多旋翼无人机在特种设备检验中的应用探讨.pdf
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1、第 7 卷 第 1 期2024 年 2 月Vol.7 No.1Feb.2024西部特种设备WESTERN SPECIAL EQUIPMENT多旋翼无人机在特种设备检验中的应用探讨杜波谢方张苏洋王小双何媛媛(四川省特种设备检验研究院四川成都610061)摘 要:本文简述了多旋翼无人机系统的组成及基本原理,总结了无人机在大型特种设备检验检测领域中的应用现状,指出了无人机应用于特种设备检验检测所需的缺陷智能识别、路径自动规划和环境感知与自主避障三大关键技术,为无人机在特种设备检验检测领域应用提供研究方向。关键词:多旋翼无人机;特种设备;检验检测;关键技术中图分类号:X941 文献标志码:B 文章编号
2、:2096-4765(2024)01-051-005Discussion on the Application of Multi-rotor Unmanned Aerial Vehicle in Special Equipment InspectionDu Bo Xie Fang Zhang Suyang Wang Xiaoshuang He Yuanyuan(Sichuan Special Equipment Inspection and Research Institut,Chengdu,Sichuan 610061)Abstract:The composition and basic p
3、rinciple of the multi-rotor unmanned aerial vehicle system is briefly described in this paper.The application status of the multi-rotor unmanned aerial vehicle in the field of inspection of large special equipment is summarized.Three key technologies,including intelligent defect recognition,automati
4、c path planning,environment perception and autonomous obstacle avoidance,are pointed out.This paper provides research direction for the application of the multi-rotor unmanned aerial vehicle in the field of special equipment inspection.Keywords:Multi-rotor unmanned aerial vehicle;Special equipment;I
5、nspection and testing;Key technology收稿日期:2023-8-11 基金项目:国家市场监督管理总局科技计划项目(编号:2020MK091)作者简介:杜波(1982),男,博士,主要从事特种设备检验检测研究工作。引言多旋翼无人机是一种有三个及以上的旋翼轴的无人飞行器,它通过改变旋翼转速来调整姿态,从而实现位置控制,具有悬停性能优异、移动灵活、机械结构紧凑、零部件可靠性高等优点。在地理522024 年 2 月西 部 特 种 设 备测绘、影视航拍、农业植保、城市防恐、国防军事等领域具有十分重要的应用价值。特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)
6、、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场(厂)内专用机动车辆八大类设备。为了保障特种设备安全可靠运行,预防事故发生,国家规定对特种设备进行定期检验。但像起重机、游乐设施、压力容器、罐体、塔器等大型特种设备体积大、垂直高度高,传统人工检验存在检测盲区、高空检验危险和效率低等问题1。多旋翼无人机应用于大型特种设备检验可替代人工检验,避免在高空、高温、有毒有害环境下给检验人员带来的危险。为此,本文介绍了多旋翼无人机检测系统的组成及工作原理,探讨了多旋翼无人机在起重机械、锅炉、压力容器等大型特种设备检验检测中的应用,指出了无人机在特种设备检验检测中需要发展的关键技术。1 多旋翼无人机检测
7、系统的组成及工作原理多旋翼无人机系统的组成如图 1 所示,按功能可分为无人机平台、机载设备、数据链、地面测控平台四部分。无人机平台包括无人机本体和飞控系统。其中,飞控系统是无人机的“大脑”,控制无人机的飞行和姿态。机载设备主要是指搭载在无人机上的工作设备,通常包括光学变焦相机、激光雷达、红外热成像仪、高光谱成像仪等。无人机数据链系统负责完成对无人机遥控、遥测、跟踪定位和传感器传输。其中,上行数据链实现对无人机遥控;下行数据链执行遥测、数据传输功能,是无人机与地面测控平台联系的纽带。地面测控平台可分为遥控器、地面站。遥控器主要用于人为手动操纵无人机的飞行,常配有拍照或录像等功能键,也有控制相机俯
8、仰等旋钮,能够更容易地操控无人机。地面站主要具有制订无人机飞行任务、实现任务规划、飞行数据显示、任务载荷显示、图像传输等功能。通过操作软件就能很好地操控无人机,比手动控制方便许多。多旋翼无人机系统的工作原理为:检测人员通过地面站或遥控器操纵无人机飞抵至被测物体上空并悬停,借助记载设备采集被测物体的数据信息,并通过机载数据链将数据传输到地面站,地面站再对采集的数据进行处理,并显示被测物体的信息和出具检测报告1。2 多旋翼无人机在特种设备检验检测中的应用近几年,国内特种设备检验机构正尝试将无人机应用于起重机、储罐等大型特种设备检验检测和事故现场勘查等领域的研究。在机电类特种设备检验检测方面,南京市
9、特检院周前飞等2,3研制的上置/下置式无人机智能检测系统,采用变焦主相机拍摄设备的高清图像,基于改进神经网络算法缺陷识别模型对大型起重机结构件表面缺陷进行智能识别。该系统还具有检测路径智能规划、可视化平台监测管理和快速出具检测报告的功能。该系统已在江西省特检院、无人机平台飞控系统数据链机载设备地面站遥控器图 1 多旋翼无人机系统的组成第 7 卷 第 1 期53杜波,等:多旋翼无人机在特种设备检验中的应用探讨杭州市特检院、南京钢铁集团有限公司、南京港、金陵船厂的起重机定期检验和安全评估中应用,能够检验起重机人员不易到达位置的裂纹、破损等多处隐患。图 2 南京特检院无人机检验现场福建省特检院杨静、
10、潘健鸿等4,5研制了基于无人机搭载的大型起重机械视觉检测系统。该系统可检测起重机械高空位置的零部件缺失、臂架腐蚀、金属结构裂缝等安全隐患。上海交通大学孙东晓等6针对港口起重机人工巡检的困难,设计了一款六旋翼无人机空中巡检系统,搭载三轴高清云台、机载电脑、超声波测距传感器,实现空中巡检作业,解决了大型起重机的高空巡检下盖板等视角问题,提高了巡检作业的安全系数。甘肃省特检院敬东等人7利用无人机对大型起重机进行高清图片和视频的拍摄,通过红外热成像快速锁定缺陷,搭载动刚度检测仪获取起重机工作时的振动频率。甘肃省特检院安建民等8使用基于 RTK 技术的无人机对塔式起重机进行宏观检测,针对塔机检验的航线进
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