无人机自主风机巡检系统的作业流程

369 编辑：中冶有色技术网来源：天津航天中为数据系统科技有限公司

2024-06-07 15:39:57

权利要求书： 1.一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，其特征在于,包括以下步骤：S1、加载起飞和寻找朝向航线流程；读取内置的风机和无人机载荷参数，根据参数自动加载起飞和寻找朝向的航线，对加载的航线进行仿真，确认航线安全后，将航线导入无人机，一键起飞，执行朝向寻找任务；

S2、加载巡检航线流程；将步骤S1中读取的风机、载荷和朝向查找任务中获取的朝向、相位值参数传输给航线生成模块，根据参数自动加载巡检的航线，对加载的航线进行仿真，确认航线安全后，将航点输入预判光照检核模块，进行光照的预判检核，检测整个航线是否适合拍照，给出提示；

S3、加载返航航线流程；无人机在执行步骤S2巡检任务时，根据任务监控模块实时监控航线以及电压信息，判断无人机电量是否不足，若电量不足，则进行返航航线规划，无人机返航；若电量充足，继续执行巡检任务；

S4、加载断点续航航线流程；步骤S3无人机返航后，则进行无人机休整，休整完毕，继续上次的巡检任务，读取上次任务的航线以及执行到的航点索引，进行加载断点续航航线流程，执行后续任务，任务执行完成后，拷贝机载端相机存储的图像，输入到缺陷识别系统，对风机叶片的缺陷进行识别，任务执行完毕，无人机自动返航，安全着陆。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，其特征在于：所述步骤S1中的朝向查找任务包括：

根据无人机实时回传的视频数据进行轮毂识别，识别出轮毂后，在视频显示区同步标绘显示，将识别出的轮毂区域图像输入朝向识别模块，输出概率值，在整个航线中，概率值最大值为风机正面时刻；

根据同步存储的遥测值，迭代输出概率值最大时刻的无人机GPS，计算风机相对于无人机的朝向值；

根据实时回传的视频帧，进行轮毂和轮毂正面的实时识别，识别到轮毂中心，人工进行确认后，自动进行相位识别，识别出当前风机叶片相对于塔筒的相位，将概率值最大时刻的视频帧输入朝向识别模块，计算风机叶片相对于塔筒的相位值，将计算出的朝向值和相位值存储于数据库中，作为下一步的巡检任务的参数输入。

3.根据权利要求1所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，其特征在于：所述步骤S2中的巡检航线规划流程为：根据加载的巡检航线对整个巡检过程中拍照条件进行预判检测，检测整个航线是否适合拍照，给出提示；整个航线适合拍照后，将航线导出并注入无人机，无人机控制系统收到指令后，控制无人机由悬停状态，转入按常规航线飞行执行巡检任务；相机根据航点注入的拍照指令，进行定时拍照，在整个任务过程中，根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不足或者光照过强的时刻的航点索引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重新拍照，提升效率。

4.根据权利要求1所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，其特征在于：所述步骤S3的返航航线规划流程为：若无人机出现电量不足，则向无人机发送悬停指令，强制无人机悬停，记录此刻的航点索引并存入于数据库中，规划返航航线，航线注入无人机，按照返航航线，安全着陆。

5.根据权利要求1所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，其特征在于：所述步骤S4中，读取巡检航点以及上次执行到的航点索引数据，经过断点续航模块，生成断点续航航线，对航线进行仿真，确认航线安全后，将航点输入预判光照检核模块，进行光线的预判检核，整个航线适合拍照后，将航点导出，注入无人机，无人机控制系统收到指令后，控制无人机一键起飞执行巡检任务，相机根据航点注入的拍照指令，进行定时拍照，在整个任务过程中，根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不足或者光照过强的时刻的航点索引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重新拍照，提升效率。

说明书：一种无人机自主风机巡检系统的作业流程技术领域[0001] 本发明属于无人机风机巡检领域，尤其是涉及一种无人机自主风机巡检系统的作业流程。

背景技术[0002] 随着经济的发展，能源的需求量不断激增，风能作为一种新能源，已成为继煤电、水电之后的第三大能源。随着风电市场的发展，对风力发电机的维修、维护投入成本也急剧

增长，并且风力发电机的叶片尺寸和规模越来越大，风电机组叶片长度由原来的30～40m增

加至60～70m，使用寿命可达30年，风电机组长度的增长和使用年限的增加，给风电机组的

运行维护带来了极大挑战。

[0003] 为保证风电机组稳定的运行，保证发电质量，风电场需要定期对风机进行日常的巡视、检修和维护。风电场一般建立在山区、郊区和近海区域，环境比较恶劣，地域偏远，设

备分散，对于出现的各种故障无法做到快速、高效地排查解决。目前大多数风电公司还在用

传统的人工巡检方式，传统的风机风电机组巡检模式主要依靠巡检人员利用望远镜、蜘蛛

人、吊篮、回形平台等设备进行现场勘查，凭借经验判断是否存在异常情况，工作量大，成本

高，存在安全隐患，检测的效率和质量得不到保障。除了人工检测外，还有部分风电公司利

用基于各种传感器进行检测，但是检测的效率和质量仍然得不到保障。随着无人机技术在

各行业的应用，少数公司也在使用无人机进行巡检，但目前主要是采用人工操作无人机进

行巡检，虽然降低了人员的安全隐患，但对无人机操纵手的要求特别高，需要掌握无人机飞

行的能力外，还需要对风电机组的组成及部件有充分的了解，但由于风力发电机组体积大，

形状不规则，手动操作无人机巡检的效率较低，单架次仅能巡检一台风电机组，现场作业工

作量大。

[0004] 因此，开发一种无人机自主巡检系统，适配多型无人机，提高风电机组的巡检效率，降低对巡检人员的要求，实现风电机组巡检的智能化、无人化巡检是非常有必要的。

发明内容[0005] 有鉴于此，本发明旨在提出一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，以解决无人机无法自主对风机进行巡检的问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：[0007] 一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，包括以下步骤：[0008] S1、起飞和寻找朝向航线规划流程；读取内置的风机和无人机载荷参数，根据参数自动加载起飞和寻找朝向的航线，对加载的航线进行仿真，确认航线安全后，将航线导入无

人机，一键起飞，执行朝向寻找任务；

[0009] S2、巡检航线规划流程；将步骤S1中读取的风机、载荷和朝向查找任务中获取的朝向、相位值参数传输给航线生成模块，根据参数自动加载巡检的航线，对加载的航线进行仿

真，确认航线安全后，将航点输入预判光照检核模块，进行光照的预判检核，检测整个航线

是否适合拍照，给出提示；

[0010] S3、返航航线规划流程；无人机在执行步骤S2巡检任务时，根据任务监控模块实时监控航线以及电压信息，判断无人机电量是否不足，若电量不足，则进行返航航线规划，无

人机返航；若电量充足，继续执行巡检任务；

[0011] S4、断点续航航线规划流程；步骤S3无人机返航后，则进行无人机休整，休整完毕，继续上次的巡检任务，读取上次任务的航线以及执行到的航点索引，进行断点续航航线规

划流程，执行后续任务，任务执行完成后，拷贝机载端相机存储的图像，输入到缺陷识别系

统，对风机叶片的缺陷进行识别，任务执行完毕，无人机自动返航，安全着陆。

[0012] 进一步的，所述步骤S1中的朝向查找任务包括：[0013] 根据无人机实时回传的视频数据进行轮毂识别，识别出轮毂后，在视频显示区同步标绘显示，将识别出的轮毂区域图像输入朝向识别模块，输出概率值，在整个航线中，概

率值最大值为风机正面时刻；

[0014] 根据同步存储的遥测值，迭代输出概率值最大时刻的无人机GPS，计算风机相对于无人机的朝向值；

[0015] 根据实时回传的视频帧，进行轮毂和轮毂正面的实时识别，识别到轮毂中心，人工进行确认后，自动进行相位识别，识别出当前风机叶片相对于塔筒的相位，将概率值最大时

刻的视频帧输入相位识别模块，计算风机叶片相对于塔筒的相位值，将计算出的朝向值和

相位值存储于数据库中，作为下一步的巡检的参数输入。

[0016] 进一步的，所述步骤S2中的巡检航线规划流程为：根据加载的巡检航线对整个巡检过程中拍照条件进行预判检测，检测整个航线是否适合拍照，给出提示；整个航线适合拍

照后，将航线导出并注入无人机，无人机控制系统收到指令后，控制无人机由悬停状态，转

入按常规航线飞行执行巡检任务；相机根据航点注入的拍照指令，进行定时拍照，在整个任

务过程中，根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不足或者光照过强的时刻

的航点索引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重新拍照，提升效率。

[0017] 进一步的，所述步骤S3的返航航线规划流程为：若无人机出现电量不足，则向无人机发送悬停指令，强制无人机悬停，记录此刻的航点索引并存入于数据库中，规划返航航

线，航线注入无人机，按照返航航线，安全着陆。

[0018] 进一步的，所述步骤S4中，读取巡检航点以及上次执行到的航点索引数据，经过断点续航模块，生成断点续航航线，对航线进行仿真，确认航线安全后，将航点输入预判光照

检核模块，进行光线的预判检核，整个航线适合拍照后，将航点导出，注入无人机，无人机控

制系统收到指令后，控制无人机一键起飞执行巡检任务，相机根据航点注入的拍照指令，进

行定时拍照，在整个任务过程中，根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不

足或者光照过强的时刻的航点索引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重

新拍照，提升效率。

[0019] 相对于现有技术，本发明所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程具有以下优势：

[0020] (1)本发明所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，通过风机坐标、实时视频数据，借助叶轮中心及朝向识别模块、相位识别模块完成叶轮朝向及叶片相对于塔筒

的相位获取，利用所得数据进行航线的自动规划，运用基于光照条件的自动拍照技术检测

规划航线是否具备拍照条件，并在飞行过程中通过对光线等外界因素的感知，微调载荷状

态，保持巡检目标始终在视野中心，完成整个风机的巡检；

[0021] (2)本发明所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，采用光照检核模块检测光线是否适合拍照，及时引导作业人员对存在质量问题的图像的拍摄部位在同一飞行

架次中进行及时的重拍，极大地提高了作业效率；

[0022] (3)本发明所述的一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，因风机设备形态、尺度具有极大的差异性，本发明可根据目标类型、叶片预弯角度、安全距离等多维度特征进行

航线规划。

附图说明[0023] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0024] 图1为本发明实施例所述的一种无人机自主巡检系统流程示意图；[0025] 图2为本发明实施例所述的起飞和寻找朝向工作流程示意图；[0026] 图3为本发明实施例所述的巡检航线规划工作流程示意图；[0027] 图4为本发明实施例所述的无人机返航工作流程示意图；[0028] 图5为本发明实施例所述的无人机断点续航工作流程示意图。具体实施方式[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0030] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为

基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗

示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对

本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相

对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可

以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”

的含义是两个或两个以上。

[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可

以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是

两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语

在本发明中的具体含义。

[0032] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0033] 如图1至图5所示，一种无人机自主风机巡检系统的作业流程，包括以下步骤：[0034] S1、起飞和寻找朝向航线规划流程；读取内置的风机和无人机载荷参数，根据参数自动加载起飞和寻找朝向的航线，对加载的航线进行仿真，确认航线安全后，将航线导入无

人机，一键起飞，执行朝向寻找任务；

[0035] S2、巡检航线规划流程；将步骤S1中读取的风机、载荷和朝向查找任务中获取的朝向、相位值参数传输给航线生成模块，根据参数自动加载巡检的航线，对加载的航线进行仿

真，确认航线安全后，将航点输入预判光照检核模块，进行光照的预判检核，检测整个航线

是否适合拍照，给出提示；

[0036] S3、返航航线规划流程；无人机在执行步骤S2巡检任务时，根据任务监控模块实时监控航线以及电压信息，判断无人机电量是否不足，若电量不足，则进行返航航线规划，无

人机返航；若电量充足，继续执行巡检任务；

[0037] S4、断点续航航线规划流程；步骤S3无人机返航后，则进行无人机休整，休整完毕，继续上次的巡检任务，读取上次任务的航线以及执行到的航点索引，进行断点续航航线规

划流程，执行后续任务，任务执行完成后，拷贝机载端相机存储的图像，输入到缺陷识别系

统，对风机叶片的缺陷进行识别，任务执行完毕，无人机自动返航，安全着陆。

[0038] 所述步骤S1中的朝向查找任务包括：[0039] 根据无人机实时回传的视频数据进行轮毂识别，识别出轮毂后，在视频显示区同步标绘显示，将识别出的轮毂区域图像输入朝向识别模块，输出概率值，在整个航线中，概

率值最大值为风机正面时刻；

[0040] 根据同步存储的遥测值，迭代输出概率值最大时刻的无人机GPS，计算风机相对于无人机的朝向值；

[0041] 根据实时回传的视频帧，进行轮毂和轮毂正面的实时识别，识别到轮毂中心，人工进行确认后，自动进行相位识别，识别出当前风机叶片相对于塔筒的相位，将概率值最大时

刻的视频帧输入相位识别模块，计算风机叶片相对于塔筒的相位值，将计算出的朝向值和

相位值存储于数据库中，作为下一步的巡检的参数输入。

[0042] 所述步骤S2中的巡检航线规划流程为：根据加载的巡检航线对整个巡检过程中拍照条件进行预判检测，检测整个航线是否适合拍照，给出提示；整个航线适合拍照后，将航

线导出并注入无人机，无人机控制系统收到指令后，控制无人机由悬停状态，转入按常规航

线飞行执行巡检任务；相机根据航点注入的拍照指令，进行定时拍照，在整个任务过程中，

根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不足或者光照过强的时刻的航点索

引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重新拍照，提升效率；调用光照检核

模块检测光线是否适合拍照，及时引导作业人员对存在质量问题的图像的拍摄部位在同一

飞行架次中进行及时的重拍，极大地提高了作业效率，并且能够在飞行过程中通过对光线

等外界因素的感知，微调载荷状态并保持巡检目标在视野中心。

[0043] 所述步骤S3的返航航线规划流程为：若无人机出现电量不足，则向无人机发送悬停指令，强制无人机悬停，记录此刻的航点索引并存入于数据库中，规划返航航线，航线注

入无人机，按照返航航线，安全着陆。

[0044] 所述步骤S4中，读取巡检航点以及上次执行到的航点索引数据，经过断点续航模块，生成断点续航航线，对航线进行仿真，确认航线安全后，将航点输入预判光照检核模块，

进行光线的预判检核，整个航线适合拍照后，将航点导出，注入无人机，无人机控制系统收

到指令后，控制无人机一键起飞执行巡检任务，相机根据航点注入的拍照指令，进行定时拍

照，在整个任务过程中，根据回传的视频数据，离散抽帧进行光照检核，对光照不足或者光

照过强的时刻的航点索引进行记录，指引操作员对该航点及其附近的区域进行重新拍照，

提升效率。

[0045] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。