通过无人机进行风机高度精确测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种通过无人机进行风机高度精确测量方法及系统，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，包括如下：让无人机位于风机正前方，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保持所述相机镜头的轴线方向与地平面相平行；通过一控制界面控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内。本发明专利技术能够实现目标位置M的精确定位，降低了无人机自动飞行巡检时的误差。

Accurate Measurement Method and System of Fan Height by Unmanned Aerial Vehicle

The invention provides an accurate measurement method and system for fan height by UAV. The fan comprises a wind tower and an impeller arranged at the top of the wind tower. The impeller comprises a hub and three blades uniformly distributed along the circumference of the hub. The impeller includes the following: the UAV is positioned in front of the fan and is set distance from the wind tower. The position of point P0 is ascended to the front of the hub by preset path; the front side of the hub collects the video stream of the hub through the camera set on the UAV, and keeps the axis direction of the camera lens parallel to the ground plane; and the UAV is controlled to move through a control interface to make the front of the hub in the video stream. The side moves to the preset area of the control interface. The invention can realize the precise positioning of the target position M and reduce the error of UAV automatic flight inspection.

【技术实现步骤摘要】
通过无人机进行风机高度精确测量方法及系统
本专利技术涉及风机检测，具体地，涉及一种通过无人机进行风机高度精确测量方法及系统。
技术介绍
风力发电机是将风能转换为机械功，机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备。风力发电机一般有叶片、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。在风力发电机的长期运行过程中，叶片的表面会呈现出各种损伤，例如叶片保护膜损伤、叶片掉漆、叶片结冰、叶片裂纹以及叶片油污等。目前，对叶片表面进行损伤检测时，通常采用人工爬上风力发电机进行检测，不仅会花费大量的人力，而且在人工爬上风力发电的进行检测的时候需要高空作业，作业人员的安全具有一定的风险。因此通过无人机装载摄像头进行风机检测，能够很好的代替人工进行检测。但是无人机装载摄像头进行工作时，采用GPS进行定位，但是GPS定位存在误差且建模形成无人机的飞行路线时也存在一定的误差。其中，无人机位于轮毂正前侧的目标位置M为无人机进行自动飞行巡检时的起始点，若此点定位错误，将直接导致预规划的飞行巡检路线存在较大误差。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种通过无人机进行风机高度精确测量方法及系统，以实现目标位置M的精确定位。根据本专利技术提供的通过无人机进行风机高度精确测量方法，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，包括如下步骤：步骤S1：让无人机位于风机正前方，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；步骤S2：在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保持所述相机镜头的轴线方向与地平面相平行；步骤S3：通过一控制界面控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内。优选地，所述控制界面为用于控制所述无人机的APP界面，装载所述APP的智能手机或平板电脑无线连接所述无人机上搭载的机载电脑。优选地，所述预设区域为位于所述控制界面的圆形框；当所述视频流中的轮毂前侧面与所述圆形框相配合时，在所述控制界面中触发确认按钮确认所述无人机的目标位置M。优选地，还包括如下步骤：步骤N1：控制无人机以目标位置M的高度绕风机飞行，当无人机在飞行过程中，通过相机采集所述叶轮的视频流；步骤N2：对所述叶轮的视频流中的叶片进行检测，当检测到风机的三个叶片时，对三个叶片进行实时跟踪，并实时计算三个叶片的相对位置及重叠度；步骤N3：当检测到两个叶片完全重叠时，认定此时无人机飞行到风轮平面β上，读取此时位置传感器获取的点P1的位置信息；步骤N4：根据点P1的位置信息计算与点P1以风塔呈轴对称分别的点P2的第一位置信息；步骤N5：根据点P1的位置信息、点P2的第一位置信息以及地球质心计算出风轮平面β，进而计算出所述风轮平面的偏航角。优选地，在步骤S3和步骤S4之间还包括如下步骤：-让无人机继续飞行，当再次检测到两个叶片完全重叠时，读取此时位置传感器获取的点P2的第二位置信息，通过点P2的第二位置信息对点P2的第一位置信息进行验证。优选地，所述检测到两个叶片完全重叠时的点P1通过如下方式计算得出：P1＝P[min(τ)](1-1)其中，τ为二值图像流ti中目标行数累加值，P为无人机的实时位置，目标行数累加值τ为根据ti(x,y)的值累加生成，根据式(1-2)，当ti(x,y)＝1时累加一次；当目标行数累加值τ为最小时，确定所述两个叶片完全重叠。优选地，还包括如下点P1、P2的位置验证步骤：步骤M1：将点P1的位置信息、P2的第一位置信息转换至地球坐标系(Xe,Ye,Ze)，点P1、P2的位置信息通过GPS模块，采用经度、纬度、高度表示，转换计算公式为：N为纬度B处的卯酉圈曲率半径，E为地球第一偏心率，E＝a2-b2)/a2,a为地球长半径，b为地球短半径，B为位置信息中的纬度，L为位置信息中的风塔高度，H为位置信息中的风塔高度；步骤M2：验证点P2、P1在地球坐标的下的位置关系，即其中为点P2与点P1之间的直线距离，为点P1离风轮中心距离，为点P2离风轮中心距离；步骤M3：计算精确度ratio,判断精确度ratio是否满足98％<ratio<102％；优选地，所述无人机上搭载位置传感器、相机和机载电脑；所述位置传感器、所述相机连接所述机载电脑；所述位置传感器用于实时读取无人机位置信息，相机用于拍摄风机叶片生成风机叶片图像，机载电脑用于无人机位置信息和风机叶片图像的处理。优选地，所述步骤N5具体为：-将点P1的位置信息、点P2的第一位置信息转换至地球坐标系，再根据转换至地球坐标系中点P1、点P2及地球质心计算出风轮平面β，进而可得到在地球坐标系中，风轮平面β在地球坐标系(Xe,Ye,Ze)中的方向向量，进一步计算所述方向向量与东北天坐标系中Y轴之间形成的偏航角。本专利技术提供的通过无人机进行风机高度精确测量系统，用于实现所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，包括：自动飞行模块，用于控制位于风机正前方的无人机，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；视频流采集模块，用于在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保持所述相机镜头的轴线方向与地平面相平行；飞行控制模块，用于通过一控制界面控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术在无人机自动升空飞行至轮毂前侧后，通过控制界面进行微调控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内，实现目标位置M的精确定位，降低了无人机自动飞行巡检时的误差。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中通过无人机进行风机高度精确测量方法的步骤流程图；图2为本专利技术中通过控制界面对无人机的位置进行精确调整的示意图；图3为本专利技术中通过无人机进行风机偏航角测算的步骤流程图；图4为本专利技术中通过无人机进行风机偏航角测算的原理示意图；图5为本专利技术中风轮平面β的示意图；图6为本专利技术中偏航角示意图；图7为本专利技术中通过视觉检测方法计算转角γ的示意图；图8为本专利技术中通过无人机进行风机高度精确测量系统的模块示意图。图中：100为圆形框；200为轮毂前侧面；1为第一平面δ；2为飞行轨迹曲线s；3为风轮平面β；4为直线l；5为点P1；6为点P2。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术中通过无人机进行风机高度精确测量方法的步骤流程图，如图1所示，本专利技术提供的通过无人机进行风机高度精确测量方法，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，包括如下步骤：步骤S1：让无人机位于风机正前方，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；步骤S2：在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过无人机进行风机高度精确测量方法，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：让无人机位于风机正前方，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；步骤S2：在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保持所述相机镜头的轴线方向与地平面相平行；步骤S3：通过一控制界面控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内。

【技术特征摘要】
1.一种通过无人机进行风机高度精确测量方法，所述风机包括风塔和设置在风塔顶端的叶轮，所述叶轮包括轮毂和三个沿轮毂周向均匀分布的叶片，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：让无人机位于风机正前方，距离风塔设定距离的点P0位置以预设定路径升空至轮毂前侧；步骤S2：在所述轮毂前侧通过所述无人机上设置的相机采集轮毂的视频流，并保持所述相机镜头的轴线方向与地平面相平行；步骤S3：通过一控制界面控制所述无人机进行移动，使得所述视频流中的轮毂前侧面移动至所述控制界面的预设区域内。2.根据权利要求1所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，其特征在于，所述控制界面为用于控制所述无人机的APP界面，装载所述APP的智能手机或平板电脑无线连接所述无人机上搭载的机载电脑。3.根据权利要求1所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，其特征在于，所述预设区域为位于所述控制界面的圆形框；当所述视频流中的轮毂前侧面与所述圆形框相配合时，在所述控制界面中触发确认按钮确认所述无人机的目标位置M。4.根据权利要求1所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤N1：控制无人机以目标位置M的高度绕风机飞行，当无人机在飞行过程中，通过相机采集所述叶轮的视频流；步骤N2：对所述叶轮的视频流中的叶片进行检测，当检测到风机的三个叶片时，对三个叶片进行实时跟踪，并实时计算三个叶片的相对位置及重叠度；步骤N3：当检测到两个叶片完全重叠时，认定此时无人机飞行到风轮平面β上，读取此时位置传感器获取的点P1的位置信息；步骤N4：根据点P1的位置信息计算与点P1以风塔呈轴对称分别的点P2的第一位置信息；步骤N5：根据点P1的位置信息、点P2的第一位置信息以及地球质心计算出风轮平面β，进而计算出所述风轮平面的偏航角。5.根据权利要求4所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，其特征在于，在步骤S3和步骤S4之间还包括如下步骤：-让无人机继续飞行，当再次检测到两个叶片完全重叠时，读取此时位置传感器获取的点P2的第二位置信息，通过点P2的第二位置信息对点P2的第一位置信息进行验证。6.根据权利要求4所述的通过无人机进行风机高度精确测量方法，其特征在于，所述检测到两个叶片完全重叠时的点P1通过如下方式计算得出：P1＝P[min(τ)](1-1)其中，τ为二值图像流ti中目标行数累加值，P为无人机的实时位置，目标行数累加值τ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯亮，丁亚东，王海洋，刘迅，
申请(专利权)人：上海扩博智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31