基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法及系统，通过上位机将控制指令和目标GPS坐标信息发送至中继无人机；将中继无人机作为巡检无人机和上位机的通信桥梁，悬停于烟囱顶端口上方设定位置处，将接收到的由上位机发送的控制指令和目标GPS坐标信息传送给巡检无人机；根据中继无人机传送的控制指令和目标GPS坐标信息，巡检无人机执行图像采集任务，将采集的图像信息传送给中继无人机；中继无人机将巡检无人机传送的图像信息上传至上位机。本发明专利技术减少停机检修时间，提高发电量；提高运维的人员安全，减少安全事故的发生，提高运维效率；提高火电场管理效益和管理水平；机动性好，受环境影响限制小。受环境影响限制小。受环境影响限制小。

【技术实现步骤摘要】
基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法及系统


[0001]本专利技术涉及烟囱监测
，尤其公开了一种基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法及系统。

技术介绍

[0002]虽然火电厂在建造烟囱时能够通过选择合适的烟囱外型以及耐腐蚀建材达到提高烟囱内壁的耐腐蚀性的效果，但是烟囱内壁的腐蚀情况依旧存在，仍然威胁火力发电厂的生产安全，因此，为了确保火力发电的顺利进行，火力发电厂在生产过程中需要对烟囱内壁所遭受到的腐蚀情况进行定期监测。
[0003]随着科技的不断进步，烟囱内壁腐蚀情况的监测方法也在逐渐向自动化、智能化方向发展。目前针对烟囱内壁腐蚀情况监测一般有三种方法：高空作业法、红外热成像法和超声波探测法。这三种方法中的高空作业法为最传统的监测方式且适用范围最广，而红外热成像法以及超声波探测法目前仍不够成熟。为了配合火力发电厂的生产、环保等诸多方面的因素，火力发电厂的烟囱高度一般都会高于百米，因此火力发电厂在利用高空作业法对烟囱内壁腐蚀情况进行监测时，需要工作人员通过攀爬等途径登上烟囱顶端，对烟囱顶端洞口进行封闭，并在烟囱顶端与地面工作人员配合搭设升降机或者缆绳的平台，然后工作人员从顶端开始逐渐下降对烟囱内壁进行视频拍摄、测量从而实现对烟囱内壁腐蚀情况的监测。
[0004]专利号为CN111238477A的专利文献中公开了一种烟囱内无人机的定位方法，该定位方法包括：建立烟囱内部的参考直角坐标系；通过无人机在烟囱内壁上进行激光点云的采集；计算烟囱内壁的直径和无人机在参考直角坐标系中的水平位置坐标；实时测量无人机与烟囱底部的距离，计算无人机距离地面的高度，确定无人机在参考直角坐标系下的高度位置坐标；将无人机在参考直角坐标系中的水平位置坐标和高度位置坐标转化为GPS地理坐标位置。然而，由于烟囱内环境对无线信号具有干扰和屏蔽作用，所以无人机与上位机之间无法实现直接通信，目前使用的信号中继车或有线骨干网络布线方式等，但是成本高，时间长，机动性差，受环境影响限制较大的问题。
[0005]因此，现有技术对烟囱内壁所遭受到的腐蚀情况进行定期监测的方法中存在的上述缺陷，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法及系统，旨在解决现有技术对烟囱内壁所遭受到的腐蚀情况进行定期监测的方法中存在的上述缺陷。
[0007]本专利技术的一方面涉及一种基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，包括以下步骤：
[0008]上位机将控制指令和目标GPS坐标信息发送至中继无人机；
[0009]将中继无人机作为巡检无人机和上位机的通信桥梁，悬停于烟囱顶端口上方设定
位置处，将接收到的由上位机发送的控制指令和目标 GPS坐标信息传送给巡检无人机；
[0010]根据中继无人机传送的控制指令和目标GPS坐标信息，巡检无人机执行图像采集任务，将采集的图像信息传送给中继无人机；
[0011]中继无人机将巡检无人机传送的图像信息上传至上位机，上位机利用图像处理技术对巡检无人机传送的图像信息进行处理，获取到图像信息上的烟囱内壁图像，并对烟囱内壁图像实施图像拼接，最终得到烟囱内壁自上而下的完整展开图。
[0012]进一步地，根据中继无人机传送的控制指令和目标GPS坐标信息，巡检无人机执行图像采集任务，将采集的图像信息传送给中继无人机的步骤包括：
[0013]将巡检无人机从烟囱顶端口进入烟囱内部，自上而下对烟囱内壁执行图像采集任务；
[0014]将巡检无人机采集的图像信息发出给悬停于烟囱顶端口上方的中继无人机的无线中继节点。
[0015]进一步地，将巡检无人机从烟囱顶端口进入烟囱内部，自上而下对烟囱内壁执行图像采集任务的步骤包括：
[0016]当巡检无人机进入到烟囱内部后，从操控模式切换至自动巡航模式，按照预先设计的航拍方案每间隔设定距离对烟囱壁面进行360度旋转拍照来进行图像采集；
[0017]将采集到的图像信息发送至中继无人机携带的无线中继节点，通过无线中继节点将图像信息传送至烟囱外部地面的上位机。
[0018]进一步地，当巡检无人机进入到烟囱内部后，从操控模式切换至自动巡航模式，按照预先设计的航拍方案每间隔设定距离对烟囱壁面进行360度旋转拍照来进行图像采集的步骤包括：
[0019]在巡检无人机上内置多个传感器，通过感知当前状况，结合多个传感器感知的数据，以及中继无人机传送的控制指令和目标GPS坐标信息，解算出控制量，控制多个电机改变转速，完成姿态控制；巡检无人机的多方向控制如下：
[0020]T
alt
＝Δ1+Δ2+Δ3+Δ4
[0021]T
yaw
＝
‑
Δ1+Δ2
‑
Δ3+Δ4
[0022]T
pitch
＝Δ1
‑
Δ2
‑
Δ3+Δ4
[0023]T
roll
＝Δ1+Δ2
‑
Δ3
‑
Δ4
[0024]其中，T
alt
指无人机抬升，T
yaw
指无人机右转，T
pitch
指无人机抬头，T
roll
指无人机往右滚；
△
1指第一旋翼的转速，
△
2指第二旋翼的转速，
△
3指第三旋翼的转速，
△
4指第四旋翼的转速；
[0025]巡检无人机的第一旋翼F1、第二旋翼F2、第三旋翼F3、第四旋翼F4各旋翼转速分别为
△
1、
△
2、
△
3和
△
4，则：
[0026][0027]其中，矩阵A表示无人机实现基本姿态时各旋翼的转速状态，上述公式的两边同时乘以A
‑1，则：
[0028][0029][0030]其中，逆矩阵A
‑1表示实现相反姿态时的旋翼转速状态，由于矩阵A与逆矩阵A
‑1是实现相反姿态，矩阵A与逆矩阵A
‑1相乘等于I4矩阵，由此推算出逆矩阵A
‑1：
[0031][0032]其中，A
‑1表示巡检无人机的逆矩阵。
[0033]进一步地，中继无人机将巡检无人机传送的图像信息上传至上位机，上位机利用图像处理技术对巡检无人机传送的图像信息进行处理，获取到图像信息上的烟囱内壁图像，并对烟囱内壁图像实施图像拼接，最终得到烟囱内壁自上而下的完整展开图的步骤包括：
[0034]当巡检无人机的信息采集完毕后，上位机进入图像处理阶段；
[0035]上位机对巡检无人机传送的图像信息进行预处理；再对预处理过的图像信息进行图像配准，通过尺度不变特征变换算子找出各待拼接图像中的特征点，确定特征点的精确位置、求得特征点的特征点对以及特征向量，进而确定特征向量之间的空间对应关系；根据
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，其特征在于，包括以下步骤：上位机将控制指令和目标GPS坐标信息发送至中继无人机；将中继无人机作为巡检无人机和所述上位机的通信桥梁，悬停于烟囱顶端口上方设定位置处，将接收到的由所述上位机发送的控制指令和目标GPS坐标信息传送给所述巡检无人机；根据所述中继无人机传送的所述控制指令和目标GPS坐标信息，所述巡检无人机执行图像采集任务，将采集的图像信息传送给所述中继无人机；所述中继无人机将所述巡检无人机传送的图像信息上传至所述上位机，所述上位机利用图像处理技术对所述巡检无人机传送的图像信息进行处理，获取到所述图像信息上的烟囱内壁图像，并对所述烟囱内壁图像实施图像拼接，最终得到烟囱内壁自上而下的完整展开图。2.如权利要求1所述的基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，其特征在于，所述根据所述中继无人机传送的所述控制指令和目标GPS坐标信息，所述巡检无人机执行图像采集任务，将采集的图像信息传送给所述中继无人机的步骤包括：将所述巡检无人机从烟囱顶端口进入烟囱内部，自上而下对烟囱内壁执行图像采集任务；将所述巡检无人机采集的图像信息发出给悬停于烟囱顶端口上方的所述中继无人机的无线中继节点。3.如权利要求2所述的基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，其特征在于，将所述巡检无人机从烟囱顶端口进入烟囱内部，自上而下对烟囱内壁执行图像采集任务的步骤包括：当所述巡检无人机进入到烟囱内部后，从操控模式切换至自动巡航模式，按照预先设计的航拍方案每间隔设定距离对烟囱壁面进行360度旋转拍照来进行图像采集；将采集到的图像信息发送至中继无人机携带的无线中继节点，通过所述无线中继节点将所述图像信息传送至烟囱外部地面的所述上位机。4.如权利要求3所述的基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，其特征在于，所述当所述巡检无人机进入到烟囱内部后，从操控模式切换至自动巡航模式，按照预先设计的航拍方案每间隔设定距离对烟囱壁面进行360度旋转拍照来进行图像采集的步骤包括：在所述巡检无人机上内置多个传感器，通过感知当前状况，结合多个传感器感知的数据，以及所述中继无人机传送的所述控制指令和目标GPS坐标信息，解算出控制量，控制多个电机改变转速，完成姿态控制；所述巡检无人机的多方向控制如下：T
alt
＝Δ1+Δ2+Δ3+Δ4T
yaw
＝
‑
Δ1+Δ2
‑
Δ3+Δ4T
pitch
＝Δ1
‑
Δ2
‑
Δ3+Δ4T
roll
＝Δ1+Δ2
‑
Δ3
‑
Δ4其中，T
alt
指无人机抬升，T
yaw
指无人机右转，T
pitch
指无人机抬头，T
roll
指无人机往右滚；
△
1指第一旋翼的转速，
△
2指第二旋翼的转速，
△
3指第三旋翼的转速，
△
4指第四旋翼的转速；所述巡检无人机的第一旋翼F1、第二旋翼F2、第三旋翼F3、第四旋翼F4各旋翼转速分别为
△
1、
△
2、
△
3和
△
4，则：其中，矩阵A表示无人机实现基本姿态时各旋翼的转速状态，上述公式的两边同时乘以A
‑1，则：，则：其中，逆矩阵A
‑1表示实现相反姿态时的旋翼转速状态，由于矩阵A与逆矩阵A
‑1是实现相反姿态，矩阵A与逆矩阵A
‑1相乘等于I4矩阵，由此推算出逆矩阵A
‑1：其中，A
‑1表示巡检无人机的逆矩阵。5.如权利要求4所述的基于多旋翼无人机的智能火电厂烟囱巡检方法，其特征在于，所述中继无人机将所述巡检无人机传送的图像信息上传至所述上位机，所述上位机利用图像处理技术对所述巡检无人机传送的图像信息进行处理，获取到所述图像信息上的烟囱内壁图像，并对所述烟囱内壁图像实施图像拼接，最终得到烟囱内壁自上而下的完整展开图的步骤包括：当所述巡检无人机的信息采集完毕后，所述上位机进入图像处理阶段；所述上位机对所述巡检无人机传送的图像信息进行预处理；再对预处理过的图像信息
进行图像配准，通过尺度不变特征变换算子找出各待拼接图像中的特征点，确定特征点的精确位置、求得所述特征点的特征点对以及特征向量，进而确定特征向量之间的空间对应关系；根据确定的待拼接图像特征向量的对应关系建立待拼接图像与参考图像之间的变换模型；依据建立起来的待拼接图像与参考图像之间的转换关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱军，许俊，成丽波，李旺，郭锡文，李林峰，杨勇波，谢曦，
申请(专利权)人：国家能源集团宝庆发电有限公司，
类型：发明
国别省市：