基于无人机的风电叶片巡检
王鹏
摘? 要：随着科学技术的不断发展和进步，无人机的制作和研发得到了飞速的发展，而大型风电机组的出现使得无人机的工作性能更加稳定和安全，风电市场的发展导致风电机组中使用的叶片数量和长度与之前相比有较大的提升，传统的人力检验模式耗费时间而且检测效果较差，该文根据无人机的工作状态以及工作形式，指出基于无人机的风电叶片巡检工作的问题及相关注意事项以供同行参考。
关键词：无人机;风电叶片;巡检
中图分类号：TM315? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 前言
无人机技术的发展与成熟为相关领域的检测和维护工作提供了很大的便利，无人机技术也逐渐应用到风电设备叶片的维护和检测工作中。由于叶片往往长度较大，工作人员难以直接进行现场的检测和观察，很难及时发现叶片故障。以往叶片检测工作的主要方式是通过绳索垂降人工检测或者望远镜监控，这种方式效率低下且具有一定的安全风险，因此，将无人机技术引入到风电叶片巡检工作中是十分重要的。
1 无人机在风电叶片巡检中的意义
1.1 有效减少巡检成本
风电叶片大多安装在风力资源较为丰富的区域，但是有很多风电项目建设在人迹罕至的区域，对人工巡检模式造成很大的制约，人工巡检方案不仅需要专业人员的参与，而且还需要大量资源的投入，在涉及这些区域时人工巡检有一定的限制，巡检成本也相应增大。无人机巡检不会受地形和环境的影响，通过远程操控就可以将目标风电叶片巡检内容通过无人机设备附带的照相系统记录下来。无人机的使用和参与大大降低了员工的工作量，降低了各种检测成本，同时不需要工作人员在机电叶片工作的现场便能够完成巡检工作，也提高了检测安全性，避免检测过程中出现人员安全事故。
1.2 巡检内容更加系统全面
无人机技术的普遍以及智能化科技的发展使得无人机系统逐渐完善，相应的功能也强大起来，人们可以在无人机中搭载不同的程序和系统使无人机的功能增多。将设备缺陷故障问题寻找、实时监控以及故障定位等程序植入到无人机系统中，可以使无人机工作更加全面到位，提升无人机工作的效率，减少机电叶片发生故障的次数，保证机电系统运行更加稳定和安全，为发电效果提供有效保障。
1.3 减少风电叶片巡检时间
相对于人力检测工作来说，无人机巡检工作不受到环境条件和气候条件的制约，检测程序更加精确，可以明显减少人员失误造成的检测问题，提高检测工作的质量。无人机可以在任何恶劣的环境和气候条件下进行工作，使用无人机对有可能发生地质灾害或者自然灾害的区域进行机电叶片的巡检工作，可以保证任务完成的质量并缩短检测工作的时间。同时，在进行无人机叶片巡检工作时，不需要准备大量的设备，大多数无人机设备可以在1.5 min内起飞，因此在结束一个区域叶片巡检工作之后，无人机可以及时到另一个区域开展巡检工作，这样能够大大减少输电线路的巡检时间。
2 无人机巡检系统的构建
2.1 构建硬件平台
无人机系统的硬件平台主要包括控制模块和测距模块2部分内容，该无人机检测系统选择的是8 MHz的晶振，在晶振元件中引出3个串口，包括2路LED灯和一个SD卡插槽。其中LED灯起到指示说明的作用，反映无人机设备在工作期间是否存在异常情况等。SD卡的作用是记录无人机飞行过程中的日志。这3路串口用在接收数据包以及测量数值汇中，同时接入一路PWM输出口用来控制云台的拍照过程。在云台拍照时，需要保存相应的拍照信息并记录拍照时无人机的位置等，以判断检测的位置和区域。相片与机电叶片之间的距离是通过超声波模块和激光模块的协同作用进行确定的，这2种模块的联合使用可以有效减小距离测量的误差，提高测量的准确度。一般情况下，超声波模块的测距距离不会超过8 m，而激光的测量距离可以达到10 m以上。超声波测距不需要像激光测距一样在受到相关指令之后才能够进行操作，工作模式更加简单。
2.2 构建软件平台
根据应用的无人机型号、系列以及结合相关云台拍照的速度，进行风电叶片巡检时选择的控制模块为STMF1和MCU，这种模块的通信速度较快，信息传递及时，更能够满足风电叶片巡检工作的要求。在实际进行风电叶片巡检工作时，无人机利用软件系统快速处理得到相关叶片损伤的具体信息，例如叶片损伤的大小以及叶片损伤的边界，通过软件计算出损伤所占整个叶片的比例，并结合超声波测距与激光测距得到的数值，确定机电叶片的具体损伤情况，减少计算的误差和判断的错误情况。
3 无人机葉片巡检的具体过程
3.1 确定叶片巡检区域与项目
在运用无人机技术对机电叶片进行巡检工作前，必须对当前叶片的工作情况以及具体的位置和地形等信息有全面系统的了解，结合实际情况确定无人机叶片巡检的内容，叶片的巡检工作包括叶片主体、叶片工作线路以及相关附属设备等，利用无人机设备中的高清相机对叶片工作情况进行记录和储存，对叶片中出现损伤的位置用无人机进行拍照并上传，工作人员可以及时根据系统上传的照片和视频明确故障出现的位置，并分析故障产生的原因。
3.2 风电叶片的巡检流程
首先使用无人机对风电叶片周边环境和影响因素进行排查，核对相关的数据，然后设置无人机系统程序，确保无人机工作的区域没有密集树林以及高大的建筑，为无人机正常工作创造良好的条件。在确定无人机飞行路线和检测项目之前，需要对检测程序进行设计和优化，并调试无人机的工作，在无人机检测工作合格之后，才可以由专业技术人员负责无人机的操作，并设置无人机飞行区域的警戒线。
无人机起飞准备工作完成之后，可以操作无人机起飞，技术人员发出相应的起飞指令并对起飞具体情况进行准确的记录。操作人员使用遥控器对无人机的飞行进行操作，当无人机在飞行过程中出现偏离设定路线时，工作人员可以通过遥控器进行手动操控，保证无人机在预定的航线中飞行。根据当地的地形特点和气候条件设置合理的飞行速度，在需要精细巡检输电线路时，可以适当降低无人机飞行速度，将之控制在4 m/s的范围内。相关负责人对无人机传输回来的实时画面及时地进行拍照和处理，并适当调整云台的角度，完成数据记录工作。无人机巡检工作完成之后，可以进行无人机的回航操作，由专业技术人员对无人机发送回航的指令，要求无人机按照合理快速的路线回航。在发送回航指令之前，相关工作人员需要对回航时的风速和风向进行判断，以此确定回航时的飞行速度，无人机回到预定位置之后，要在保证机身平稳的情况下才可以进行降落和减速，保证无人机安全降落。及时清除无人机工作场地的人员，保证无人机的降落过程中不会对工作人员造成伤害，在无人机降落平稳之后，存储数据并关闭无人机的电源。
4 结语
综上所述，无人机叶片巡检工作在当前叶片检测中发挥着十分重要的作用，用无人机进行检测，极大地降低了人力的投入，减少了检测成本，提高了检测效率，缩短了检测时间，是当前风电叶片巡检工作一个主要的发展方向，为当前风电叶片巡检工作提供了一个新的方案。
参考文献
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