始A点的过程为二次航线。
作为优选的技术方案，所述二次航线的生成依托于在机组正上方的巡检无人机的拍摄图片图像识别机组叶轮朝向，巡检无人机自身首先进行整备角度GPS校正，巡检无人机云台在零度正北姿态下拍摄正下方风力机组，可以得知风力机组在当前姿态下的轮毂—机身轴向中心线与正北零度线的夹角位置，依据风力机组朝向角度、最小安全距离及机舱顶部无人机飞行原点标识位置可得到动态巡检起始A点位置。
作为优选的技术方案，所述机舱顶部无人机飞行原点标识位置距轮毂导流罩距离+无人机值轮毂导流罩最小安全距离＝|OA|；
(XA,YA)＝(cosα*|OA|，sinα*|OA|)；
此外，巡检无人机垂直高度＝风力机叶片半径+最小安全距离。
作为优选的技术方案，所述二次航线为OA之间航线，所述二次航线组成分为巡检无人机垂直高度向上高程与|OA|组成的“n”型航线轨迹，其中巡检无人机垂直高度向上高程组成“n”型航线轨迹的两个竖向直线，|OA|组成的“n”型航线轨迹中间连接的横向直线。
作为优选的技术方案，所述动态巡检起始A点为叶片正前方的距离叶轮旋转平面定值距离的轮毂机场轴向中心线上某点，动态巡检执行航线是从动态巡检起始A点到动态巡检末端B点，所述巡检无人机搭载的AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集。
本发明的有益效果是：
1、本发明，一种风电机组无人机巡检路径规划方法，通过采用单个区域内规划巡检无人机的一次航线、二次航线和动态巡检执行航线阶段性规划与预制方法，实现了风电场内机组巡检无人机自主巡检；
2、本发明，一种风电机组无人机巡检路径规划方法，通过定义机舱顶部无人机飞行原点标识位置和无人机机场位置，适配机组叶片长度(或叶轮直径)，通过规划“n”型航线坐标和位置，保证了在叶轮旋转条件下的设备及机组的安全；
3、本发明，一种风电机组无人机巡检路径规划方法，能够有效地减少人工预先全局规划的工作，实现全自动路径规划的功能，对实现风机自动巡检任务起着积极的作用；
4、本发明，一种风电机组无人机巡检路径规划方法，结合风电场区域内一次航线和目标机组二次航线前期规划方案，实现无飞手参与条件下的，配合无人机机场，实现巡检无人机自动化巡检；采用获取风电机组姿态和偏航角度，结合不停机巡检策略方法，实现风电机组科学准确巡检，实现风电机组巡检更加经济可行的方法；
5、本发明，一种风电机组无人机巡检系统装置，通过将巡检无人机引入图像识别技术，实时识别机组姿态和朝向，通过机组朝向角度、最小安全距离及机舱顶部无人机飞行原点标识位置定义和计算动态巡检起始A点位置，作为动态巡检执行航线起始点；
6、本发明，一种风电机组无人机巡检系统装置，通过将巡检无人机搭载高速拍摄相机以及AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集，实现在不损失发电量的同时完成叶片巡检，高效简洁，减少人工过多的干涉和参与。
附图说明
图1为本发明实施例一种风电机组无人机巡检路径规划方法中无人机机场区域内巡检无人机的一次航线的规划图；
图2为本发明实施例一种风电机组无人机巡检路径规划方法中巡检无人机到达区域内目标巡检机组执行二次航线的过程示意图；
图3为本发明实施例一种风电机组无人机巡检路径规划方法中巡检无人机执行动态巡检执行航线的正视示意图；
图4为本发明实施例一种风电机组无人机巡检路径规划方法中巡检无人机执行动态巡检执行航线的俯视示意图；
图5为本发明实施例一种风电机组无人机巡检路径规划方法中巡检无人机执行动态巡检执行航线的立体效果示意图；
图6为本发明实施例一种风电机组无人机巡检系统装置的巡检无人机俯视角度图像识别机组叶轮的方向示意图一；
图7为本发明实施例一种风电机组无人机巡检系统装置的巡检无人机俯视角度图像识别机组叶轮的方向示意图二；
图中：1-巡检无人机；2-无人机机场；3-机舱顶部无人机飞行原点标识；4-机场部署机组；5-区域内目标巡检机组；6-一次航线；7-二次航线；8-动态巡检执行航线；9-动态巡检起始A点；10-动态巡检末端B点；
本发明中的附图皆为示意图，其大小不代表实际尺寸；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1-图7所示，根据本发明实施例的一种风电机组无人机巡检系统装置，包括：巡检无人机1，其上设有高速拍摄相机、可见光相机单元、激光测距避障单元、热成像相机单元以及AI触发抓拍模块；高速拍摄相机具备对高速运动物体的运动轨迹进行拍摄，帮助捕捉肉眼无法看到的图像和运动过程；可见光相机单元具备在夜间和日间光伏板红外缺陷图像摄取能力；激光测距避障单元具备激光测距自主避障设定拍摄距离摄取功能；热成像相机单元具备对运动实物触发抓拍图像摄取，且物体不拖影；AI触发抓拍模块具备自主触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取。
其中，巡检无人机1采用大疆无人机经纬M300 RTK并搭载大疆禅思L1集成全画幅图像传感器与三轴云台。
实施例2
如图1-图7所示，一种风电机组无人机巡检路径规划方法，采用上述的风电机组无人机巡检系统装置，包括如下步骤：
S1、标识坐标：通过获取关于巡检范围内风电机组塔筒机位坐标和各台机组叶片中心转轴的空间三维坐标，并基于机组塔筒机位坐标标记机舱顶部无人机飞行原点标识3位置；
S2、建立航线：巡检开始前，需在巡检系统内预设塔筒高度、风轮半径以及最小安全距离，根据风电场地理信息设定区域范围以巡检无人机1单次续航能力实际计算为准，并按巡检无人机1单次往返续航时间，确定巡检无人机1以及无人机机场2的数量；
S3、规划航线：在单个区域内规划巡检无人机1的一次航线6、二次航线7以及动态巡检执行航线8，其中动态巡检执行航线8的两端分别设置为动态巡检起始A点9和动态巡检末端B点10；
S4、巡检作业：巡检无人机1根据行路线规划完成的预设航线从无人机机场2起飞，对该巡检无人机1执行一次航线6，使得巡检无人机1到达机舱顶部无人机飞行原点标识3位置，根据机组实时姿态和位置进行二次航线7的识别规划和路径下发执行，最后基于该单次任务巡检无人机1进行动态巡检执行航线8的规划结果完成巡检任务，随后巡检无人机1评估剩余巡航能力自我决策进行返回无人机机场2或持续进行下一个机组的巡检任务。
此次巡检无人机1继续持续执行下一个机组的巡检任务，首先需要先返回机组机舱顶部无人机飞行原点标识3位置上方指定位置，巡检无人机1视为机位返航操作；返航后可以按一次航线6规划路径飞回无人机机场2充电结束单次任务，或执行新的下一台机组的一次航线6进行新任务，方法与上述过程一致。
实施例3
如图1-图7所示，本实施例提供的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，与实施例2的不同之处在于：
从机场部署机组4的无人机机场2出发飞至区域内目标巡检机组5的机舱顶部无人机飞行原点标识3位置上方指定位置为一次航线6。
其中，一次航线6依托于巡检无人机1搭配大疆智图软件，对目标巡检风电场内区域建立实时获取面积区域的地理信息，通过三维点云数据信息在大疆智图软件系统内设置精细化的一次航线6。
其中，从区域内目标巡检机组5的机舱顶部无人机飞行原点标识3位置上方指定位置获取机组实时姿态后飞至动态巡检起始A点9的过程为二次航线7。
其中，二次航线7的生成依托于在机组正上方的巡检无人机1的拍摄图片图像识别机组叶轮朝向，巡检无人机1自身首先进行整备角度GPS校正，巡检无人机1云台在零度正北姿态下拍摄正下方风力机组，可以得知风力机组在当前姿态下的轮毂—机身轴向中心线与正北零度线的夹角位置，依据风力机组朝向角度、最小安全距离及机舱顶部无人机飞行原点标识3位置可得到动态巡检起始A点9位置。
其中，机舱顶部无人机飞行原点标识3位置距轮毂导流罩距离+无人机值轮毂导流罩最小安全距离＝|OA|；
(XA,YA)＝(cosα*|OA|，sinα*|OA|)；
此外，巡检无人机1垂直高度＝风力机叶片半径+最小安全距离。
其中，二次航线7为OA之间航线，二次航线7组成分为巡检无人机1垂直高度向上高程与|OA|组成的“n”型航线轨迹，其中巡检无人机1垂直高度向上高程组成“n”型航线轨迹的两个竖向直线，|OA|组成的“n”型航线轨迹中间连接的横向直线。
其中，动态巡检起始A点9为叶片正前方的距离叶轮旋转平面定值距离的轮毂机场轴向中心线上某点，动态巡检执行航线8是从动态巡检起始A点9到动态巡检末端B点10，巡检无人机1搭载的AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集。
综上，本发明提供的风电机组无人机巡检系统装置，通过将巡检无人机1引入图像识别技术，实时识别机组姿态和朝向，通过机组朝向角度、最小安全距离及机舱顶部无人机飞行原点标识3位置定义和计算动态巡检起始A点9位置，作为动态巡检执行航线8起始点；通过将巡检无人机1搭载高速拍摄相机以及AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集，实现在不损失发电量的同时完成叶片巡检，高效简洁，减少人工过多的干涉和参与；本发明提供的风电机组无人机巡检路径规划方法，通过采用单个区域内规划巡检无人机1的一次航线6、二次航线7和动态巡检执行航线8阶段性规划与预制方法，实现了风电场内机组巡检无人机1自主巡检；通过定义机舱顶部无人机飞行原点标识3位置和无人机机场2位置，适配机组叶片长度或叶轮直径，通过规划“n”型航线坐标和位置，保证了在叶轮旋转条件下的设备及机组的安全；能够有效地减少人工预先全局规划的工作，实现全自动路径规划的功能，对实现风机自动巡检任务起着积极的作用；结合风电场区域内一次航线6和目标机组二次航线7前期规划方案，实现无飞手参与条件下的，配合无人机机场2，实现巡检无人机1自动化巡检；采用获取风电机组姿态和偏航角度，结合不停机巡检策略方法，实现风电机组科学准确巡检，实现风电机组巡检更加经济可行的方法。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风电机组无人机巡检系统装置，其特征在于，包括：
巡检无人机(1)，其上设有高速拍摄相机、可见光相机单元、激光测距避障单元、热成像相机单元以及AI触发抓拍模块；
其中，高速拍摄相机具备对高速运动物体的运动轨迹进行拍摄，帮助捕捉肉眼无法看到的图像和运动过程；
其中，可见光相机单元具备在夜间和日间光伏板红外缺陷图像摄取能力；
其中，激光测距避障单元具备激光测距自主避障设定拍摄距离摄取功能；
其中，热成像相机单元具备对运动实物触发抓拍图像摄取，且物体不拖影；
其中，AI触发抓拍模块具备自主触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组无人机巡检系统装置，其特征在于：所述巡检无人机(1)采用大疆无人机经纬M300 RTK并搭载大疆禅思L1集成全画幅图像传感器与三轴云台。
3.一种风电机组无人机巡检路径规划方法，采用权利要求1-2任一项所述的风电机组无人机巡检系统装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、标识坐标：通过获取关于巡检范围内风电机组塔筒机位坐标和各台机组叶片中心转轴的空间三维坐标，并基于机组塔筒机位坐标标记机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置；
S2、建立航线：巡检开始前，需在巡检系统内预设塔筒高度、风轮半径以及最小安全距离，根据风电场地理信息设定区域范围，并按巡检无人机(1)单次往返续航时间，确定巡检无人机(1)以及无人机机场(2)的数量；
S3、规划航线：在单个区域内规划巡检无人机(1)的一次航线(6)、二次航线(7)以及动态巡检执行航线(8)，其中动态巡检执行航线(8)的两端分别设置为动态巡检起始A点(9)和动态巡检末端B点(10)；
S4、巡检作业：巡检无人机(1)根据行路线规划完成的预设航线从无人机机场(2)起飞，对该巡检无人机(1)执行一次航线(6)，使得巡检无人机(1)到达机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置，根据机组实时姿态和位置进行二次航线(7)的识别规划和路径下发执行，最后基于该单次任务巡检无人机(1)进行动态巡检执行航线(8)的规划结果完成巡检任务，随后巡检无人机(1)评估剩余巡航能力自我决策进行返回无人机机场(2)或持续进行下一个机组的巡检任务。
4.根据权利要求3所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：从机场部署机组(4)的无人机机场(2)出发飞至区域内目标巡检机组(5)的机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置上方指定位置为一次航线(6)。
5.根据权利要求4所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述一次航线(6)依托于巡检无人机(1)搭配大疆智图软件，对目标巡检风电场内区域建立实时获取面积区域的地理信息，通过三维点云数据信息在大疆智图软件系统内设置精细化的一次航线(6)。
6.根据权利要求3所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：从区域内目标巡检机组(5)的机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置上方指定位置获取机组实时姿态后飞至动态巡检起始A点(9)的过程为二次航线(7)。
7.根据权利要求6所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述二次航线(7)的生成依托于在机组正上方的巡检无人机(1)的拍摄图片图像识别机组叶轮朝向，巡检无人机(1)自身首先进行整备角度GPS校正，巡检无人机(1)云台在零度正北姿态下拍摄正下方风力机组，可以得知风力机组在当前姿态下的轮毂—机身轴向中心线与正北零度线的夹角位置，依据风力机组朝向角度、最小安全距离及机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置可得到动态巡检起始A点(9)位置。
8.根据权利要求3所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述机舱顶部无人机飞行原点标识(3)位置距轮毂导流罩距离+无人机值轮毂导流罩最小安全距离＝|OA|；
(XA,YA)＝(cosα*|OA|，sinα*|OA|)；
此外，巡检无人机(1)垂直高度＝风力机叶片半径+最小安全距离。
9.根据权利要求8所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述二次航线(7)为OA之间航线，所述二次航线(7)组成分为巡检无人机(1)垂直高度向上高程与|OA|组成的“n”型航线轨迹，其中巡检无人机(1)垂直高度向上高程组成“n”型航线轨迹的两个竖向直线，|OA|组成的“n”型航线轨迹中间连接的横向直线。
10.根据权利要求7所述的一种风电机组无人机巡检路径规划方法，其特征在于：所述动态巡检起始A点(9)为叶片正前方的距离叶轮旋转平面定值距离的轮毂机场轴向中心线上某点，动态巡检执行航线(8)是从动态巡检起始A点(9)到动态巡检末端B点(10)，所述巡检无人机(1)搭载的AI触发抓拍模块触发抓拍功能，保证在叶片进入相机视野条件下触发图像摄取，实现在风机不停机条件下动态对三支叶片的前缘、轮毂罩和PS面的外表视频和图像的采集。
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Cited By (1)
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2023
- 2023-11-17 CN CN202311536508.9A patent/CN117631694A/zh active Pending
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| CN117876624A (zh) * | 2024-03-13 | 2024-04-12 | 纵古(江苏)智能科技有限公司 | 基于无人机遥感影像的复杂环境航迹规划方法 |
| CN117876624B (zh) * | 2024-03-13 | 2024-05-07 | 纵古(江苏)智能科技有限公司 | 基于无人机遥感影像的复杂环境航迹规划方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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