TW201821923A - 風機葉面取像方法、其使用的無人飛行載具、內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取記錄媒體 - Google Patents

Abstract

本發明主要揭示一種風機葉面取像方法，用於解決習知葉面攝影採樣結果不佳之問題。該方法可供執行風機葉面取像作業的一電控模組執行，該風機處於一停機狀態，該方法之步驟可包含：控制一無人飛行載具於一風機之數個葉片之相對二葉面周圍飛行，使該無人飛行載具與該等葉面之間距介於一避撞範圍，依序朝向不同葉面攝影，輸出該攝影結果至一伺服平台。藉此，可有效解決上述問題。

Description

風機葉面取像方法、其使用的無人飛行載具、內儲程式之電腦程式產品及 內儲程式之電腦可讀取記錄媒體

本發明係關於一種物體取像方法及裝置；特別是關於一種利用無人飛行載具朝向風力發電機的葉面攝影之風機葉面取像方法及其使用的無人飛行載具。

隨著環保意識與用電需求日益升高，由於傳統利用鍋爐產生水蒸氣推動渦輪之發電方式需使用燃料，不符環保需求，如：火力發電會排放煙塵、核能發電會產生核廢料等，故逐漸發展出開發低污染的綠色能源，如：利用風力、太陽能、水利、潮汐、洋流、地熱等發電之方法。

其中，風力發電可適用於大量供電需求，例如：風力發電機(以下簡稱風機)可設置於陸上或離岸風場，利用風能帶動風機之葉片，使風機轉動產生電能，而風力條件佳的風場位置大多位於空曠地區，只要風場位置具備持續產生氣流的條件，無論日、夜、陰、晴皆可產生電能，可用於發電的時間較長。

風機之葉片長期在外風吹雨淋，葉面難免會有所損傷而影響發電效能，故需定期檢查葉面。以台灣離岸風場為例，每年適合檢修的期間約為四月至十月，習知人工目視及觸摸檢查方法需投入的人力及船隻數 量龐大，檢查成本高且耗費時間長。為了改善此情況，遂發展出習知人為操作飛行器檢查風機葉片之方法，如第1圖所示，先以人為操控一飛行器9飛行至已停機的風機8前方，再將該攝影機91朝向該風機8之葉片81攝影，但該風機8停機受檢時，該葉片81係以葉緣81a朝前，故該攝影機91僅可取得靠近該葉緣81a之影像，並無法確實取得該葉片81之葉面81b的影像，且該風機8體積龐大，以人為操作該飛行器9，難以目視方式使該攝影機91確實對準該葉片81之葉面81b，導致該葉面81b攝影採樣結果不佳等問題，不符風機檢修需求。

有鑑於此，有必要改善上述先前技術的缺點，以符合實際需求，提升其實用性。

本發明係提供一種風機葉面取像方法，可確實朝向風機葉片表面取得影像，用以檢查風機葉面損傷與否。

本發明另提供一種無人飛行載具，可自動朝向風機葉面取得影像，用以檢查風機葉面損傷與否。

本發明再提供一種內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，用以執行上述方法。

本發明揭示一種無人飛行載具，可包含：一機體，具有一機頭端，該機頭端所在位置定義一虛擬水平面；至少一動力組件，設置於該機體，用以產生該機體移動所需的動力；一取像組件，具有一攝影元件及一轉向模組，該轉向模組結合於該攝影元件與該機體之間；一異向測距模組，設置於該機體且鄰近該機頭端，用以偵測以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離；一通訊單元；及一電控模組，電連接該動力組件、該轉向模組、該攝影元件、該異向測距模組及該通訊單元，該電控模組依據該異向測距模組的輸出訊號控制該動力組件，使該機體於一風機之數個 葉片之相對二葉面周圍移動，該等葉面與該機體之間距介於一避撞範圍，經由該轉向模組控制該攝影元件朝向該葉面攝影，經由該通訊單元輸出該攝影結果。

所述異向測距模組可具有二測距儀，該二測距儀可分別偵測以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離；所述測距儀可為一光學測距儀或一超音波測距儀。

本發明另揭示一種風機葉面取像方法，可供執行風機葉面取像作業的一電控模組執行，該風機處於一停機狀態，該風機之各葉片的二側緣中的任一個朝向該風機之一軸轂的延伸方向，該方法之步驟可包含：控制一無人飛行載具於一風機之數個葉片之相對二葉面周圍飛行，使該無人飛行載具與該等葉面之間距介於一避撞範圍，依序朝向不同葉面攝影，輸出該攝影結果至一伺服平台。

所述風機葉面取像方法以該無人飛行載具之一機頭端定義一虛擬水平面，該電控模組經由一異向測距模組取得以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離，使該無人飛行載具與相鄰葉片的葉面之間距介於該避撞範圍。

本發明另揭示一種內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，當用於風機葉面取像作業的一電控模組載入該程式並執行後，可完成上述方法。

本發明揭示之內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，當電控模組載入該電腦程式並執行後，可完成上述方法。藉此，。

上揭無人飛行載具、風機葉面取像方法、內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取紀錄媒體，可在該風機處於停機狀態時，如：該風機之各葉片的二側緣中的任一個朝向該風機之一軸轂的延伸方 向，控制該無人飛行載具自動於該風機之數個葉片之相對二葉面周圍飛行，使該無人飛行載具與該等葉面之間距介於該避撞範圍，依序朝向不同葉面攝影，並輸出該攝影結果至該伺服平台。因此，本發明可以達成「自動攝取風機葉面影像」、「縮短風機葉面檢查時間」及「避免攝影過程碰撞葉面」等功效，可以改善習知人為操作飛行器檢查風機葉片方法之「無法確實取得葉面影像」及「葉面檢查採樣結果不佳」等問題，可進一步適用於現有具高空攝影功能之無人飛行載具，用於快速檢查風機葉面受損與否，以降低檢查成本及縮短作業時間，可適用於大量風機檢查作業，符合未來因應綠色風電趨勢所需，創造政府、民眾與業者三贏之局面。

〔習知〕

9‧‧‧飛行器

91‧‧‧攝影機

8‧‧‧風機

81‧‧‧葉片

81a‧‧‧葉緣

81b‧‧‧葉面

〔本發明〕

1‧‧‧機體

11‧‧‧機頭端

2‧‧‧動力組件

3‧‧‧取像組件

31‧‧‧攝影元件

32‧‧‧轉向模組

4a、4b‧‧‧測距儀

5‧‧‧通訊單元

6‧‧‧電控模組

7‧‧‧風機

71‧‧‧葉片

711‧‧‧葉面

712‧‧‧側緣

72‧‧‧軸轂

H‧‧‧虛擬水平面

U‧‧‧無人飛行載具

S1‧‧‧停機步驟

S2‧‧‧取像步驟

d‧‧‧無人飛行載具與葉面之間距

第1圖：係習知人為操作飛行器檢查風機葉片之方法示意圖。

第2圖：係本發明之無人飛行載具實施例的功能方塊圖。

第3圖：係本發明之無人飛行載具實施例的使用狀態示意圖。

第4圖：係本發明之風機葉面取像方法實施例的流程示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 本發明全文所述之「耦接」，係指二電子裝置間藉由耦合技術(如：電磁或光電耦合等)相互傳遞訊號，惟不以此為限，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「無人飛行載具」，係指可自動駕駛之無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)，可搭載攝影機作為高空取像用途，惟不以此為限，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參閱第2圖所示，其係本發明之無人飛行載具實施例的功能方塊圖。其中，該用於檢查風機葉片之無人飛行載具可包含一機體1、至少一動力組件2、一取像組件3、二測距儀4a、4b、一通訊單元5及一電控模組6，該機體1可設置該動力組件2、該取像組件3、該二測距儀4a、4b、該通訊單元5及該電控模組6。其中，該二測距儀4a、4b可整合為一異向測距模組，用以朝向同一座標平面之相鄰象限方向感測物體距離；該電控模組6可電連接該動力組件2、該取像組件3、該異向測距模組之二測距儀4a、4b及該通訊單元5。以下舉例說明該無人飛行載具的實施態樣，惟不以此為限。

舉例而言，如第3圖所示，其係本發明之無人飛行載具實施例的使用狀態示意圖。其中，該機體1可為任何適用於高空攝影之無人飛行載具(UAV)之構造，該機體1可配合該動力組件2、取像組件3、測距儀4a、4b、通訊單元5及電控模組6的設置方式而適當改變構造或材質，該機體1可具有一機頭端11，該機頭端11所在位置可定義一虛擬水平面H。另，該動力組件2可為任何能使無人飛行載具移動之動力產生構造，如：螺旋槳動力模組等，惟不以此為限，該動力組件2可設置於該機體1的適當位置，用以產生該機體1移動所需的動力，如：三維空間中的任何方向的推進力道。

在此例中，如第3圖所示，該取像組件3可為具有影像取得及調整取像方向、遠近等功能之裝置，如：該取像組件3可具有一攝影元件31(如適用於高空攝影之攝影機)及一轉向模組32(如適用裝設於無人飛行載具之雲臺等)，該轉向模組32結合於該攝影元件31與該機體1之間，該取像組件3可裝設於該機頭端11附近的機體1下方，以便取得該機體1前方或側向之影像，惟不以此為限。

在此例中，如第3圖所示，該異向測距模組之二測距儀4a、 4b可為具有距離感測功能之裝置，如：光學測距儀或超音波測距儀等，該二測距儀4a、4b可設置於該機體1且鄰近該機頭端11，該二測距儀4a、4b可分別偵測以該虛擬水平面H為界面之不同空間的物體之距離，如：測距儀4a、4b可分別偵測該虛擬水平面H上、下方空間內是否有物體(如風機的相關構造等)，避免該機體1與空間中的物體相互碰撞，可確保葉面取像作業順利進行。惟，該異向測距模組的實施方式並不以上述方式為限，該異向測距模組亦可僅使用單一測距儀，該測距儀可設置於連接該機體1之一轉向單元(圖未繪示)，藉由該轉向單元帶動該測距儀可分別掃描偵測以該虛擬水平面H為界面之不同空間的物體之距離。

在此例中，如第3圖所示，該通訊單元5可為具有通訊功能之收發模組，如：泛用序列匯流排(USB)、藍芽(Blue-tooth)或行動通訊(mobile communication)等技術規格之有線及/或無線通訊模組等，該通訊單元5可耦接一伺服平台(圖未繪示)，如：行動運算裝置、雲端伺服器或風機控制系統等，用以收發用於檢查風機葉片之相關資料，如：操控指令、風機位置或葉片影像等，惟不以此為限。

在此例中，如第3圖所示，該電控模組6可為具有訊號產生及資料處理功能之模組，如：微控制器(MCU)、數位訊號處理器(DSP)、嵌入式系統(Embeded System)、運算控制卡(Computing Control Cards)或工業電腦(IPC)等，該電控模組6可執行一控制邏輯(如：軟體程式或硬體電路等)，用以執行一葉面取像作業。

舉例而言，如第3圖所示，該電控模組6可依據該測距儀4a、4b的輸出訊號控制該動力組件2，使該機體1於該風機7之數個葉片71之相對二葉面711周圍移動，可經由該二測距儀4a、4b輔助偵測物體(如葉片等)之距離，使該等葉面711與該機體1之間距d可介於一避撞範圍(如：1至3公尺等)，同時，該電控模組6可經由該轉向模組32控 制該攝影元件31朝向該葉面711攝影，且該電控模組6可經由該通訊單元5輸出該攝影結果至該伺服平台，作為檢查該風機7之葉面711損傷與否之依據，如：以人為目視影像內容或以影像處理演算法自動判讀影像內容，其係所述技術領域中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。據此，本發明之無人飛行載具實施例可用於風機葉面取像作業，以便降低作業成本及縮短作業時間，有助於提升綠能產業之競爭力。

請參閱第4圖所示，其係本發明之風機葉面取像方法實施例的流程示意圖。請一併參閱第2及3圖所示，該風機葉面取像方法可包含一停機步驟S1及一取像步驟S2。首先，可進行該停機步驟S1，係設定該具有數個葉片71的風機7處於停機狀態，使該風機7之各葉片71的二側緣712中的任一個朝向該風機7之一軸轂72的延伸方向。在此例中，當上述無人飛行載具U欲用於檢查該風機7之葉片71，該電控模組6可先經由該通訊單元5輸出一停機請求(shut down request)至該風機7所屬的風機控制系統(圖未繪示)，或者，可由該風機控制系統直接控制該風機7停止轉動，使該風機7處於停機狀態，惟不以此為限。

請再參閱第4圖所示，接著，可進行該取像步驟S2，係控制該無人飛行載具U於該風機7之數個葉片71之相對二葉面711周圍飛行，使該無人飛行載具U與該等葉面711之間距d介於該避撞範圍，依序朝向不同葉面711攝影，輸出該攝影結果至上述伺服平台，在此例中，由於該無人飛行載具U設有該二測距儀4a、4b，可分別偵測該無人飛行載具U之虛擬水平面H上、下方空間內是否有葉片等障礙物，在該無人飛行載具U近距離拍攝該葉面711之影像時，可避免該機體1碰撞該葉面711，例如：若該機體1係非介於該避撞範圍，如該機體1與葉面711距離過近，則可設定遠離該葉面711之方向為一修正方向，或者，如該機體1與葉面711距離過遠，則可設定接近該葉面711之方向為該修正方向，以便利用 該修正方向與該機體1之行進方向合成一調整向量，使該機體11重新介於該避撞範圍內，其係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，惟不以此為限。

特別注意的是，如第3圖所示，當該無人飛行載具U由任一葉片71移動至另一葉片71周圍時，該無人飛行載具U可由該二測距儀4a、4b分別偵測該無人飛行載具U之虛擬水平面H上、下方空間的不同葉片71距離，以便即時掌握空間中不同葉片71的位置，可以避免該無人飛行載具U之機體1碰撞該葉片71之葉面711。

此外，本發明上述方法實施例還可利用程式語言(Program Language，如：C++、Java等)撰成電腦程式(如：風機葉片檢查作業程式、用於檢查風機葉片之無人飛行載具飛行路徑產生程式)，其程式碼(Program Code)的撰寫方式係熟知該項技藝者可以理解，可用以產生一種內儲程式之電腦程式產品，當無人飛行載具的電控模組載入該程式並執行後，可完成本發明上述方法實施例。

另，上述電腦程式產品還可儲存於一種內儲程式之電腦可讀取紀錄媒體，如：各式記憶卡、硬碟、光碟或USB隨身碟等，當無人飛行載具的電控模組載入上述程式並執行後，可完成本發明上述方法實施例，作為本發明之電控模組軟硬體協同運作的依據。

藉由上述實施例之無人飛行載具、風機葉面取像方法、內儲程式之電腦程式產品及內儲程式之電腦可讀取紀錄媒體，可在該風機處於停機狀態時，如：該風機之各葉片的二側緣中的任一個朝向該風機之一軸轂的延伸方向，控制該無人飛行載具自動於該風機之數個葉片之相對二葉面周圍飛行，使該無人飛行載具與該葉面之間距介於該避撞範圍，依序朝向不同葉面攝影，並輸出該攝影結果至該伺服平台。

藉此，本發明上述實施例可以達到「自動攝取風機葉面影 像」、「縮短風機葉面檢查時間」及「避免攝影過程碰撞葉面」等功效，可以改善習知人為操作飛行器檢查風機葉片方法之「無法確實取得葉面影像」及「葉面檢查採樣結果不佳」等問題，可進一步適用於現有具高空攝影功能之無人飛行載具，用於快速檢查風機葉面受損與否，以降低檢查成本及縮短作業時間，可適用於大量風機檢查作業，符合未來因應綠色風電趨勢所需，創造政府、民眾與業者三贏之局面。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種無人飛行載具，包含：一機體，具有一機頭端，該機頭端所在位置定義一虛擬水平面；至少一動力組件，設置於該機體，用以產生該機體移動所需的動力；一取像組件，具有一攝影元件及一轉向模組，該轉向模組結合於該攝影元件與該機體之間；一異向測距模組，設置於該機體且鄰近該機頭端，用以偵測以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離；一通訊單元；及一電控模組，電連接該動力組件、該轉向模組、該攝影元件、該異向測距模組及該通訊單元，該電控模組依據該異向測距模組的輸出訊號控制該動力組件，使該機體於一風機之數個葉片之相對二葉面周圍移動，該葉面與該機體之間距介於一避撞範圍，經由該轉向模組控制該攝影元件朝向該葉面攝影，經由該通訊單元輸出該攝影結果。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的無人飛行載具，其中該異向測距模組具有二測距儀，該二測距儀分別偵測以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的無人飛行載具，其中該測距儀為一光學測距儀或一超音波測距儀。
4. 一種風機葉面取像方法，係供執行風機葉面取像作業的一電控模組執行，該風機處於一停機狀態，該風機之各葉片的二側緣中的任一個朝向該風機之一軸轂的延伸方向，該方法之步驟包含：控制一無人飛行載具於一風機之數個葉片之相對二葉面周圍飛行，使該無人飛行載具與該等葉面之間距介於一避撞範圍，依序朝向不同葉面攝影，輸出該攝影結果至一伺服平台。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的風機葉面取像方法，另以該無人飛行載具之一機頭端定義一虛擬水平面，該電控模組經由一異向測距模組取得以該虛擬水平面為界面之不同空間的物體之距離，使該無人飛行載具與相鄰葉片的葉面之間距介於該避撞範圍。
6. 根據申請專利範圍第4或5項所述的風機葉面取像方法，其中該避撞範圍為1至3公尺。
7. 一種內儲程式之電腦程式產品，當用於風機葉面取像作業的一電控模組載入該程式並執行後，可完成如請求項第4至6項中任一項所述的方法。
8. 一種內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，當用於風機葉面取像作業的一電控模組載入該程式並執行後，可完成如請求項第4至6項中任一項所述的方法。