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CN116540758A - 一种风机动态巡检的方法及电子设备 - Google Patents

一种风机动态巡检的方法及电子设备 Download PDF

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CN116540758A
CN116540758A CN202310595276.8A CN202310595276A CN116540758A CN 116540758 A CN116540758 A CN 116540758A CN 202310595276 A CN202310595276 A CN 202310595276A CN 116540758 A CN116540758 A CN 116540758A
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严超
李志轩
刘博�
唐东明
刘珂
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Beijing Tuzhi Tianxia Technology Co ltd
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Beijing Tuzhi Tianxia Technology Co ltd
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供了一种风机动态巡检的方法及电子设备，该方法包括：在风轮半径上确定目标视点，其中，所述目标视点与风轮半径的叶尖位置存在冗余距离，风轮半径为风机叶片转动产生的圆轮在水平方向的半径；基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点；将所述多个视点按照风机的实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，得到风机正面以及背面的巡检航点；在无人机飞至每个巡检航点悬停时，控制测距仪对风机叶片进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照。解决了现有技术中动态巡检风机巡检航点规划效率低的问题。

Description

一种风机动态巡检的方法及电子设备
技术领域
本发明涉及风机巡检领域，尤其是涉及一种风机动态巡检的方法及电子设备。
背景技术
风能发电的份额不断增长，陆上风机与海上风机安装数量逐年增加，风机叶片的巡检逐渐成为难题。无人机巡检相比其它巡检方案，成本低，效率高，人工参与少，灵活可靠。
目前基于无人机的风机叶片巡检方法主要分为两种：静态巡检和动态巡检，所谓静态巡检，就是将风机停机锁定后，控制无人机进行巡检，此种方式无疑会降低风机发电效率。动态巡检解决静态巡检会产生发电损失的问题，动态巡检的原理是无需风机停机，在风机不停机的状态下，利用风机叶片转、无人机相机悬停的方式来采集所有叶片的图片。专利号CN114296483A中公开了一种风力发电机不停机状态下的智能巡检方法，在该巡检方法中公开了航点的具体生成方法，即为了保证无人机能够取到风机两侧的图像，先在风机的两侧依次生成四个航点形成一个矩形，然后分别在矩形的两条边上规划航点。
需要说明的是，上述动态巡检的技术中，一方面关于航点的规划方法较为复杂，风机两侧的航点需要多次计算才能得到，另一方面，上述动态巡检技术在无人机到达每个巡检航点时是控制相机始终进行拍摄，直到拍完三个叶片才停止拍照到下个航点导致会拍摄到无效图片。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明提供了一种风机动态巡检的方法及电子设备，以解决现有技术中动态巡检风机巡检航点规划效率低的问题。
根据本发明第一方面，提供了一种风机动态巡检的方法，包括：在风轮半径上确定目标视点，其中，所述目标视点与风轮半径的叶尖位置存在冗余距离，风轮半径为风机叶片转动产生的圆轮在水平方向的半径；基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点；将所述多个视点按照风机的实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，得到风机正面以及背面的巡检航点；在无人机飞至每个巡检航点悬停时，控制测距仪对风机叶片进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照。
进一步地，确定所述冗余距离，包括：确定无人机相机在巡检距离下能够拍摄到的风轮半径的最大长度；获取对于风机叶尖占据无人机相机拍摄图像的预设比例；基于所述预设比例、最大长度确定所述冗余距离。
进一步地，基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点，包括：基于所述目标视点与风机叶尖的距离、所述最大长度、以及风轮半径确定风机叶根到所述目标视点之间的视点数量S；在所述风轮半径上规划S个视点，其中，S个视点中相邻的两个视点之间的距离相等。
进一步地，所述方法还包括：基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点，基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点包括：以所述目标视点为圆心，所述巡检距离为半径生成圆弧，在所述圆弧上确定两个穿越航点，其中，两个穿越点与所述目标视点分别形成一条直线，每条直线与所述风轮半径的夹角相同。
进一步地，在控制测距仪对风机叶片进行测距之前，所述方法还包括:根据预设策略调整在每个航点上悬停的测距仪偏航方向与相机偏航方向之间的夹角，其中，在所述预设策略中，航点与轮毂中心的距离与航点对应的夹角大小成反比，并且夹角的最大值小于预设角度。
进一步地，根据测距结果控制无人机相机进行拍照，包括：在同时符合以下所有条件的情况下，控制无人机相机进行拍照：测距仪在当前时刻收到的激光反射度大于第一预设反射度；测距仪在当前时刻的上一时刻收到的激光反射度小于第二预设反射度；测距仪测得的距离满足预设区间；当前时刻与相机最近拍照的时刻之间存在预设间隔。
进一步地，在根据测距结果控制无人机相机进行拍照之前，所述方法还包括：根据无人机实时所处的航点、实时风速调整无人机的飞行高度；基于所述飞行高度、巡检距离调整相机的姿态。
根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时导致上述任一项方法被执行。
本发明提供了一种风机动态巡检的方法及电子设备，该方法包括：在风轮半径上确定目标视点，其中，所述目标视点与风轮半径的叶尖位置存在冗余距离，风轮半径为风机叶片转动产生的圆轮在水平方向的半径；基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点；将所述多个视点按照风机的实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，得到风机正面以及背面的巡检航点；在无人机飞至每个巡检航点悬停时，控制测距仪对风机叶片进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照。解决了现有技术中动态巡检风机巡检航点规划效率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的风机动态巡检的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的在风轮半径上确定的目标视点的示意图；
图3是本发明实施例提供的圆心到目标视点之间规划的多个视点的示意图；
图4是本发明实施例提供的根据视点得到的多个航点的示意图；
图5是本发明实施例提供的两个目标视点对应的航点的示意图；
图6是本发明实施例提供的风机穿越航点的示意图；
图7是本现有技术的风机穿越航点的示意图；
图8是本发明实施例提供的无人机在风机正面以及背面的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说，明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。
本方案提供了一种风机动态巡检的方法及电子设备，结合图1，该方法包括：
步骤S11，在风轮半径上确定目标视点，其中，所述目标视点与风轮半径的叶尖位置存在冗余距离，风轮半径为风机叶片转动产生的圆轮在水平方向的半径。
具体的，本方案可以由机载电脑或者服务器等其它具有数据处理功能的装置作为本方案的方法的执行主体，上述风轮半径可以为无人机飞至风机上空，通过激光雷达采集数据后建模后得到，风轮半径用于表征一个处于水平状态的风机叶片，在风轮半径上规划的目标视点如图2所示，结合图2，目标视点距离叶片叶尖存在冗余距离，也就是说目标视点规划位置在叶尖附近但和叶尖不重合。
这里需要说明的是，本方案中的视点的概念为无人机相机要拍的位置，在风轮半径中规划的视点即为，在风机实际转动的时候，处于水平状态的风机叶片上的某个点，无人机相机在拍摄的情况下是对准该点的。
这里还需要说明的是，无人机飞至风机上空，先识别风机的偏航角然后对风机进行进行建模，即可得到风机半径的姿态。
步骤S13，基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点。
具体的，结合图3，本方案可以在圆心到目标视点之间均匀规划多个视点，每两个视点之间的距离相等。
步骤S15，将所述多个视点按照风机的实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，得到风机正面以及背面的巡检航点。
具体的，结合图4，方案在水平半径上规划完所有视点之后，本方案不同于现有技术中需要多次计算每个航点，只需要将所有视点的整体顺着实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，即可以得到风机正面以及背面的所有巡检航点，与现有技术相比，本方案的巡检航点的计算量较少航点生成效率高，而且，本方案是基于在叶片上的视点生成的巡检航点，可以保证无人机在其姿态活动范围内一定能够拍摄到叶片。
步骤S17，在无人机飞至每个巡检航点悬停时，控制测距仪对风机叶片进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照。
具体的，在规划完风机正面以及背面的巡检航点之后，本方案可以控制无人机按照巡检航点对风机叶片进行巡检拍照，需要说明的是，动态巡检中由于风机叶片是不停转动，那么某一刻必要有一根叶片处于水平状态，即和上述风轮半径重合，无人机相机在航点则可以拍摄到叶片图像。还需要说明的是，本方案不同于现有技术中，在无人机达到航点后控制无人机相机始进行拍照，因为风机的相邻叶片之间存在较大间隙，因此如果无人机一直进行拍照的话，一方面会导致不必要的资源浪费，再一方面会拍摄到大量的无效图片(不包含风机叶片的图像)，因此本方案提出，在无人机上增加激光测距仪，并且在无人机到达航点后，控制激光测距仪对着水平半径的方向进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照，即本方案可以通过激光测距仪来判断是否有叶片经过风轮水平半径处，只要在判断有叶片经过的时候才控制无人机相机进行拍照，在没有叶片经过的时候控制无人机相机停止工作，较高的节省了硬件资源，也避免了无效拍照。
这里还需要说明的是，在风机的转动过程中，叶片叶尖部分的转速很高，叶尖部分的面积又比较小，因此通过触发拍照的策略，很可能出现测距仪测不到叶尖部分的结果从而不触发拍照发生漏拍的问题，结合图5，在上述生成的航点中包括了根据目标视点生成的对应的两个航点：目标视点对应的航点1以及目标视点对应的航点2，由于目标视点距离叶尖存在冗余距离，即目标视点与叶尖不重合，因此，在无人机处于上述两个航点下，无人机拍摄到的叶尖不会出现在拍摄图像边缘，而是出现在拍摄图像的中间区域，如果无人机拍摄到的叶尖不会出现在拍摄图像边缘，由于在无人机中，相机的偏航角与测距仪的偏航角是相同的，那么无人机相机必然会拍摄到叶尖，那么测距仪必然能够被叶尖触发拍照。因此，本方案通过上述根据目标视点生成的两个对应航点，可以保证在上述两个航点下，无人机在其姿态范围内可以让测距仪在某一刻能够测得叶尖部分的结果从而实现触发拍照，避免叶尖部分出现漏拍。
可选的，确定所述冗余距离，包括：
步骤S1300，确定无人机相机在巡检距离下能够拍摄到的风轮半径的最大长度。
具体的，上述巡检距离可以大于等于无人机在巡检过程中与风机之间的安全距离，上述风轮半径的最大长度为在巡检距离下，无人机相机拍照能够覆盖的最大范围，以下是最大长度k的具体计算方法：
其中，W为无人机相机拍摄图像宽，p为相机的像元大小，f为相机焦距。
步骤S1301，获取对于风机叶尖占据无人机相机拍摄图像的预设比例，基于所述预设比例、最大长度确定所述冗余距离。
具体的，上述预设比例可以为3/4，即本方案可以预设在拍摄图像中，叶尖要占拍摄图像的3/4，因为在叶尖要占拍摄图像的3/4的情况下，相机必然能够拍到叶尖部分。然后本方案再根据基于所述预设比例、最大长度确定所述冗余距离Dr，以下是冗余距离Dr的具体计算方法：
Dr＝(1-预设比例)×k。
可选的，步骤S13基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点，包括：
步骤S131，基于所述目标视点与风机叶尖的距离、所述最大长度、以及风轮半径确定风机叶根到所述目标视点之间的视点数量S。
具体的，视点数量S的数量计算方法如下：
其中，rb为风轮半径，Dr为冗余距离，k为最大长度。
步骤S132，在所述风轮半径上规划S个视点，其中，S个视点中相邻的两个视点之间的距离相等。
可选的，所述方法还包括：基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点，其中，基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点包括：结合图6，以所述目标视点为圆心，所述巡检距离为半径生成圆弧，在所述圆弧上确定两个穿越航点，其中，两个穿越点与所述目标视点分别形成一条直线，每条直线与所述风轮半径的夹角相同，每条直线与所述风轮半径的夹角可以为45°。
具体的，无人机在进行动态巡检时，需要从风机的正面绕行至风机背面，在现有技术中，如图7所示，无人机的绕行的过程中是走的直角，即两个穿越航点的连接线是垂直于风轮，但是此种穿越方式导致无人机飞行时间较长。本实施例通过做圆弧生成穿越航点，可以使得无人机在保证安全的基础上快速的实现从风机正面到背面的穿越。
可选的，在步骤S17控制测距仪对风机叶片进行测距之前，所述方法还包括:
根据预设策略调整在每个航点上悬停的测距仪偏航方向与相机偏航方向之间的夹角，其中，在所述预设策略中，航点与轮毂中心的距离与航点对应的夹角大小成反比，并且夹角的最大值小于预设角度(可以为18°)。
具体的，为了保证在巡检过程中，风机叶轮的运动对激光测距仪视野的遮挡能稳定触发相机的拍摄，本方案则调整在每个航点下，测距仪偏航方向与相机偏航方向之间的夹角，使得在每个航点下，激光测距仪都对准靠近叶轮中心的位置，从而实现测得有效数据然后进行触发拍照。由于无人机机头与激光测距仪为刚性连接，因此在实际巡检过程中只要调整无人机机头对准靠近风机叶轮中心的位置即可。需要说明的是，在叶根和叶尖位置本方案设置无人机偏航(无人机测距仪偏航)与载荷偏航夹角为最大夹角18°，逐次向靠近风轮中心的位置减小。
在逐航点采集数据的过程中，无人机会不断调整机头与云台之间的夹角，以保证风机能够不断触发相机拍摄，每个航点会悬停15s左右，确保在航点位置都能够采集到每个风机叶轮的数据。
可选的，根据测距结果控制无人机相机进行拍照，包括：
在同时符合以下所有条件的情况下，控制无人机相机进行拍照：
测距仪在当前时刻收到的激光反射度大于第一预设反射度40；测距仪在当前时刻的上一时刻收到的激光反射度小于第二预设反射度40；测距仪测得的距离满足预设区间[巡检距离-30，巡检距离+30]；当前时刻与相机最近拍照的时刻之间存在预设间隔200ms。
需要说明的是，上述第一预设反射度可由激光测距仪自身的测距特性决定，如果当前时刻收到的反射度小于等于40，则认为测距距离不准确，此刻不触发拍照以节省硬件资源。
可选的，在根据测距结果控制无人机相机进行拍照之前，所述方法还包括：
步骤S161，根据无人机实时所处的航点、实时风速调整无人机的飞行高度；
步骤S162，基于所述飞行高度、巡检距离调整相机的姿态。
下面对于上述步骤S161至步骤S162的技术效果以及技术细节做如下说明：
由于受到风机叶片的扰流影响，无人机在风轮正面巡检和背面巡检时俯仰角姿态不同，如图8所示，无人机在风机正面时机头与水平面成一个倾角向上，而在背面时，无人机机头会与水平面成一个倾角向下。因此当无人机在风机背面巡检时，如果风机叶轮速度过快，在触发相机拍照后，易出现在相机曝光时刻捕捉不到风轮的现象，因此需要在无人机飞行高度和云台倾角上进行补偿。在无人机穿越风轮的过程中，即从风机正面点飞至风机背面的过程中，无人机的高度会缓慢上升一定高度，该高度视风机的转速进行调整，同时无人机的云台会缓慢调整pitch角向下，该角度的大小为：
其中he表示上升的无人机从风机正面点飞至风机背面上升高度，D表示巡检距离。
应理解，本文中前述关于本发明的方法所描述的具体特征、操作和细节也可类似地应用于本发明的装置和系统，或者，反之亦然。另外，上文描述的本发明的方法的每个步骤可由本发明的装置或系统的相应部件或单元执行。
应理解，本发明的装置的各个模块/单元可全部或部分地通过软件、硬件、固件或其组合来实现。所述各模块/单元各自可以硬件或固件形式内嵌于计算机设备的处理器中或独立于所述处理器，也可以软件形式存储于计算机设备的存储器中以供处理器调用来执行所述各模块/单元的操作。所述各模块/单元各自可以实现为独立的部件或模块，或者两个或更多个模块/单元可实现为单个部件或模块。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可由处理器执行的计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时指示所述处理器执行本发明的实施例的方法的各步骤。该计算机设备可以广义地为服务器、终端，或任何其他具有必要的计算和/或处理能力的电子设备。在一个实施例中，该计算机设备可包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、通信接口等。该计算机设备的处理器可用于提供必要的计算、处理和/或控制能力。该计算机设备的存储器可包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质中或上可存储有操作系统、计算机程序等。该内存储器可为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口和通信接口可用于与外部的设备通过网络连接和通信。该计算机程序被处理器执行时执行本发明的方法的步骤。
本发明可以实现为一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时导致本发明实施例的方法的步骤被执行。在一个实施例中，所述计算机程序被分布在网络耦合的多个计算机设备或处理器上，以使得所述计算机程序由一个或多个计算机设备或处理器以分布式方式存储、访问和执行。单个方法步骤/操作，或者两个或更多个方法步骤/操作，可以由单个计算机设备或处理器或由两个或更多个计算机设备或处理器执行。一个或多个方法步骤/操作可以由一个或多个计算机设备或处理器执行，并且一个或多个其他方法步骤/操作可以由一个或多个其他计算机设备或处理器执行。一个或多个计算机设备或处理器可以执行单个方法步骤/操作，或执行两个或更多个方法步骤/操作。
本领域普通技术人员可以理解，本发明的方法步骤可以通过计算机程序来指示相关的硬件如计算机设备或处理器完成，所述的计算机程序可存储于非暂时性计算机可读存储介质中，该计算机程序被执行时导致本发明的步骤被执行。根据情况，本文中对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘等。易失性存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、外部高速缓冲存储器等。
以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种风机动态巡检的方法，其特征在于，包括：
在风轮半径上确定目标视点，其中，所述目标视点与风轮半径的叶尖位置存在冗余距离，风轮半径为风机叶片转动产生的圆轮在水平方向的半径；
基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点；
将所述多个视点按照风机的实时偏航方向以及反偏航方向分别平移，得到风机正面以及背面的巡检航点；
在无人机飞至每个巡检航点悬停时，控制测距仪对风机叶片进行测距，并且根据测距结果控制无人机相机进行拍照。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述冗余距离，包括：
确定无人机相机在巡检距离下能够拍摄到的风轮半径的最大长度；
获取对于风机叶尖占据无人机相机拍摄图像的预设比例；
基于所述预设比例、最大长度确定所述冗余距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述目标视点在所述风轮半径圆心以及目标视点之间规划多个视点，包括：
基于所述目标视点与风机叶尖的距离、所述最大长度、以及风轮半径确定风机叶根到所述目标视点之间的视点数量S；
在所述风轮半径上规划S个视点，其中，S个视点中相邻的两个视点之间的距离相等。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点，基于所述目标视点生成风机两侧的穿越航点包括：
以所述目标视点为圆心，所述巡检距离为半径生成圆弧，在所述圆弧上确定两个穿越航点，其中，两个穿越点与所述目标视点分别形成一条直线，每条直线与所述风轮半径的夹角相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制测距仪对风机叶片进行测距之前，所述方法还包括:
根据预设策略调整在每个航点上悬停的测距仪偏航方向与相机偏航方向之间的夹角，其中，在所述预设策略中，航点与轮毂中心的距离与航点对应的夹角大小成反比，并且夹角的最大值小于预设角度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据测距结果控制无人机相机进行拍照，包括：
在同时符合以下所有条件的情况下，控制无人机相机进行拍照：
测距仪在当前时刻收到的激光反射度大于第一预设反射度；
测距仪在当前时刻的上一时刻收到的激光反射度小于第二预设反射度；
测距仪测得的距离满足预设区间；
当前时刻与相机最近拍照的时刻之间存在预设间隔。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据测距结果控制无人机相机进行拍照之前，所述方法还包括：
根据无人机实时所处的航点、实时风速调整无人机的飞行高度；
基于所述飞行高度、巡检距离调整相机的姿态。
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令在由所述处理器执行时导致权利要求1至7中任一项方法被执行。
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