王鵬
摘 要：隨著科學技術的不斷發展和進步，無人機的製作和研發得到了飛速的發展，而大型風電機組的出現使得無人機的工作性能更加穩定和安全，風電市場的發展導致風電機組中使用的葉片數量和長度與之前相比有較大的提升，傳統的人力檢驗模式耗費時間而且檢測效果較差，該文根據無人機的工作狀態以及工作形式，指出基於無人機的風電葉片巡檢工作的問題及相關注意事項以供同行參考。
關鍵詞：無人機;風電葉片;巡檢
中圖分類號：TM315 文獻標誌碼：A
0 前言
無人機技術的發展與成熟為相關領域的檢測和維護工作提供了很大的便利，無人機技術也逐漸應用到風電設備葉片的維護和檢測工作中。由於葉片往往長度較大，工作人員難以直接進行現場的檢測和觀察，很難及時發現葉片故障。以往葉片檢測工作的主要方式是通過繩索垂降人工檢測或者望遠鏡監控，這種方式效率低下且具有一定的安全風險，因此，將無人機技術引入到風電葉片巡檢工作中是十分重要的。
1 無人機在風電葉片巡檢中的意義
1.1 有效減少巡檢成本
風電葉片大多安裝在風力資源較為豐富的區域，但是有很多風電項目建設在人跡罕至的區域，對人工巡檢模式造成很大的制約，人工巡檢方案不僅需要專業人員的參與，而且還需要大量資源的投入，在涉及這些區域時人工巡檢有一定的限制，巡檢成本也相應增大。無人機巡檢不會受地形和環境的影響，通過遠程操控就可以將目標風電葉片巡檢內容通過無人機設備附帶的照相系統記錄下來。無人機的使用和參與大大降低了員工的工作量，降低了各種檢測成本，同時不需要工作人員在機電葉片工作的現場便能夠完成巡檢工作，也提高了檢測安全性，避免檢測過程中出現人員安全事故。
1.2 巡檢內容更加系統全面
無人機技術的普遍以及智能化科技的發展使得無人機系統逐漸完善，相應的功能也強大起來，人們可以在無人機中搭載不同的程序和系統使無人機的功能增多。將設備缺陷故障問題尋找、實時監控以及故障定位等程序植入到無人機系統中，可以使無人機工作更加全面到位，提升無人機工作的效率，減少機電葉片發生故障的次數，保證機電系統運行更加穩定和安全，為發電效果提供有效保障。
1.3 減少風電葉片巡檢時間
相對於人力檢測工作來說，無人機巡檢工作不受到環境條件和氣候條件的制約，檢測程序更加精確，可以明顯減少人員失誤造成的檢測問題，提高檢測工作的質量。無人機可以在任何惡劣的環境和氣候條件下進行工作，使用無人機對有可能發生地質災害或者自然災害的區域進行機電葉片的巡檢工作，可以保證任務完成的質量並縮短檢測工作的時間。同時，在進行無人機葉片巡檢工作時，不需要準備大量的設備，大多數無人機設備可以在1.5 min內起飛，因此在結束一個區域葉片巡檢工作之後，無人機可以及時到另一個區域開展巡檢工作，這樣能夠大大減少輸電線路的巡檢時間。
2 無人機巡檢系統的構建
2.1 構建硬體平台
無人機系統的硬體平台主要包括控制模塊和測距模塊2部分內容，該無人機檢測系統選擇的是8 MHz的晶振，在晶振元件中引出3個串口，包括2路LED燈和一個SD卡插槽。其中LED燈起到指示說明的作用，反映無人機設備在工作期間是否存在異常情況等。SD卡的作用是記錄無人機飛行過程中的日誌。這3路串口用在接收數據包以及測量數值匯中，同時接入一路PWM輸出口用來控制雲台的拍照過程。在雲台拍照時，需要保存相應的拍照信息並記錄拍照時無人機的位置等，以判斷檢測的位置和區域。相片與機電葉片之間的距離是通過超聲波模塊和雷射模塊的協同作用進行確定的，這2種模塊的聯合使用可以有效減小距離測量的誤差，提高測量的準確度。一般情況下，超聲波模塊的測距距離不會超過8 m，而雷射的測量距離可以達到10 m以上。超聲波測距不需要像雷射測距一樣在受到相關指令之後才能夠進行操作，工作模式更加簡單。
2.2 構建軟體平台
根據應用的無人機型號、系列以及結合相關雲台拍照的速度，進行風電葉片巡檢時選擇的控制模塊為STMF1和MCU，這種模塊的通信速度較快，信息傳遞及時，更能夠滿足風電葉片巡檢工作的要求。在實際進行風電葉片巡檢工作時，無人機利用軟體系統快速處理得到相關葉片損傷的具體信息，例如葉片損傷的大小以及葉片損傷的邊界，通過軟體計算出損傷所占整個葉片的比例，並結合超聲波測距與雷射測距得到的數值，確定機電葉片的具體損傷情況，減少計算的誤差和判斷的錯誤情況。
3 無人機葉片巡檢的具體過程
3.1 確定葉片巡檢區域與項目
在運用無人機技術對機電葉片進行巡檢工作前，必須對當前葉片的工作情況以及具體的位置和地形等信息有全面系統的了解，結合實際情況確定無人機葉片巡檢的內容，葉片的巡檢工作包括葉片主體、葉片工作線路以及相關附屬設備等，利用無人機設備中的高清相機對葉片工作情況進行記錄和儲存，對葉片中出現損傷的位置用無人機進行拍照並上傳，工作人員可以及時根據系統上傳的照片和視頻明確故障出現的位置，並分析故障產生的原因。
3.2 風電葉片的巡檢流程
首先使用無人機對風電葉片周邊環境和影響因素進行排查，核對相關的數據，然後設置無人機系統程序，確保無人機工作的區域沒有密集樹林以及高大的建築，為無人機正常工作創造良好的條件。在確定無人機飛行路線和檢測項目之前，需要對檢測程序進行設計和優化，並調試無人機的工作，在無人機檢測工作合格之後，才可以由專業技術人員負責無人機的操作，並設置無人機飛行區域的警戒線。
無人機起飛準備工作完成之後，可以操作無人機起飛，技術人員發出相應的起飛指令並對起飛具體情況進行準確的記錄。操作人員使用遙控器對無人機的飛行進行操作，當無人機在飛行過程中出現偏離設定路線時，工作人員可以通過遙控器進行手動操控，保證無人機在預定的航線中飛行。根據當地的地形特點和氣候條件設置合理的飛行速度，在需要精細巡檢輸電線路時，可以適當降低無人機飛行速度，將之控制在4 m/s的範圍內。相關負責人對無人機傳輸回來的實時畫面及時地進行拍照和處理，並適當調整雲台的角度，完成數據記錄工作。無人機巡檢工作完成之後，可以進行無人機的回航操作，由專業技術人員對無人機發送回航的指令，要求無人機按照合理快速的路線回航。在發送回航指令之前，相關工作人員需要對回航時的風速和風向進行判斷，以此確定回航時的飛行速度，無人機回到預定位置之後，要在保證機身平穩的情況下才可以進行降落和減速，保證無人機安全降落。及時清除無人機工作場地的人員，保證無人機的降落過程中不會對工作人員造成傷害，在無人機降落平穩之後，存儲數據並關閉無人機的電源。
4 結語
綜上所述，無人機葉片巡檢工作在當前葉片檢測中發揮著十分重要的作用，用無人機進行檢測，極大地降低了人力的投入，減少了檢測成本，提高了檢測效率，縮短了檢測時間，是當前風電葉片巡檢工作一個主要的發展方向，為當前風電葉片巡檢工作提供了一個新的方案。
參考文獻
[1]全權.多旋翼飛行器設計與控制[M].北京：電子工業出版社，2018.
[2]吳飛龍，林韓，湯明文，等.多種中繼方式在大型無人機輸電線路巡檢中的應用[J].中國電力，2015，48（2）：104-110.
[3]陳天添.無人機巡檢輸電線路技術的應用分析[J].科技與新，2016（4）：154-155.
摘 要：隨著科學技術的不斷發展和進步，無人機的製作和研發得到了飛速的發展，而大型風電機組的出現使得無人機的工作性能更加穩定和安全，風電市場的發展導致風電機組中使用的葉片數量和長度與之前相比有較大的提升，傳統的人力檢驗模式耗費時間而且檢測效果較差，該文根據無人機的工作狀態以及工作形式，指出基於無人機的風電葉片巡檢工作的問題及相關注意事項以供同行參考。
關鍵詞：無人機;風電葉片;巡檢
中圖分類號：TM315 文獻標誌碼：A
0 前言
無人機技術的發展與成熟為相關領域的檢測和維護工作提供了很大的便利，無人機技術也逐漸應用到風電設備葉片的維護和檢測工作中。由於葉片往往長度較大，工作人員難以直接進行現場的檢測和觀察，很難及時發現葉片故障。以往葉片檢測工作的主要方式是通過繩索垂降人工檢測或者望遠鏡監控，這種方式效率低下且具有一定的安全風險，因此，將無人機技術引入到風電葉片巡檢工作中是十分重要的。
1 無人機在風電葉片巡檢中的意義
1.1 有效減少巡檢成本
風電葉片大多安裝在風力資源較為豐富的區域，但是有很多風電項目建設在人跡罕至的區域，對人工巡檢模式造成很大的制約，人工巡檢方案不僅需要專業人員的參與，而且還需要大量資源的投入，在涉及這些區域時人工巡檢有一定的限制，巡檢成本也相應增大。無人機巡檢不會受地形和環境的影響，通過遠程操控就可以將目標風電葉片巡檢內容通過無人機設備附帶的照相系統記錄下來。無人機的使用和參與大大降低了員工的工作量，降低了各種檢測成本，同時不需要工作人員在機電葉片工作的現場便能夠完成巡檢工作，也提高了檢測安全性，避免檢測過程中出現人員安全事故。
1.2 巡檢內容更加系統全面
無人機技術的普遍以及智能化科技的發展使得無人機系統逐漸完善，相應的功能也強大起來，人們可以在無人機中搭載不同的程序和系統使無人機的功能增多。將設備缺陷故障問題尋找、實時監控以及故障定位等程序植入到無人機系統中，可以使無人機工作更加全面到位，提升無人機工作的效率，減少機電葉片發生故障的次數，保證機電系統運行更加穩定和安全，為發電效果提供有效保障。
1.3 減少風電葉片巡檢時間
相對於人力檢測工作來說，無人機巡檢工作不受到環境條件和氣候條件的制約，檢測程序更加精確，可以明顯減少人員失誤造成的檢測問題，提高檢測工作的質量。無人機可以在任何惡劣的環境和氣候條件下進行工作，使用無人機對有可能發生地質災害或者自然災害的區域進行機電葉片的巡檢工作，可以保證任務完成的質量並縮短檢測工作的時間。同時，在進行無人機葉片巡檢工作時，不需要準備大量的設備，大多數無人機設備可以在1.5 min內起飛，因此在結束一個區域葉片巡檢工作之後，無人機可以及時到另一個區域開展巡檢工作，這樣能夠大大減少輸電線路的巡檢時間。
2 無人機巡檢系統的構建
2.1 構建硬體平台
無人機系統的硬體平台主要包括控制模塊和測距模塊2部分內容，該無人機檢測系統選擇的是8 MHz的晶振，在晶振元件中引出3個串口，包括2路LED燈和一個SD卡插槽。其中LED燈起到指示說明的作用，反映無人機設備在工作期間是否存在異常情況等。SD卡的作用是記錄無人機飛行過程中的日誌。這3路串口用在接收數據包以及測量數值匯中，同時接入一路PWM輸出口用來控制雲台的拍照過程。在雲台拍照時，需要保存相應的拍照信息並記錄拍照時無人機的位置等，以判斷檢測的位置和區域。相片與機電葉片之間的距離是通過超聲波模塊和雷射模塊的協同作用進行確定的，這2種模塊的聯合使用可以有效減小距離測量的誤差，提高測量的準確度。一般情況下，超聲波模塊的測距距離不會超過8 m，而雷射的測量距離可以達到10 m以上。超聲波測距不需要像雷射測距一樣在受到相關指令之後才能夠進行操作，工作模式更加簡單。
2.2 構建軟體平台
根據應用的無人機型號、系列以及結合相關雲台拍照的速度，進行風電葉片巡檢時選擇的控制模塊為STMF1和MCU，這種模塊的通信速度較快，信息傳遞及時，更能夠滿足風電葉片巡檢工作的要求。在實際進行風電葉片巡檢工作時，無人機利用軟體系統快速處理得到相關葉片損傷的具體信息，例如葉片損傷的大小以及葉片損傷的邊界，通過軟體計算出損傷所占整個葉片的比例，並結合超聲波測距與雷射測距得到的數值，確定機電葉片的具體損傷情況，減少計算的誤差和判斷的錯誤情況。
3 無人機葉片巡檢的具體過程
3.1 確定葉片巡檢區域與項目
在運用無人機技術對機電葉片進行巡檢工作前，必須對當前葉片的工作情況以及具體的位置和地形等信息有全面系統的了解，結合實際情況確定無人機葉片巡檢的內容，葉片的巡檢工作包括葉片主體、葉片工作線路以及相關附屬設備等，利用無人機設備中的高清相機對葉片工作情況進行記錄和儲存，對葉片中出現損傷的位置用無人機進行拍照並上傳，工作人員可以及時根據系統上傳的照片和視頻明確故障出現的位置，並分析故障產生的原因。
3.2 風電葉片的巡檢流程
首先使用無人機對風電葉片周邊環境和影響因素進行排查，核對相關的數據，然後設置無人機系統程序，確保無人機工作的區域沒有密集樹林以及高大的建築，為無人機正常工作創造良好的條件。在確定無人機飛行路線和檢測項目之前，需要對檢測程序進行設計和優化，並調試無人機的工作，在無人機檢測工作合格之後，才可以由專業技術人員負責無人機的操作，並設置無人機飛行區域的警戒線。
無人機起飛準備工作完成之後，可以操作無人機起飛，技術人員發出相應的起飛指令並對起飛具體情況進行準確的記錄。操作人員使用遙控器對無人機的飛行進行操作，當無人機在飛行過程中出現偏離設定路線時，工作人員可以通過遙控器進行手動操控，保證無人機在預定的航線中飛行。根據當地的地形特點和氣候條件設置合理的飛行速度，在需要精細巡檢輸電線路時，可以適當降低無人機飛行速度，將之控制在4 m/s的範圍內。相關負責人對無人機傳輸回來的實時畫面及時地進行拍照和處理，並適當調整雲台的角度，完成數據記錄工作。無人機巡檢工作完成之後，可以進行無人機的回航操作，由專業技術人員對無人機發送回航的指令，要求無人機按照合理快速的路線回航。在發送回航指令之前，相關工作人員需要對回航時的風速和風向進行判斷，以此確定回航時的飛行速度，無人機回到預定位置之後，要在保證機身平穩的情況下才可以進行降落和減速，保證無人機安全降落。及時清除無人機工作場地的人員，保證無人機的降落過程中不會對工作人員造成傷害，在無人機降落平穩之後，存儲數據並關閉無人機的電源。
4 結語
綜上所述，無人機葉片巡檢工作在當前葉片檢測中發揮著十分重要的作用，用無人機進行檢測，極大地降低了人力的投入，減少了檢測成本，提高了檢測效率，縮短了檢測時間，是當前風電葉片巡檢工作一個主要的發展方向，為當前風電葉片巡檢工作提供了一個新的方案。
參考文獻
[1]全權.多旋翼飛行器設計與控制[M].北京：電子工業出版社，2018.
[2]吳飛龍，林韓，湯明文，等.多種中繼方式在大型無人機輸電線路巡檢中的應用[J].中國電力，2015，48（2）：104-110.
[3]陳天添.無人機巡檢輸電線路技術的應用分析[J].科技與新，2016（4）：154-155.
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