無(wú)人飛行器在鍋爐爐內(nèi)檢測(cè)中的應(yīng)用研究

王天雨

摘要：鍋爐使用環(huán)境惡劣復(fù)雜，容易發(fā)生損壞或故障，鍋爐的檢測(cè)工作對(duì)于保障鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行具有重要意義。鍋爐檢測(cè)是保障鍋爐安全與穩(wěn)定運(yùn)行的重要過(guò)程。本文擬采用無(wú)人飛行器搭載激相機(jī)及光照明設(shè)備，對(duì)熱電廠鍋爐爐內(nèi)待檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行拍攝成像，以代替爐內(nèi)初檢時(shí)采用的傳統(tǒng)的搭建腳手架進(jìn)行人工目視檢測(cè)的方式，極大提高檢測(cè)效率。爐內(nèi)檢測(cè)飛行器使用紅外攝像頭實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位，并采用非線(xiàn)性魯棒控制算法進(jìn)行定點(diǎn)飛行控制。

Abstract： The boiler use environment is harsh and complex， and it is prone to damage or failure. The inspection work of the boiler is of great significance for ensuring the safe and stable operation of the boiler. Boiler testing is an important process to ensure the safe and stable operation of boilers. This paper intends to use the UAV with the laser camera and light illumination equipment to image the area to be detected in the boiler of the thermal power plant to replace the traditional scaffolding used in the initial inspection of the furnace for manual visual inspection， so as to improve the detection efficiency. The in-furnace detection aircraft uses an infrared camera to achieve visual positioning， and uses a nonlinear robust control algorithm for fixed-point flight control.

關(guān)鍵詞：鍋爐檢測(cè);無(wú)人飛行器;室內(nèi)定位

Key words： boiler inspection; unmanned aerial vehicle; indoor positioning

中圖分類(lèi)號(hào)：V279;TP391.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）16-0176-03

0? 引言

熱電廠鍋爐是重要的的工業(yè)設(shè)備，使用環(huán)境復(fù)雜惡劣，需要在高溫高壓條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中，需要定期的針對(duì)鍋爐開(kāi)展一系列的檢測(cè)工作，做好鍋爐的檢測(cè)工作對(duì)于保障鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行具有重要意義。并且，依據(jù)我國(guó)相關(guān)法律法規(guī)的要求，鍋爐作為特種設(shè)備須進(jìn)行強(qiáng)制檢驗(yàn)檢測(cè)。

常用的鍋爐檢測(cè)方法包括：外觀目測(cè)檢測(cè)法、錘擊檢測(cè)法、燈光檢測(cè)法、磁粉滲透檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、X射線(xiàn)探傷法等，以及借助爬壁機(jī)器人等多種技術(shù)手段實(shí)施檢測(cè)。通常情況下對(duì)鍋爐進(jìn)行檢測(cè)需要多種方法結(jié)合使用。在鍋爐停機(jī)初檢時(shí)，一般采用外觀目視檢測(cè)法，外觀目測(cè)法需要在鍋爐停機(jī)及內(nèi)部清理后人工搭建腳手架，檢驗(yàn)員在腳手架上通過(guò)目測(cè)發(fā)現(xiàn)鍋爐爐內(nèi)可能存在的腐蝕、裂紋、變形、磨損等鍋爐表面缺陷。外觀目測(cè)法對(duì)檢驗(yàn)員要求比較高，并且需要搭建腳手架，檢測(cè)效率低、檢測(cè)工期長(zhǎng)、危險(xiǎn)系數(shù)高。

本文將無(wú)人飛行器應(yīng)用到電廠鍋爐爐內(nèi)檢測(cè)中，通過(guò)無(wú)人飛行器搭載高清相機(jī)以及激光照明裝置，對(duì)待檢測(cè)區(qū)域成像，以代替人工目視檢測(cè)的方式，使得檢測(cè)工作效率提高并且可以降低檢測(cè)工作的危險(xiǎn)性。由于電廠鍋爐爐內(nèi)空間有著黑暗、密閉的特點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)無(wú)人飛行器在鍋爐爐內(nèi)定點(diǎn)飛行是采用無(wú)人飛行器開(kāi)展?fàn)t內(nèi)檢測(cè)工作的關(guān)鍵。

1? 室內(nèi)無(wú)人飛行器

無(wú)人飛行器特別是小型電動(dòng)多旋翼飛行器近年來(lái)發(fā)展迅猛，首先作為消費(fèi)電子產(chǎn)品，多旋翼無(wú)人飛行器作為會(huì)飛的照相機(jī)，在航拍攝影中的應(yīng)用較為廣泛;其次，在精確農(nóng)業(yè)、電力巡檢、環(huán)境保護(hù)、快遞運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，多旋翼無(wú)人飛行器也憑借自身的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

在電廠鍋爐爐內(nèi)檢測(cè)領(lǐng)域，使用多旋翼飛行器搭載高清相機(jī)以及激光照明裝置，對(duì)待檢測(cè)區(qū)域拍照，檢測(cè)人員通過(guò)對(duì)所拍照片進(jìn)行分析比對(duì)，發(fā)現(xiàn)鍋爐表面缺陷，并可以通過(guò)照片對(duì)缺陷部位定位，再有針對(duì)性地的開(kāi)展維護(hù)維修工作。由于鍋爐爐內(nèi)為黑暗密閉的室內(nèi)空間，無(wú)人飛行器在室內(nèi)空間飛行時(shí)的定位及控制無(wú)法依賴(lài)GPS以及磁羅盤(pán)等傳感器，因此，如何安全有效的實(shí)現(xiàn)無(wú)人飛行器在爐內(nèi)空間的定位定向飛行成為其在電廠鍋爐爐內(nèi)檢測(cè)領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用的關(guān)鍵。

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，室內(nèi)定位無(wú)人飛行器的研究應(yīng)用得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。無(wú)人飛行器在空中的飛行離不開(kāi)GPS/INS、磁羅盤(pán)、氣壓高度等傳感器的使用。在室內(nèi)空間，由于無(wú)法正常獲取GPS等衛(wèi)星定位信號(hào)，因此，無(wú)人飛行器在室內(nèi)飛行難以采用GPS進(jìn)行定位飛行。目前，無(wú)人飛行器室內(nèi)定位飛行通常采用基于單目/雙目視覺(jué)的自主導(dǎo)航定位，基于光流傳感器的自主導(dǎo)航定位以及基于激光雷達(dá)的自主導(dǎo)航定位等技術(shù)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中基于單目/雙目視覺(jué)自主導(dǎo)航定位以及基于光流傳感器的自主導(dǎo)航定位要求室內(nèi)空間光線(xiàn)充足，在黑暗環(huán)境條件下無(wú)法正常使用。而采用激光雷達(dá)進(jìn)行導(dǎo)航定位的方式適合應(yīng)用在復(fù)雜多樣的室內(nèi)空間，在規(guī)整的鍋爐爐內(nèi)空間使用激光測(cè)距效果將大打折扣。（圖1）