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基于摄像头的旋翼无人机在热电厂巡检中的应用

摘 要:借鉴无人机在油气管道和电力线路巡检的经验,结合热电厂巡检工作的特点,对基于摄像头的旋翼无人机在热电厂巡检工作进行了尝试、分析和应用,分析了无人机巡检的优势,提出了专业方案,并对无人机在热电行业领域应用的广泛前景进行了展望。

关键词:旋翼无人机;巡检;智能;避障;监控

中图分类号:V279+.2 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)23-0176-02

Abstract: Based on the experience of UAV inspection in oil and gas pipelines and power lines, combined with the characteristics of thermal power plant inspection, the rotor-wing UAV based on camera is tried, analyzed and applied in thermal power plant. This paper analyzes the advantages of UAV inspection, puts forward a professional scheme, and looks forward to the broad prospects of UAV applications in the thermoelectric industry.

Keywords: rotor UAV; patrol; intelligence; obstacle avoidance; surveillance

前言

無人机(Unrnanned Aerial Vehicle,缩写为UAV)又称“空中机器人”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行设备[1]。无人机按应用领域分为军用与民用。民用方面,目前在大气研究、气象观测、环境保护、航拍、森林防火、农业、植保、运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、地理测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域的应用方心未艾、非常广泛。

近年来,随着军用领域无人机技术不断转化至民用领域和民用市场规模爆炸式的增长,无人机的发展进入了一个崭新的时代,同发达国家一样,我国无人机在民用领域的应用也日趋广泛,正显现出巨大的市场潜力和广阔的市场前景。

笔者借鉴无人机在油气管道和电力线路巡检的经验,结合热电厂巡检工作的特点,对基于摄像头的旋翼无人机在日常热电厂巡检工作进行了分析、尝试和应用,并对此广泛前景进行了展望。

1 无人机分类和无人机系统

1.1 无人机系统种类繁多,分类方法也不尽相同

从技术角度无人机定义可以分为:直升机、固定翼机、旋翼机、扑翼机等;按用途分类,无人机一般可分为军用无人机和民用无人机;按活动半径分类,无人机可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机;目前分类比较用得最多的是按民航法规从重量和尺度对无人机进行一般可分为:可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。微型无人机是指起飞质量小于等于7kg的无人机,轻型无人机是指质量大于7kg,但小于等于116的无人机,且校正空速小于100km/h,升限小于3000m的无人机,小型无人机是指空机质量小于等于5700kg的无人机,大型无人机是指空机质量大于5700kg的无人机。

1.2 无人机的功能和系统

无人机系统由飞机平台系统、信息采集系统和地面控制系统组成。飞机平台系统主要包括飞动力、传感器、信号处理、GPS接收、无线电控制等[2]。信息采集系统主要包括云台、相机、传感器、无线电控制等。地面控制系统系统主要包括无线电控制、GPS导航、计算机、数据处理系统等。制导系统的基本任务是确定无人机与目标的相对位置,操纵无人机飞行,在一定的准确度下,引导无人机沿设定的轨迹飞向目标[3]。对于无人机来说,既可以在可视范围内人工控制飞行轨迹,可也以通过编程实现超视觉自主飞行或自动避障。

2 热电厂巡检特点和无人机优势结合

2.1 无人机在热电厂巡检的优势

目前,旋翼无人机在输油输气管道管理巡护领域和国家电网公司输电线路巡视等有不同程度的应用,不但极大地节约节省工作时间和人力,提高了工作效率,而且无人机高清晰摄像机航拍无死角,得到数据全面易于保存,人身安全得到保障。同样,对于热电厂来说,也存在很多高空领域巡检和野外管道巡检工作,采用无人机替代人工优势非常明显。

嘉兴新嘉爱斯热电有限公司位于江南水乡的杭嘉湖平原,公司现有热网主管道195km,压缩空气管道约27km,管道所处均在河道、湖泊、池塘和水田周边穿过,地形复杂、不易于行走。公司现有烟囱3座,冷却塔3座,脱硫塔6座、灰库若干和码头一座,设备和管廊巡检均涉及高空作业。旋翼无人机体积小、悬停稳定,可以实时检查监控航拍视频和录像保存,雪、冷、汛期优势更明显。结合无人机的优势和热电厂的实际需求,嘉兴新嘉爱斯研究院对热电厂涉及高空巡检和较长距离巡检工作采用了无人机巡检的应用尝试探索。

2.2 热电厂巡检无人机的选择

热电厂巡检特点,提出了无人机的要求:

(1)飞行稳定,易于操作;(2)飞行距离5公里,飞行高度200米以内;(3)机身轻巧,便于携带;(4)相机高清稳定,可以实时传输;(5)飞机起飞和降落不需要特殊装置。

针对上述要求,我们选择深圳市大疆创新科技有限公司(简称DJI)精灵列无人机作为热电厂巡检无人机,它有以下特点:(1)四旋翼无人机,起飞和降落非常方便,飞行稳定,价格合理。(2)操控精准、响应灵敏,拆装便捷,机身轻巧,便于携带。(3)30分钟续航能力,有避障功能,GPS实现精准定位。(4)高性能相机,可拍4K视频和最高1200万像素静态照片,全高清数字图传系统,最远可达5公里,最高500米。(5)自动起飞降落、智能返航、实时地图和雷达显示、相机参数实时设置等功能。

3 无人机在热电厂巡检的应用

3.1 无人机系统工作流程

(1)准备工作:按照热电厂设备巡检周期制定巡检任务,结合天气预报情况做好飞行任务规划和飞机充电和备用工作。(2)飞行任务规划:为保证任务的安全进行,飞行当天结合天气、地理和无人机状况做好飞行任务的具体规划安排,做好应急情况处理准备。(3)航前检查:在起飞点做好航前检查,检查遥控器、飞机电池以及移动设备的电量是否充足,螺旋桨是否正确安装,确保已插入Micro-SD卡,电源开启后相机和云台是否正常工作,开机后校准指南针,检查电机是否正常启动,软件DJIGO App是否正常运行,检查GPS状态、飞行模式等飞行状态列表是否正常。另外需要检查周围环境是否符合飞行条件。(4)航飞监

控: 实时掌握飞机的姿态、方位、空速、位置、电池容量、即时风速风向、任务时间等重要状态,便于操作人员实时判断任务的可执行性,进一步保证任务的安全。(5)建立飞行日志和档案:航拍任务完成后,对航拍影像进行研究分析和建档。

3.2 无人机自主飞行

无人机在编程控制下自动飞行模式下,经过前期地理坐标和高度的采集,再通过一套软件结合无人机,将作业任务导入并进行相关参数设置,并根据现场实际选择定高或变高后,实现无人机自主飞行执行任务,作业过程中无需再进行任何操作和担心信号及图传问题,任务完成后便可自动返航至起飞点降落,大大提高了作业效率和稳定性[6]。

4 无人机在热电厂运用的注意事项

4.1 无人机和驾驶员管理政策法规

无人机大大提高了效率,但也要注意无人机在我国正处于高速发展期间,一些新的政策法规不断颁布,必须学习和遵守。近年来,我国民航主管部门颁布了多个管理文件:《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》和《民用无人机适航管理工作会议纪要》,主要解决无人机的适航管理问题;《民用无人机空中交通管理办法》主要解决无人机的空域管理问题;《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》主要解决无人机的驾驶员资质管理。对于7公斤的微型无人机,飞行范围在目视视距内半径500米、相对高度低于120米范围内,无须证照管理,但應尽可能避免遥控飞机进入过高空域;重量等指标高于上述标准的无人机以及飞入复杂空域内的,驾驶员需纳入行业协会甚至民航局的监管[7]。

4.2 禁飞区和限飞区

根据2017年5月17日民航局发布的《关于公布民用机场障碍物限制面保护范围的公告》以民航局公布的民用机场障碍物限制面及容差缓冲区的12个坐标点为基础,将民航局定义的机场保护范围坐标向外拓展100米形成禁飞区。飞行器无法在禁飞区内起飞;从外部接近禁飞区边界时,将自动减速并悬停。以跑道两端中点向外延伸20公里,跑道两侧各延伸10公里,形成大致20公里宽、40公里长的长方形区域为限高区(与禁飞区不相交的部分)。在限高区中,飞行器的限制飞行高度为120米。

5 前景展望

世界无人机的主要制造商集中在美国、以色列和欧洲。其中,美国份额高达69%,遥遥领先于其他国家;中国无人机由于性价比优势明显,占据约10%份额。上述数据说明,我国无人机产业仍有相对广阔的发展空间。国内无人机市场已发展了将近30余年,从最初的军用领域逐渐扩展到消费领域。目前国内消费无人机市场火热,普通民众对无人机的认可程度和需求度逐渐攀升,近两年来,无人机企业、飞手数量和产品用途都有了明显的增多,甚至出现了指数型增长,监管制度方面也有了进一步的完善。未来五年民用无人机行业将持续保持较快的发展态势。作为世界各国的军民用前沿装备,无人机综合集成航空技术、信息技术、控制技术、测控技术、传感技术以及新材料、新能源等多学科技术,代表着未来航空业的发展方向。

在热电行业逐步推广无人机作业技术,建立和完善无人机作业管理和技术标准体系,不断拓展新技术发展,实

现热电技术自动化、数字化、信息化、智能化是实现智能能制造、面向未来的发展战略。

参考文献:

[1]《ICAO’s circular 328 AN/190》:Unmanned Aircraft Systems(2017-02-16).

[2]魏瑞轩,李学仁.先进无人机系统与作战运用[M].国防工业出版社,2014,09.

[3]无人机系统[Z].搜狐军事,2013-09-23.

[4]陈金良,高文明,史际刚.无人机飞行管理[M].西北工业大学出版社,2014,10.

基于摄像头的旋翼无人机在热电厂巡检中的应用认证作者,无人机行业知名站长,知乎无人机专栏创作者。
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