TWI627351B - 利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法、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

利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法、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 Download PDF

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Abstract

本發明主要揭示一種利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，用於解決葉面採樣路徑不佳之問題。該方法係供產生無人飛行載具行徑之一電控模組執行，該方法之步驟包含：設定處於停機狀態之風機的各葉片於一虛擬的葉片旋轉面的一基準線；及於該虛擬的葉片旋轉面沿該基準線等距向外擴張一間距以形成一葉周軌跡作為一飛行路徑，用以控制該無人飛行載具沿該飛行路徑依序繞行該等葉片。藉此，可有效解決上述問題。

Description

利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法、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對風機葉面攝影之行徑產生方法。
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，將該攝影機91朝向該風機8之葉片81攝影，再繞到該風機8後方，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，該攝影機91朝上述方向僅可取得靠近該葉片81之葉緣81a影像，並無法朝向該葉片81之葉面81b攝影，故有必要重新規劃取像過程的飛行路徑，以利正確取得該葉面81b之影像。
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。
本發明係提供一種利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，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，可用以執行上述方法。
本發明揭示一種利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，係供產生無人飛行載具行徑之一電控模組執行，使該無人飛行載具環繞一風機之數個葉片飛行，該數個葉片等角分隔，各葉片係由一中軸線往兩側擴張形成二側緣，各葉片之中軸線係共面於一虛擬的葉片旋轉面，各葉片具有一葉尖及一葉根，各葉片之葉根係以該中軸線為軸心可樞轉地結合於該風機之一軸轂，處於停機狀態之風機的各葉片之任一側緣朝向該風機之軸轂的延伸方向，該方法之步驟包含：設定處於停機狀態之風機的各葉片於該虛擬的葉片旋轉面的一基準線；及於該虛擬葉片旋轉面沿該基準線等距向外擴張一間距以形成一葉周軌跡作為一飛行路徑，用以控制該無人飛行載具沿該飛行路徑依序繞行該等葉片。
所述電控模組可向一伺服平台取得該風機的特徵資訊，且可 向該風機之控制系統取得停機資訊；所述特徵資訊可包括該風機之地理座標、該風機之軸轂的高度、該風機之塔頂至軸轂之水平距離、該葉片由葉根至葉尖之間各點的距離及該無人飛行載具與葉面之間距，該停機資訊包括該風機之其中一個葉片的偏轉角度與該風機之機艙的偏航角度；所述沿該基準線等距向外擴張的間距可介於1公尺至5公尺之間；所述基準線可為各葉片之中軸線或該葉片被該虛擬的葉片旋轉面截切的剖面區域的邊緣；所述飛行路徑可具有數個定位點，該定位點位於該飛行路徑之轉折處；所述定位點可鄰近各葉片之葉尖或葉根。
本發明另揭示一種內儲程式之電腦程式產品及一種內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，當用於風機葉面攝影作業的一電控模組載入該電腦程式並執行後，可完成上述方法。
上揭利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法、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，規劃適用於正確攝取風機葉面影像的飛行路徑，用以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，依序朝向不同葉面攝影，並輸出該攝影結果至該伺服平台，可以達到「確實攝取風機葉面影像」及「縮短風機葉面檢查時間」等功效。
〔習知〕
9‧‧‧飛行器
91‧‧‧攝影機
8‧‧‧風機
81‧‧‧葉片
81a‧‧‧葉緣
81b‧‧‧葉面
D‧‧‧風機之塔柱的中心軸線至葉片旋轉面中心之水平距離
〔本發明〕
1‧‧‧機體
11‧‧‧機頭端
2‧‧‧動力組件
3‧‧‧取像組件
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
713‧‧‧葉尖
714‧‧‧葉根
72‧‧‧軸轂
73‧‧‧機艙
E‧‧‧中軸線
P‧‧‧飛行路徑
Pn‧‧‧定位點
V‧‧‧葉片旋轉面
U‧‧‧無人飛行載具
T‧‧‧剖面區域
I,J,K,X,Y,Z‧‧‧方向
S1‧‧‧設定基準步驟
S2‧‧‧計算飛行路徑步驟
c‧‧‧無人飛行載具與葉面之間距
d‧‧‧風機之塔柱的中心軸線至葉片旋轉面中心之水平距離
h‧‧‧風機之軸轂的高度
r‧‧‧葉片由葉根至葉尖之間各點的距離
r1,r2,…,rn‧‧‧葉片由葉根至葉尖之間的點
Φ‧‧‧風機之葉片的偏轉角度
Ψ‧‧‧風機之機艙的偏航角度
X0,Y0,Z0‧‧‧風機的地理座標
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：係本發明之方法實施例使用的無人飛行載具之功能方塊圖。
第3圖：係本發明之方法實施例的飛行路徑示意圖。
第4圖：係本發明之方法實施例的流程示意圖。
第5圖：係本發明之方法實施例的座標轉換示意圖。
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、取像組件3、測距儀4a、4b、通訊單元5及電控模組6，該電控模組6可電連接該動力組件2、取像組件3、測距儀4a、4b及通訊單元5。
在此實施例中，如第2圖所示，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；該取像組件3可為具有取像方向及遠近調整功能之裝置，以便取得該機體1前方或側向之影像；該二測距儀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可分別偵測該機體1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。
又，如第2圖所示，該通訊單元5可為具通訊功能之收發模組，如：含有泛用序列匯流排(USB)、藍芽(Blue-tooth)及行動通訊(mobile communication)等技術規格之通訊模組等，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與電腦程式，如：操控指令、風機位置、葉片影像或無人飛行載具飛行路徑產生程式等，供該電控模組6作為後續控制作業之參考；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。
請再參閱第3圖所示，本發明之利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法實施例，係可供該電控模組6執行，使該無人飛行載具U環繞該風機7之數個葉片71飛行，如第3及4圖所示，該風機7之數個葉片71等角分隔，各葉片71係由一中軸線E往兩側擴張形成二側緣712，各葉片71之中軸線E係共面於一虛擬的葉片旋轉面V，該葉片旋轉面V可為一平面或一錐面，各葉片71具有一葉尖713及一葉根714，各葉片71之葉根714係以該中軸線E為軸心可樞轉地結合於該風機7之一軸轂72，處於停機狀態之該風機7的各葉片71之任一側緣712朝向該風機7之軸轂72的延伸方向I。
請參閱第4圖所示，其係本發明之利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法實施例的流程示意圖。該方法之步驟可包含：一設定基準步驟S1及一計算飛行路徑步驟S2。該設定基準步驟S1係設定處於停機狀態之風機7的各葉片71於該虛擬的葉片旋轉面V的一基準線，於一實施方式中，該基準線可選擇為各葉片71之該中軸線E，於另一實施方式中，該基準線可選擇為葉片71被葉片旋轉面V截切的剖面區域T的邊緣；該計算飛行路徑步驟S2係於該虛擬的葉片旋轉面V沿該基準線的 邊緣等距向外擴張一間距c，以形成一葉周軌跡M作為該飛行路徑P(請參閱第3圖)，用以控制該無人飛行載具U沿該飛行路徑P依序繞行於該等葉片71之葉面711周圍。於一實施方式中，該基準線選擇為該該葉片71之該中軸線E，該計算飛行路徑步驟S2則於該虛擬的葉片旋轉面V沿該葉片71之該中軸線E等距向外擴張該間距c以形成該葉周軌跡M作為該飛行路徑P。於另一實施方式中，該基準線選擇為葉片71被葉片旋轉面V截切的剖面區域T的邊緣，該計算飛行路徑步驟S2則於該虛擬的葉片旋轉面V沿該剖面區域T的邊緣等距向外擴張該間距c以形成該葉周軌跡M作為該飛行路徑P。
在此例中，如第3圖所示，該飛行路徑P可具有數個定位點Pn，該定位點Pn可鄰近該飛行路徑P之轉折處，如：各葉片71之葉尖713或葉根714等，惟不以此為限，當該無人飛行載具U偏離該飛行路徑P時，可利用鄰近定位點Pn作為修正路徑之目標，避免過度偏離該飛行路徑P。以下舉例說明該無人飛行載具飛行路徑控制方法設定該飛行路徑P時的座標轉換方式。
請再參閱第2、3、5圖所示，經由該通訊單元5輔助收發訊號，該電控模組6可預先向該伺服平台取得該風機7的特徵資訊，如：地理座標(X0,Y0,Z0)、該風機7之軸轂72的高度(h)、該風機7之塔柱的中心軸線至該葉片旋轉面V中心(位於該中軸線E上)之水平距離(d)(該水平距離(d)亦可參見第1圖所示之D)、該葉片71由葉根714至葉尖713之間各點的距離(r=r1,r2,…,rn)及該無人飛行載具U與葉面711之間距(c)等。而且，還可經由該通訊單元5與該風機7之控制系統連線取得停機資訊，如：該風機7之其中一個葉片71的偏轉角度(Φ)、該風機7之機艙73的偏航角度(Ψ)及該風機7之氣壓計讀數，假設該葉片旋轉面V為一平面且垂直地表，並選擇於該虛擬的葉片旋轉面V沿該些葉片71之該些中軸線E等距向外 擴張該間距c以形成為該飛行路徑P，該飛行路徑P之座標(X,Y,Z)如下式(1)所示： 其中，該無人飛行載具U與同一葉片71之二葉面711的間距(c)可分別設定為+c、-c，c值之大小可介於1公尺(m)至5公尺之間；在此例中，該葉片71之數量為3，可依順時鐘方向依序設定各葉片71之編號為71(0)、71(1)、71(2)，由於該等葉片71(0)、71(1)、71(2)係等角(120°)分隔，可設定葉片71(0)的偏轉角度為(Φ)、葉片71(1)的偏轉角度為(Φ+120°)、葉片71(2)的偏轉角度為(Φ+240°)；另，該風機7之氣壓計讀數可作為動力輸出之修正參考，期使該無人飛行載具U沿該飛行路徑P移動(如第3圖所示)。
以上是以該葉片旋轉面V為一平面且垂直地表，並選擇於該葉片旋轉面V沿該些葉片T之該些中軸線E等距向外擴張該間距c以形成該飛行路徑P的實施方式進行說明，當該葉片旋轉面V為一錐面，或擬於該虛擬的葉片旋轉面V沿該剖面區域T的邊緣等距向外擴張該間距c時，熟悉此項技藝之人士仍可仿此而取得該無人飛行載具U沿該飛行路徑P，於此不再贅述。
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，當該無人飛行載具U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，當該無人飛行載具U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。
藉由上述利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法、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實施例，可在該風機處於停機狀態時，規劃適用於正確攝取風機葉面影像的飛行路徑，用以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，依序朝向不同葉面攝影，並輸出該攝影結果至該伺服平台，可以達到「確實攝取風機葉面影像」及「縮短風機葉面檢查時間」等功效。
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 (10)

  1. 一種利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，係供產生無人飛行載具行徑之一電控模組執行，使該無人飛行載具環繞一風機之數個葉片飛行，該數個葉片等角分隔，各葉片係由一中軸線往兩側擴張形成二側緣，各葉片之中軸線係共面於一虛擬的垂直旋轉面，各葉片具有一葉尖及一葉根，各葉片之葉根係以該中軸線為軸心可樞轉地結合於該風機之一軸轂，處於停機狀態之風機的各葉片之任一側緣朝向該風機之軸轂的延伸方向，該方法之步驟包含：設定處於停機狀態之風機的各葉片於該虛擬的葉片旋轉面的一基準線；及於該虛擬的葉片旋轉面沿該基準線等距向外擴張一間距以形成一葉周軌跡作為一飛行路徑，用以控制該無人飛行載具沿該飛行路徑依序繞行該等葉片。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中該電控模組向一伺服平台取得該風機的特徵資訊，且向該風機之控制系統取得停機資訊。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中該特徵資訊包括該風機之地理座標、該風機之軸轂的高度、該風機之塔頂至軸轂之水平距離、該葉片由葉根至葉尖之間各點的距離及該無人飛行載具與葉面之間距，該停機資訊包括該風機之其中一個葉片的偏轉角度與該風機之機艙的偏航角度。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中沿該基準線等距向外擴張的該間距係介於1公尺至5公尺之間。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之 行徑產生方法，其中該基準線為各葉片之該中軸線。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中該基準線為該葉片被該虛擬的葉片旋轉面截切的剖面區域的邊緣。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中該飛行路徑具有數個定位點，該定位點位於該飛行路徑之轉折處。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的利用無人飛行載具對風機葉面攝影之行徑產生方法，其中該定位點鄰近各葉片之葉尖或葉根。
  9. 一種內儲程式之電腦程式產品，當用於風機葉面攝影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1至8項中任一項所述的方法。
  10. 一種內儲程式之電腦可讀取記錄媒體，當用於風機葉面攝影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1至8項中任一項所述的方法。
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