CN117664998A - 一种风力发电机的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机的检测方法及系统，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，采用航摄仪完成叶片图像数据采集；所述航摄仪在规划的航线下以及叶片旋转过程中完成叶片图像数据采集；在飞行器携带航摄仪沿航线飞行过程中，叶片旋转过程中目标叶片经过航摄仪拍摄区域，航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集。采用本方案提供的技术方案，可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，以达到不影响风力发电机工作、提高叶片图像数据采集效率的目的。

Description

一种风力发电机的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及航摄技术领域，特别是涉及一种风力发电机的检测方法及系统。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的设备，风力发电机一般包括叶片、发电机、调向器、塔架、限速安全架构和储能装置等。叶片是风力发电机中最基础同时为最关键、最昂贵的部件，其良好的性能是保证机组正常稳定运行的首要因素。

由于叶片整体裸露在自然环境中工作，叶片损失失效事故时有发生。当叶片发生失效事故特别是单片断裂事故时，叶片之间的平衡状态被破坏，发电机组振动会突然加剧，此种状态下如不存在机组保护措施或机组保护未及时介入，将对发电机组轴系以及塔筒带来严重危害，严重时可能导致整台机组被毁。在风力发电机长期运行过程中，叶片发生失效通常需要长期的过程，如前期能够对叶片表面损伤情况进行有效监测，可有效避免出现如叶片断裂现象这样的严重事故。故对风机的叶片表面进行损伤检测对保障风力发电机组正常运行具有重要意义。

目前，对叶片表面进行损伤检测较为常见的方式为人工爬上风力发电机进行检测，此种方式不仅会花费大量的人力，而且为高空作业项目，对作业人员的人身安全具有一定的风险。除了以上方式以外，现有技术中，如申请号为CN201910275868.5、CN201410407778.4、CN201810235830.0、CN201911393629.6等专利申请文件提供的技术方案，这些方案中采用到了基于图像识别技术实现叶片表面损伤检测，同时采用到了基于飞行器实现叶片表面损伤检测的技术方案。

对用于风力发电机叶片表面损伤检测的检测技术进行进一步优化，无疑对推进我国清洁能源发展进程具有积极的意义。

发明内容

针对上述提出的相对用于风力发电机叶片表面损伤检测的检测技术进行进一步优化，无疑对推进我国清洁能源发展进程具有积极的意义的技术问题，本发明提供了一种风力发电机的检测方法及系统。采用本方案提供的技术方案，可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，以达到不影响风力发电机工作、提高叶片图像数据采集效率的目的。

针对上述问题，本发明提供的一种风力发电机的检测方法及系统通过以下技术要点来解决问题：一种风力发电机的检测方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，采用航摄仪完成叶片图像数据采集；

所述航摄仪在规划的航线下以及叶片旋转过程中完成叶片图像数据采集；

在飞行器携带航摄仪沿航线飞行过程中，叶片旋转过程中目标叶片经过航摄仪拍摄区域，航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集。

现有技术为：如申请号为CN201910275868.5的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种通过风机叶片表面图像数据完成风机叶片探测的技术方案；如申请号为CN201410407778.4的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种以无人机作为功能模块载体，通过航摄的方式获取到相关图像、声场信号，达到判定叶片损伤情况目的的技术方案；如申请号为CN201810235830.0的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种采用图像采集装置，同时将图像采集装置设置在相邻塔架上，通过对图像采集装置所采集到的图像进行处理，实现风力发电机叶片表面缺陷检测的技术方案；如申请号为CN201911393629.6的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种以无人机为载体，通过搭载相机以及沿着风力机叶片的径向方向完成图像数据采集，最终完成叶片巡检的技术方案。

即：现有技术中，为达到叶片图像数据采集目的，多采用采集静止状态下风力发电机叶片的完整二维拼接图片，同时在采用无人机完成叶片图像数据采集的过程中，一般根据风机当下的状态以及叶片数据进行无人机航线规划，使得航线下对应的拍摄区域覆盖每一个叶片的正反面或所需的目标表面，前提通过对叶片每一处细节进行拍摄，后期通过AI或者人工对照片中的表面缺陷进行识别，判断是否有损伤。

本方案在基于现有航摄设备的基础上，提供了一种可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，以达到不影响风力发电机工作、提高叶片图像数据采集效率目的技术方案。

具体的：

本方案中，所述目标叶片即为要对其表面图像数据进行采集的对象叶片，所述目标表面即为目标叶片的表面图像采集区域。目标叶片可以是风力发电机的全部叶片，也可以是风力发电机的部分叶片；目标表面也可是目标叶片的全部表面，也可以是目标叶片的部分表面。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，设定为在规划航线下，目标叶片以及目标叶片上的目标区域能够掠过航摄仪对应的拍摄区域，这样，针对现有风力发电机叶片一般为多片，在对叶片进行表面情况图像获取时，大多数情况下需要获得全部叶片全部表面图像数据的特点，提供了一种以叶片转动轨迹形成的圆形模型为参考，仅需要规划为所述航线的具体拍摄航线延伸路径包括由所述圆形模型的中部至端部或端部至中部的路径即可，区别于传统根据叶片的走行以及具体停留位置规划航线，本方案中航线的规划长度可明显缩短，从而达到提升叶片图像数据采集效率的目的。

同时本方案中，根据现有航摄的特点：可沿着航线进行不同位置多点拍摄、可在同一位置以不同拍摄角度进行拍摄，如具体拍摄目的需要满足三维图像/二维图像生成所需要的图像重叠率的情况时，通过控制航摄仪的移动速度即可满足针对单个目标叶片所需的图像重叠率、采用不同位置悬停拍摄的方式即可获得针对单个目标叶片所需的图像重叠率，故采用本方案，可很好的将现有地面测绘技术运用到风力发电机叶片的故障检测上，实现叶片三维成像/二维图像。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，以航摄仪沿着规划的航线运动以及叶片自身转动相配合的方式，使得组成目标表面的各部分依次进入到航摄仪的拍摄区域范围内，以上过程中并不需要风力发电机停止转动，故本方案可在风力发电机工作过程中进行；在图像采集质量上，通过控制航摄仪、快门速度、叶片的距离等，即可保证叶片上各区域的成像质量(如分辨率要求)，故本方案亦为一种在航线尽可能短的情况下，可保证目标区域图像数据质量的技术方案。

在具体实施时，现有传统用于地面测绘的航摄仪性能即可满足风力发电机叶片表面图像数据采集的需求，在现有常用航摄仪的性能的基础上，优选的，航摄仪上挂载的相机采用全局快门相机，通过避免航片的快门畸变，使得在所获得的图像上更容易分辨出叶片损伤。

作为所述的风力发电机的检测方法进一步的技术方案：

所述航线的规划方式为：航摄仪随飞行器沿所述航线飞行过程中，在任意拍摄位置或拍摄姿态下，目标叶片的目标表面区域局部进入所述拍摄区域的覆盖范围内，在整个飞行过程中通过在多个拍摄位置或拍摄姿态下进行拍摄，使得目标叶片的目标表面区域图像数据能够全部被航摄仪所获取。本方案中，所述拍摄位置可理解为在航摄仪随飞行器沿所述航线飞行过程中的任意图像数据采集位置，所述拍摄姿态可理解为任意图像数据采集时航摄仪的状态，所述状态可为相机拍摄时的角度。这样，本方案获得全部目标表面区域图像数据通过在多个拍摄位置或拍摄姿态下获得，在目标表面面积较大的情况下，可实现：通过多张分辨率较高的航片拼接获得全部所需的表面图像数据，从而使得所述表面图像数据能够用于清晰分辨叶片损伤情况。在具体实施时，考虑到现有相机的参数，设置为所述拍摄位置沿着风力发电机的径向方向依次改变/平移、所述拍摄姿态下对应的拍摄区域的位置改变方式沿着风力发电机的径向方向改变/平移。作为叶片图像数据采集方式：

沿航线进行多点拍摄，在所述拍摄点中，根据航摄仪的运动速度(包括采用悬停拍摄的方式)，使得针对任意目标叶片，均可使得该目标叶片对应的各航片具有要求的重叠率；

沿航线进行多点拍摄或单点拍摄，在任意一个拍摄点中，航摄仪完成上一次拍摄后改变相机的拍摄角度进行下一次拍摄，根据航摄仪的运动速度(包括采用悬停拍摄的方式)，使得针对任意目标叶片，均可使得该目标叶片对应的各航片具有要求的重叠率。

综上，优选的，为实现图像数据融合以及保证图像处理质量，设置为：针对任意目标叶片，所获得的表面图像数据均具有所设定的图像重叠率。

为实现风力发电机叶片表面图像采集全面覆盖，设置为：所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；所述目标区域包括叶片的前、后端面。在具体实施时，设置为所述叶片的前端和后端均规划有用于图像数据采集的拍摄航线即可，所述拍摄航线可理解为是以上航线的组成部分或全部。根据现有叶片结构特点，由于航摄仪在位于风力发电机的前端以及后端时，叶片的侧面一般不存在图像数据采集死角，故此状态下能够较好的完成叶片表面图像数据全面采集。

作为一种具体的航线规划方式，设置为：所述航线的规划方式按照以下步骤进行：

S1、获得参考基准面，所述参考基准面为：叶片旋转过程中，叶片表面任意一点形成的圆形轨迹所在的平面；

S2、在平行于参考基准面的平面上规划航线，使得航摄仪在沿着所述航线飞行的过程中，叶片的目标区域落入所述拍摄区域的覆盖范围内；

所述平面与参考基准面的距离通过如下方式获得：

其中，GSD表示航片的分辨率，h表示所述平面与参考基准面的距离，p表示像元大小，f表示焦距，θ表示航摄仪拍摄角度与水平面的夹角。本方案中，首先通过在平行于叶片旋转平面的平面上规划航线，而后根据航摄仪相机的参数以及拍摄需求，确定参考基准面与所选定平面的为距离，最终获得航线所处平面相对于风力发电机的具体位置。在具体实施时，针对全面获得叶片图像数据的采集要求，位于风力发电机前侧和后侧的航线均可通过如上方式进行规划。

更为具体的，所述参考基准面通过如下方式获得：

S1-1、获得叶片旋转形成的旋转模型，所述旋转模型通过地面数据采集获得；

S1-2、在叶片表面各点形成的若干平面中，选择其中一个平面定义为参考基准面。本方案为一种容易实现的参考基准面获取方式，所述旋转模型方式可采为激光雷达获取其点云数据模型、通过倾斜摄影获取的mesh模型等。所述旋转模型即由所述的若干平面形成，在具体实施时，可根据目标表面上的重点位置，将所述重点位置旋转所形成的平面作为所述参考基准面。该参考基准面获取方式为考虑对参考基准面精度需求以及参考基准面获取便捷性、成本(如对比航测获取方式)的一种具体的下位概念，在运用为相对以上下位概念的上位概念，如：获得发电机叶片上多个点的坐标数据，所述坐标数据通过激光雷达设备等获取，而后在叶片表面各点旋转形成的若干平面中选择其中一个平面定义为参考基准面均应该认定为与以上方案等同。

作为所述航线的具体构成方式，设置为：定义所述航线由起飞航线、拍摄航线、过渡航线以及降落航线组成；

所述拍摄航线为：航摄仪对目标叶片进行叶片图像数据采集的航线段，其中，拍摄航线有两段：作为起飞航线与过渡航线衔接航线的第一拍摄航线、作为过渡航线与降落航线衔接航线的第二拍摄航线，所述第一拍摄航线与第二拍摄航线两者中，其中一者位于叶片的前侧，另一者位于叶片的后侧；

所述起飞航线为：飞行器由起飞点飞行至第一拍摄航线起始点的航线段；

所述过渡航线为：飞行器由第一拍摄航线终点飞行至第二拍摄航线起始点的航线段；

所述降落航线为：飞行器由第二拍摄航线终点飞行至降落点的航线段；

所述拍摄航线沿着所述圆形轨迹的径向方向延伸。本方案中，通过限定为拍摄航线沿着所述圆形轨迹的径向方向延伸，旨在提供一种能够不仅能够全面覆盖叶片表面，同时为一种航线最短、航摄效率最高的具体方案。在具体实施时，可采用如下两种执行方式实现：一种方式是只有作为飞行器的无人机处于拍摄航线时相机才进行拍摄，这种优点是航片少，不用剔选，每张都可以直接使用，但控制相对麻烦；另一种是作为飞行器的无人机起飞后，相机接受到拍照信号后，不管飞行器位于哪段航线均执行连续的拍摄动作，直到航摄仪接受到停拍信号，采用该种方式操作简单，但后期的航片需要剔选以排除无用航片。本领域技术人员在选择执行方式时，可从航摄数据存储、传递方式；航摄数据存储、传递能力；航摄数据后期处理能力等进行综合考良以选择适合当下运用的执行方式。具体如：航摄数据采用航摄仪工作时通过机载存储设备存储，降落后再读取以进行进一步运用时，如判定为单次飞行(不局限于针对单个风力发电机的叶片)航摄数据量可能超过存储设备的存储能力时，宜采用第一种方式。

作为一种便于获得平行于所述旋转模型的参考基准面，避免航摄仪沿航线运动过程中相对于叶片距离发生误差偏离而给后续叶片表面缺陷识别造成干扰，设置为：用于形成所述圆形轨迹的点为叶片的自由端顶点，本方案中，利用所述自由端顶点形成所述圆形轨迹作为参考基准面为一种误差最小，容易捕捉的技术方案；

为避免在本方案执行过程中风力发电机叶片角度发生偏转，设置为：所述参考基准面形成于风力发电机偏航轴被锁定的状态下；

为避免在本方案执行过程中风力发电机叶片角度发生偏转，设置为：所述叶片图像数据采集过程在以上偏航轴被锁定状态下完成；

为使得叶片由叶根(连接端)到叶尖(自由端)均能够被被清楚的拍摄到，设置为：所述θ值为0°。

由于本方案在工作时航摄仪间断处于间歇性航片可被利用的空时状态，为减小航片数量、减小航片数据处理量以及延长航摄仪/航摄设备续航，设置为：航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集通过触发装置触发；

所述触发装置被配置为用于监测叶片是否进入到航摄仪拍摄区域。在具体实施时，所述触发装置被配置为采用红外触发装置等均可。

本方案还公开了一种风力发电机的检测系统，所述检测系统内置有执行如上任意一项检测方法的控制程序。本检测系统为包括以上检测方法的系统。

本发明具有以下有益效果：

本方案在基于现有航摄设备的基础上，提供了一种可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，以达到不影响风力发电机工作、提高叶片图像数据采集效率目的技术方案。

具体的：

本方案中，所述目标叶片即为要对其表面图像数据进行采集的对象叶片，所述目标表面即为目标叶片的表面图像采集区域。目标叶片可以是风力发电机的全部叶片，也可以是风力发电机的部分叶片；目标表面也可是目标叶片的全部表面，也可以是目标叶片的部分表面。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，设定为在规划航线下，目标叶片以及目标叶片上的目标区域能够掠过航摄仪对应的拍摄区域，这样，针对现有风力发电机叶片一般为多片，在对叶片进行表面情况图像获取时，大多数情况下需要获得全部叶片全部表面图像数据的特点，提供了一种以叶片转动轨迹形成的圆形模型为参考，仅需要规划为所述航线的具体拍摄航线延伸路径包括由所述圆形模型的中部至端部或端部至中部的路径即可，区别于传统根据叶片的走行以及具体停留位置规划航线，本方案中航线的规划长度可明显缩短，从而达到提升叶片图像数据采集效率的目的。

同时本方案中，根据现有航摄的特点：可沿着航线进行不同位置多点拍摄、可在同一位置以不同拍摄角度进行拍摄，如具体拍摄目的需要满足三维图像生成所需要的图像重叠率的情况时，通过控制航摄仪的移动速度即可满足针对单个目标叶片所需的图像重叠率、采用不同位置悬停拍摄的方式即可获得针对单个目标叶片所需的图像重叠率，故采用本方案，可很好的将现有地面测绘技术运用到风力发电机叶片的故障检测上，实现叶片三维成像。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，以航摄仪沿着规划的航线运动以及叶片自身转动相配合的方式，使得组成目标表面的各部分依次进入到航摄仪的拍摄区域范围内，以上过程中并不需要风力发电机停止转动，故本方案可在风力发电机工作过程中进行；在图像采集质量上，通过控制航摄仪与叶片的距离即可保证叶片上各区域的成像质量，故本方案亦为一种在航线尽可能短的情况下，可保证目标区域图像数据质量的技术方案。

附图说明

图1为本方案所述的风力发电机的检测方法一个具体运用实施例中，完成偏航轴锁定的风力发电机的状态示意图；

图2为本方案所述的风力发电机的检测方法一个具体运用实施例中，用于反映航摄仪与风力发电机相对位置的示意图；

图3为在图1的基础上，通过圆形轨迹示意参考基准面的示意图；

图4为在图3的基础上，示意用于承载航线的平面与参考基准面的相对位置；

图5为在图3的基础上，示意航线与风力发电机的相对位置；

图6为本方案所述的风力发电机的检测方法一个具体实施例中，通过第一拍摄航线、过渡航线、第二拍摄航线形成的航线段的具体走形；

图7为本方案所述的风力发电机的检测方法一个具体运用实施例中，用于反映相邻两拍摄点的相对位置关系的示意图；

图8为本方案所述的风力发电机的检测方法一个具体运用实施例中，用于反映在同一拍摄点，通过调整航摄仪姿态获得的不同拍摄区域的相对位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图8所示，一种风力发电机的检测方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，采用航摄仪完成叶片图像数据采集；

所述航摄仪在规划的航线下以及叶片旋转过程中完成叶片图像数据采集；

在飞行器携带航摄仪沿航线飞行过程中，叶片旋转过程中目标叶片经过航摄仪拍摄区域，航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集。

现有技术为：如申请号为CN201910275868.5的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种通过风机叶片表面图像数据完成风机叶片探测的技术方案；如申请号为CN201410407778.4的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种以无人机作为功能模块载体，通过航摄的方式获取到相关图像、声场信号，达到判定叶片损伤情况目的的技术方案；如申请号为CN201810235830.0的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种采用图像采集装置，同时将图像采集装置设置在相邻塔架上，通过对图像采集装置所采集到的图像进行处理，实现风力发电机叶片表面缺陷检测的技术方案；如申请号为CN201911393629.6的专利申请文件提供的技术方案，提供了一种以无人机为载体，通过搭载相机以及沿着风力机叶片的径向方向完成图像数据采集，最终完成叶片巡检的技术方案。

即：现有技术中，为达到叶片图像数据采集目的，多采用采集静止状态下风力发电机叶片的完整二维拼接图片，同时在采用无人机完成叶片图像数据采集的过程中，一般根据风机当下的状态以及叶片数据进行无人机航线规划，使得航线下对应的拍摄区域覆盖每一个叶片的正反面或所需的目标表面，前提通过对叶片每一处细节进行拍摄，后期通过AI或者人工对照片中的表面缺陷进行识别，判断是否有损伤。

本方案在基于现有航摄设备的基础上，提供了一种可在风力发电机运行过程中完成叶片图像数据采集，以达到不影响风力发电机工作、提高叶片图像数据采集效率目的技术方案。

具体的：

本方案中，所述目标叶片即为要对其表面图像数据进行采集的对象叶片，所述目标表面即为目标叶片的表面图像采集区域。目标叶片可以是风力发电机的全部叶片，也可以是风力发电机的部分叶片；目标表面也可是目标叶片的全部表面，也可以是目标叶片的部分表面。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，设定为在规划航线下，目标叶片以及目标叶片上的目标区域能够掠过航摄仪对应的拍摄区域，这样，针对现有风力发电机叶片一般为多片，在对叶片进行表面情况图像获取时，大多数情况下需要获得全部叶片全部表面图像数据的特点，提供了一种以叶片转动轨迹形成的圆形模型为参考，仅需要规划为所述航线的具体拍摄航线延伸路径包括由所述圆形模型的中部至端部或端部至中部的路径即可，区别于传统根据叶片的走行以及具体停留位置规划航线，本方案中航线的规划长度可明显缩短，从而达到提升叶片图像数据采集效率的目的。

同时本方案中，根据现有航摄的特点：可沿着航线进行不同位置多点拍摄、可在同一位置以不同拍摄角度进行拍摄，如具体拍摄目的需要满足三维图像生成所需要的图像重叠率的情况时，通过控制航摄仪的移动速度即可满足针对单个目标叶片所需的图像重叠率、采用不同位置悬停拍摄的方式即可获得针对单个目标叶片所需的图像重叠率，故采用本方案，可很好的将现有地面测绘技术运用到风力发电机叶片的故障检测上，实现叶片三维成像。

本方案中，利用工作过程中的风力发电机叶片持续转动的特点，以航摄仪沿着规划的航线运动以及叶片自身转动相配合的方式，使得组成目标表面的各部分依次进入到航摄仪的拍摄区域范围内，以上过程中并不需要风力发电机停止转动，故本方案可在风力发电机工作过程中进行；在图像采集质量上，通过控制航摄仪与叶片的距离即可保证叶片上各区域的成像质量，故本方案亦为一种在航线尽可能短的情况下，可保证目标区域图像数据质量的技术方案。

在具体实施时，现有传统用于地面测绘的航摄仪性能即可满足风力发电机叶片表面图像数据采集的需求，在现有常用航摄仪的性能的基础上，优选的，航摄仪上挂载的相机采用全局快门相机，通过避免航片的快门畸变，使得在所获得的图像上更容易分辨出叶片损伤。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化和细化：

所述航线的规划方式为：航摄仪随飞行器沿所述航线飞行过程中，在任意拍摄位置或拍摄姿态下，目标叶片的目标表面区域局部进入所述拍摄区域的覆盖范围内，在整个飞行过程中通过在多个拍摄位置或拍摄姿态下进行拍摄，使得目标叶片的目标表面区域图像数据能够全部被航摄仪所获取。本方案中，所述拍摄位置可理解为在航摄仪随飞行器沿所述航线飞行过程中的任意图像数据采集位置，所述拍摄姿态可理解为任意图像数据采集时航摄仪的状态，所述状态可为相机拍摄时的角度。这样，本方案获得全部目标表面区域图像数据通过在多个拍摄位置或拍摄姿态下获得，在目标表面面积较大的情况下，可实现：通过多张分辨率较高的航片拼接获得全部所需的表面图像数据，从而使得所述表面图像数据能够用于清晰分辨叶片损伤情况。在具体实施时，考虑到现有相机的参数，设置为所述拍摄位置沿着风力发电机的径向方向依次改变/平移、所述拍摄姿态下对应的拍摄区域的位置改变方式沿着风力发电机的径向方向改变/平移。作为叶片图像数据采集方式：

沿航线进行多点拍摄，在所述拍摄点中，根据航摄仪的运动速度(包括采用悬停拍摄的方式)，使得针对任意目标叶片，均可使得该目标叶片对应的各航片具有要求的重叠率；

沿航线进行多点拍摄或单点拍摄，在任意一个拍摄点中，航摄仪完成上一次拍摄后改变相机的拍摄角度进行下一次拍摄，根据航摄仪的运动速度(包括采用悬停拍摄的方式)，使得针对任意目标叶片，均可使得该目标叶片对应的各航片具有要求的重叠率。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化和细化：

综上，优选的，为实现图像数据融合以及保证图像处理质量，设置为：针对任意目标叶片，所获得的表面图像数据均具有所设定的图像重叠率。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化和细化：

为实现风力发电机叶片表面图像采集全面覆盖，设置为：所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；所述目标区域包括叶片的前、后端面。在具体实施时，设置为所述叶片的前端和后端均规划有用于图像数据采集的拍摄航线即可，所述拍摄航线可理解为是以上航线的组成部分或全部。根据现有叶片结构特点，由于航摄仪在位于风力发电机的前端以及后端时，叶片的侧面一般不存在图像数据采集死角，故此状态下能够较好的完成叶片表面图像数据全面采集。

实施例5：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化和细化：

作为一种具体的航线规划方式，设置为：所述航线的规划方式按照以下步骤进行：

S1、获得参考基准面，所述参考基准面为：叶片旋转过程中，叶片表面任意一点形成的圆形轨迹所在的平面；

S2、在平行于参考基准面的平面上规划航线，使得航摄仪在沿着所述航线飞行的过程中，叶片的目标区域落入所述拍摄区域的覆盖范围内；

所述平面与参考基准面的距离通过如下方式获得：

其中，GSD表示航片的分辨率，h表示所述平面与参考基准面的距离，p表示像元大小，f表示焦距，θ表示航摄仪拍摄角度与水平面的夹角。本方案中，首先通过在平行于叶片旋转平面的平面上规划航线，而后根据航摄仪相机的参数以及拍摄需求，确定参考基准面与所选定平面的为距离，最终获得航线所处平面相对于风力发电机的具体位置。在具体实施时，针对全面获得叶片图像数据的采集要求，位于风力发电机前侧和后侧的航线均可通过如上方式进行规划。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上做进一步优化和细化：

更为具体的，所述参考基准面通过如下方式获得：

S1-1、获得叶片旋转形成的旋转模型，所述旋转模型通过地面数据采集获得；

S1-2、在叶片表面各点形成的若干平面中，选择其中一个平面定义为参考基准面。本方案为一种容易实现的参考基准面获取方式，所述旋转模型方式可采为激光雷达获取其点云数据模型、通过倾斜摄影获取的mesh模型等。所述旋转模型即由所述的若干平面形成，在具体实施时，可根据目标表面上的重点位置，将所述重点位置旋转所形成的平面作为所述参考基准面。

实施例7：

本实施例在实施例5或6的基础上做进一步优化和细化：

作为所述航线的具体构成方式，设置为：定义所述航线由起飞航线、拍摄航线、过渡航线以及降落航线组成；

所述拍摄航线为：航摄仪对目标叶片进行叶片图像数据采集的航线段，其中，拍摄航线有两段：作为起飞航线与过渡航线衔接航线的第一拍摄航线、作为过渡航线与降落航线衔接航线的第二拍摄航线，所述第一拍摄航线与第二拍摄航线两者中，其中一者位于叶片的前侧，另一者位于叶片的后侧；

所述起飞航线为：飞行器由起飞点飞行至第一拍摄航线起始点的航线段；

所述过渡航线为：飞行器由第一拍摄航线终点飞行至第二拍摄航线起始点的航线段；

所述降落航线为：飞行器由第二拍摄航线终点飞行至降落点的航线段；

所述拍摄航线沿着所述圆形轨迹的径向方向延伸。本方案中，通过限定为拍摄航线沿着所述圆形轨迹的径向方向延伸，旨在提供一种能够不仅能够全面覆盖叶片表面，同时为一种航线最短、航摄效率最高的具体方案。

实施例8：

本实施例在实施例5或6的基础上做进一步优化和细化：

作为一种便于获得平行于所述旋转模型的参考基准面，避免航摄仪沿航线运动过程中相对于叶片距离发生误差偏离而给后续叶片表面缺陷识别造成干扰，设置为：用于形成所述圆形轨迹的点为叶片的自由端顶点，本方案中，利用所述自由端顶点形成所述圆形轨迹作为参考基准面为一种误差最小，容易捕捉的技术方案；

实施例9：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化和细化：

为避免在本方案执行过程中风力发电机叶片角度发生偏转，设置为：所述参考基准面形成于风力发电机偏航轴被锁定的状态下；

为避免在本方案执行过程中风力发电机叶片角度发生偏转，设置为：所述叶片图像数据采集过程在以上偏航轴被锁定状态下完成；

为使得叶片由叶根(连接端)到叶尖(自由端)均能够被被清楚的拍摄到，设置为：所述θ值为0°。

由于本方案在工作时航摄仪间断处于间歇性航片可被利用的空时状态，为减小航片数量、减小航片数据处理量以及延长航摄仪/航摄设备续航，设置为：航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集通过触发装置触发；

所述触发装置被配置为用于监测叶片是否进入到航摄仪拍摄区域。在具体实施时，所述触发装置被配置为采用红外触发装置等均可。

实施例10：

本实施例在实施例1的基础上提供一种风力发电机的检测系统，所述检测系统内置有执行实施例1所述检测方法的控制程序。本检测系统为包括以上检测方法的系统。

实施例11：

本实施例在实施例1的基础上，提供一种具体的实现方式。

本方案所述的叶片图像数据采集采用以下方式实现：

如图1所示，对风力发电机的偏航轴进行锁定；

如图2所示，获取风力发电机叶片旋转形成的旋转模型数据，可通过激光雷达获取其点云数据获得，或者是通过倾斜摄影获取其mesh模型。

通常情况下，该模型精度要求不高，优选的，为提高作业效率，该旋转模型数据在地面进行数据采集获取。

如图3所示，在叶片旋转形成的旋转模型包含的若干平面中任意选择一个平面定义为平面1，同时将平面1定义为参考基准面，本实施例将叶片顶点转动过程中形成的圆定为平面1。

如图4所示，将平面1向前移动距离4，形成平面2，将平面1向后移动距离5，形成平面3，分别获得位于风力发电机前端和后端的用于在其上进行航线规划的平面。其中，移动的距离4和距离5满足航摄仪的性能参数和对图像质量的要求，具体要求可按照后续内容进行确定。

如图5所示，在所获得的平面2和平面3上规划航线，本实施例中，在平面2及平面3上任取一半径作为无人机航线，将两段拍摄航线采用过渡航线相连，并增加起飞航线及降落航线，形成完整的航线。

优选的，考虑到作业效率，可以将两段互相平行的半径作为两段拍摄航线。在两半径所在平面，将两段半径作为切线获得半圆，该半圆为过渡航线。

图6为过渡航线以及两段拍摄航线形成的航线段。

如图7所示，根据航摄仪的性能以及图像获取要求确定具体拍摄方式，在图6中，相关表示的含义为：

θ-相机拍摄角度与水平面夹角；

a-相邻两个拍摄位置的拍摄重叠区域

b-相邻两个拍摄位置距离

c-单个相机拍摄区域

其中，距离4和距离5是根据项目要求的分辨率进行设定，要求在该分辨率的情况下，能清晰分辨航片中的叶片损伤，一般情况下，关于对叶片损伤的定义规则，由于对叶片的前端和后端要求一致，故分辨率要求相同，因此距离4和距离5可采用相同数值，具体距离数值采用如下方式获取：

其中，GSD表示地面分辨率，h表示移动距离，p表示像元大小，f表示焦距，根据要求的分辨率，可以获得平面的直线移动距离。

其中，a、b、c之间满足c＝a+b，其中c在距离确定的情况下是定值，b可以通过无人机控制或进行具体设定，a是计算重叠率的要素，重叠率η＝a/c＝(c-b)/c，则可以通过控制拍摄距离b来控制重叠率。

当飞行器飞行到拍摄航线上时，优选的，为保证将叶片从叶尖到叶根都拍清楚，可以将θ设置为0°，使相机水平拍摄。中途按照重叠率要求，每隔距离b再次开始拍摄，每次拍摄需要将所有叶片拍摄完，每次可以选择连续拍摄多张照片，直到风机转完一圈，将每个叶片都拍下，再移动到下个拍摄点。

优选的，也可以使用红外触发装置，当叶片转动到相机面前时，触发装置触发相机拍照，针对三叶片风力发电机，将三个叶片全部拍摄完成，再移动到下一个点继续拍摄。直到达到航线另一端，在点上完成拍摄后，这段航线拍摄完成。

优选的，采用无人机作为飞行器，挂载的相机可以为全局快门相机，可以避免航片的快门畸变，更容易分辨叶片损伤。

如图8所示，区别于图7或在图7的基础上提供另一种拍摄方式或更为具体的拍摄方式，即：无人机到达拍摄航线后，可以选择在拍摄航线中任意点停止，如根据航摄仪的性能、拍摄要求等停留在半径中点，在该悬停位置下，通过转动航摄设备上云台的俯仰轴，改变相机的拍摄角度，通过多次改变拍摄角度，使得所获得的航片能够覆盖整个叶片一端的目标区域或者增大航摄仪的拍摄覆盖区域，且相邻两次拍摄设定所需的重叠区域，每个角度都进行多张拍摄以在叶片转动过程中覆盖每个叶片。在第一拍摄航线拍摄完成后，再移动到第二拍摄航线，按相同方式拍摄。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机的检测方法，包括用于获得风力发电机叶片图像数据的图像获取步骤，所述图像获取步骤中，采用航摄仪完成叶片图像数据采集；

其特征在于，所述航摄仪在规划的航线下以及叶片旋转过程中完成叶片图像数据采集；

在飞行器携带航摄仪沿航线飞行过程中，叶片旋转过程中目标叶片经过航摄仪拍摄区域，航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集。

2.根据权利要求1所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，所述航线的规划方式为：航摄仪随飞行器沿所述航线飞行过程中，在任意拍摄位置或拍摄姿态下，目标叶片的目标表面区域局部进入所述拍摄区域的覆盖范围内，在整个飞行过程中通过在多个拍摄位置或拍摄姿态下进行拍摄，使得目标叶片的目标表面区域图像数据能够全部被航摄仪所获取。

3.根据权利要求2所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，针对任意目标叶片，所获得的表面图像数据均具有所设定的图像重叠率。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，所述目标叶片为风力发电机的全部叶片；所述目标区域包括叶片的前、后端面。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，所述航线的规划方式按照以下步骤进行：

S1、获得参考基准面，所述参考基准面为：叶片旋转过程中，叶片表面任意一点形成的圆形轨迹所在的平面；

S2、在平行于参考基准面的平面上规划航线，使得航摄仪在沿着所述航线飞行的过程中，叶片的目标区域落入所述拍摄区域的覆盖范围内；

所述平面与参考基准面的距离通过如下方式获得：

其中，GSD表示航片的分辨率，h表示所述平面与参考基准面的距离，p表示像元大小，f表示焦距，θ表示航摄仪拍摄角度与水平面的夹角。

6.根据权利要求5所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，所述参考基准面通过如下方式获得：

S1-1、获得叶片旋转形成的旋转模型，所述旋转模型通过地面数据采集获得；

S1-2、在叶片表面各点形成的若干平面中，选择其中一个平面定义为参考基准面。

7.根据权利要求5或6所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，定义所述航线由起飞航线、拍摄航线、过渡航线以及降落航线组成；

所述拍摄航线为：航摄仪对目标叶片进行叶片图像数据采集的航线段，其中，拍摄航线有两段：作为起飞航线与过渡航线衔接航线的第一拍摄航线、作为过渡航线与降落航线衔接航线的第二拍摄航线，所述第一拍摄航线与第二拍摄航线两者中，其中一者位于叶片的前侧，另一者位于叶片的后侧；

所述起飞航线为：飞行器由起飞点飞行至第一拍摄航线起始点的航线段；

所述过渡航线为：飞行器由第一拍摄航线终点飞行至第二拍摄航线起始点的航线段；

所述降落航线为：飞行器由第二拍摄航线终点飞行至降落点的航线段；

所述拍摄航线沿着所述圆形轨迹的径向方向延伸。

8.根据权利要求5或6所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，用于形成所述圆形轨迹的点为叶片的自由端顶点；

所述参考基准面形成于风力发电机偏航轴被锁定的状态下；

所述叶片图像数据采集过程在以上偏航轴被锁定状态下完成；

θ值为0°。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的风力发电机的检测方法，其特征在于，航摄仪对目标叶片上目标表面区域进行表面图像数据采集通过触发装置触发；

所述触发装置被配置为用于监测叶片是否进入到航摄仪拍摄区域。

10.一种风力发电机的检测系统，其特征在于，所述检测系统内置有执行权利要求1至9中任意一项检测方法的控制程序。