无人机在风机叶片精细化巡检中的应用

韩旭 邓诚 何旭辉 杨延俊

摘 要：随着我国经济的发展以及技术水平的提升，精细化巡检得到了相关部门的关注，在新的时期占据着十分重要的地位。而无人机技术的发展以及其在精细化巡检中的应用也提升了巡检的实际效率。基于此，本文就无人机在风机叶片精细化巡检中的应用进行深入的分析，从而可以为相关部门进行相关工作提供有效的建议。

关键词：无人机技术;风机叶片;精细化巡检

引言：传统的风机叶片巡检需要人工配合吊篮或者高倍望远镜进行，利用肉眼对叶片中的裂缝进行分析，存在存在风险大、成本高、耗时长等问题，导致精细化巡检工作无法顺利地发挥作用。因此，在进行研究的时候需要利用现代化无人机系统对风力发电机组进行外观扫描，实现智能化、精细化的风力发电机组叶片巡检，从而保证电力系统的作用可以得到有效的发挥。

一、无人机巡检系统的概念以及其技术优势

（一）无人机巡检系统的概念

随着我国经济的发展和技术水平的提升，我国的风力发电技术取得了迅猛的发展，风机叶片是保证风力发电技术可以稳定运行的关键，因此需要定期的进行精细化巡检，但是传统的巡检方式在应用的时候存在比较明显的问题导致出现风险大、成本高、耗时长等问题，无法满足现代技术的实际需求。因此需要在进行精细化巡检的时候利用无人机技术优化具体的巡检工作效果。无人机不受地形制约，可以利用高精度航拍设备进行风力发电机组外观扫描，实现智能化、精细化风力发电机组叶片巡检，具有准确、高效、安全、成本低等优点，可以在大范围内部得到普及以及应用。

无人机巡检系统指的是以无人机为平台，挂载任务设备，配合软件进行任务规划和执行，数据存储和处理，同时具备综合保障设备的意识，完成巡检作业任务的系统[1]。在具体进行应用的时候可以利用这种技术对无人机巡检进行优化以及创新，推进风力产业的发展。

（二）无人机巡检系统的技术优势

1.高速信号处理技术

一般而言，无人机巡检系统会配备相应的高速信号处理设施，因此在无人的条件下实现对于各种信号的高速化处理，进而可以推进整个无人机巡航工作的进步和发展。在具体进行应用的时候需要运用和分析各种设计的实际要求，在充分把握系统中的要点之后优化无人机巡检系统的识别功能，在系统安装的时候可以发挥不可替代的作用，有效的降低管理监控的成本，保证风力发电企业自身的经济效益和社会效益，推进整个产业的发展。

2.捕获信号技术

无人机巡检系统在运行的时候具有比较高的接受信号以及处理数据的效率，并且可以远距离捕捉数据，因此，无人机巡检系统的应用可以在各种高科技领域取得比较广泛的应用，达到比较优秀的使用效果。在具体应用的时候需要重点把握其中的设计要点，并且不断对功能进行完善以及升级，推进整个产业的发展。

二、无人机精细化巡检的系统构成以及业务流程

（一）无人机精细化巡检的系统构成

风电机组叶片无人机自动化巡检系统应包括无人机分系统、巡检软件分系统、综合保障分系统、云端数字化管理平台等部分。在具体应用的时候各种系统协同发挥作用，可以在勘察选线、管道施工、管道巡检、应急监测等方面可以具有比较优秀的应用效果。本文在进行研究的时候对系统的各种组成部分进行深入的分析，从而可以为无人机精细化巡检提供有效的建议。

1.无人机分系统

无人机分系统的主要系统是无人机、任务设备以及控制站。无人机是动力驱动、机上无人驾驶的航空飞行器的简称;任务设备指的是辅助无人机进行巡检工作的红外热成像、紫外成像仪，探照灯、喊话器、机载运算感知模块等设备[2];控制站指的是用于实现无人机任务规划、链路通讯、飞行控制、载荷控制、飞行状态参数显示、载荷信息显示、以及记录和分发等功能的设备，在具体应用的可以根据自身的实际情况选择最为合适的方式进行作业、

而无人机系统的主要组成则包括飞行控制子系统、动力子系统、图像及数据传输子系统、障碍物感知子系统，各子系统可二次拆分或集成。无人机自身具备飞行稳定性高;飞行安全可靠，飞行姿态控制精确;震动小，噪声干扰低的特点，因此在进行无人机巡检的时候可以发挥重要的作用。而任务设备可以用于现场辅助，机载运算感知模块等用于数据处理和辅助飞行控制的设备。控制站应包括手动控制设备、远程控制设备、显示设备等，从而可以保证整个系统的平稳运行。

2.巡检软件分系统

巡检软件分系统的主要组成是巡检任务规划子系统、任务执行子系统、数据存储子系统、数据分析子系统、无人机设备维护保养子系统等，其主要的功能是无人机起飞后自动计算风电机组的朝向和塔筒高度，自动寻找风电机组轮毂导流罩的中心点，操作人员点击确认作业起始点。起始点确认后，无人机按 照规划的路径进行叶片图像自动采集，进而可以优化具体应用的实际效果。

3.综合保障分系统

综合保障分系统的主要组成是地面保障设备和储运车辆组成，地面保障设备包含着比较复杂的设备比如括供电设备、备用电池、充电器、地面测风仪、测频仪、燃油箱、抽油泵、专用工具等，进而可以优化具体应用的实际效果。

4.云端数字化管理平台

随着我国经济的发展和技术水平的提升，云计算得到了我国相关部门的重视，带动了各个产业的变革。本次云端数字化管理平台的建设是通过云架构的后台系统和交互界面前台系统协同发挥作用。云端数字化的后台应包括叶片信息归档存储、基于人工智能的缺陷自动检测等子系统，前台应包括风场概览、风电机组视图、报告生成、图片上传等子系统，进而可以保证整个系统的顺利运行。

另外，云端数字化管理需要具备叶片图像分类、交互式、缺陷测量、定位、以及自动生成报告等功能，进而可以优化具体应用的效果，提升巡检的实际效果。

（三）风电机组叶片无人机巡检系统作业流程分析

在具体进行应用的时候需要对风电机组叶片无人机巡检系统作业流程进行具体的分析，一般而言具体的作业流程主要包括两个部分，即风叶片数据采集流程和云端数字化管理平台数据分析流程[3]。

叶片数据采集流程是整个系统作业的重要环节。现场操作人员携带无人机到风车机位，对无人机的工作状态及硬件状态进行检查，并且将风电机组停机在倒“Y”字形，轮毂锁死。操作人员将无人机放置在风机轮毂正前方平坦空地，并且操纵无人机进行自动起飞。无人机起飞后在视觉与激光雷达融合计算的辅助下对风电机组的朝向和塔筒高度等数据进行计算，自动寻找风电机组轮毂导流罩的中心点，操作人员点击确认作业起始点。在确定起始点之后，无人机开始自动采集并传输和存储叶片图像。

云端叶片数字化管理平台数据也是整个系统运行的关键，其具体的工作流程如下文所示。

用户利用系统上传工具将风电机组叶片图片以及相关的数据信息上传到数据管理服务器存储起来，然后用户通过前端web服务器登陆到数据处理平台portal端。系统自动对这些已经上传的数据和资料进行深入的分析，并且进行缺陷的标注及测量等工作，最后通过报表服务器将风电机组叶片巡检报告进行导出，及时發现系统运行的过程中存在的问题，保证系统的顺利运行。

总结：综上所述，现阶段电力资源在我国社会中占据着极为重要的地位，同时风力发电已得到了比较广泛的应用。但是，传统的机组巡检方式存在许多缺点，导致巡检工作的实际效果无法得到有效的发挥。因此，巡检系统需要融合使用无人机技术，提升巡检工作的实际效果，从而可以推进整个风力发电产业的发展，保证电力资源的平稳供应。

参考文献;

[1]梁鑫钰，王辰羽，王文月.基于机械臂的35kV交流输电线路直线塔无人机检修作业系统设计[J].组合机床与自动化加工技术，2021（04）：158-162.

[2]蔡振宇，王泽锴，李文来.基于YOLOv3的正下无人机视角挖掘机实时检测方法[J].宁波大学学报（理工版），2021，34（02）：42-48.

[3]刘高.面向输电线路精细化巡检的无人机航线自动规划方法[J].电子设计工程，2021，29（04）：33-37.