王冰

（赤峰市特種設(shè)備檢驗所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

淺談基于云系統(tǒng)下的無人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備檢驗檢測中的應(yīng)用

王冰

（赤峰市特種設(shè)備檢驗所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

特種設(shè)備在人們的日常生活中占據(jù)著越來越重要的位置，它們關(guān)乎人們的生命和財產(chǎn)安全，每年國家都會對特種設(shè)備采取強(qiáng)制檢驗。一個相對完整的輔助系統(tǒng)和檢驗工具，是檢驗工作順利完成的重要保證。

云系統(tǒng)；無人機(jī)；特種設(shè)備；檢驗檢測

在科技高速發(fā)展的今天，無人機(jī)技術(shù)在民用、警用、城市管理、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、電力、搶險救災(zāi)、視頻拍攝等行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文探討多旋翼無人機(jī)在特種設(shè)備檢驗檢測中的應(yīng)用。

1 特種設(shè)備的概念

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塔式起重機(jī)這一類在高層與超高層工程建設(shè)中必不可少的特種設(shè)備，其應(yīng)用越來越多。

簡單來說，特種設(shè)備指的是對人身、財產(chǎn)安全有比較大危險性的設(shè)備，例如起重機(jī)械、專用機(jī)動車輛等等。但經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特種設(shè)備在生活與生產(chǎn)中也發(fā)揮著極大的作用，其安全、檢驗問題也受到關(guān)注。信息技術(shù)在特種設(shè)備檢驗、檢測中運(yùn)用，不單可提升工作的效率，還可有效確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行。當(dāng)前在世界上工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，均設(shè)立了專門的機(jī)構(gòu)，對特種設(shè)備加大了監(jiān)督、檢查力度，強(qiáng)化、規(guī)范行政管理的行為，擬定同時不斷完善專項法律、行政的規(guī)章。發(fā)達(dá)國家，如美國已有一套設(shè)備的安全管理體系，由各個州的政策自主進(jìn)行管理，但各地管理方式有所差異。很早國外就開始進(jìn)行了特種設(shè)備的檢測研究工作。并且到目前為止，已有大量成熟檢測技術(shù)，如射線數(shù)字成像、超聲波檢測等等，這些技術(shù)在一定程度上滿足了檢測的需求。在我國初期所使用的是壓力容器檢驗信息系統(tǒng)的單機(jī)檢測，功能少，使用起來也不方便。

因此伴隨當(dāng)前信息化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，我們已開始著手于使用基于云系統(tǒng)下的無人機(jī)技術(shù)。此技術(shù)屬于新系統(tǒng)，將特種設(shè)備檢測、檢驗信息化水平提升了一個層次，并起著極為重要的作用。這也是因為特種設(shè)備行業(yè)內(nèi)部各類企業(yè)信息水平不足，業(yè)務(wù)過程相似，因此云系統(tǒng)的背景下，可以很好解決信息不統(tǒng)一的問題。

2 無人機(jī)技術(shù)在特種設(shè)備中的應(yīng)用

要想保證塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行，對其進(jìn)行檢驗必不可少。根據(jù)特種設(shè)備檢驗規(guī)程的要求，對起重機(jī)進(jìn)行檢驗時，需要有兩名具有相應(yīng)資質(zhì)的檢驗員進(jìn)行檢驗。一名檢驗員主檢的同時，另一名檢驗員進(jìn)行相關(guān)的輔助檢驗。

如果將無人機(jī)運(yùn)用到檢驗過程中，通過輔助檢驗員操作無人機(jī)，首先可對塔式起重機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)外觀進(jìn)行逐一檢查，檢驗螺栓的安裝方式，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的金屬表面是否有可見裂紋以及是否存在形變現(xiàn)象。而在塔身內(nèi)部的主檢員可對標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)部進(jìn)行檢驗，省去了大部分這對外部檢驗的時間。無人機(jī)自下而上可對大臂頂端的安全卡是否按要求安裝以及對大臂斜拉桿是否安裝可靠以及開口銷是否齊全進(jìn)行檢驗。塔帽部分可檢查避雷線是否與塔帽頂端可靠連接以及是否有可見裂紋和塔帽形變。同時在檢驗過程中需要用到的相關(guān)工具，無人機(jī)還可攜帶運(yùn)輸，為主檢員提供幫助，省去以后在檢驗中因攜帶工具的不便和用人運(yùn)送工具的時間。在主檢員安全進(jìn)入塔機(jī)司機(jī)室后，可配合主檢員準(zhǔn)群測量塔機(jī)與周圍建筑物的準(zhǔn)確距離。隨后，進(jìn)行塔機(jī)垂直度與垂直靜位移的檢驗，這就對無人機(jī)技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了一個新的要求。首先必須保證在靜止飛行時能保證無人機(jī)的水平度與垂直度，隨后是裝置在無人機(jī)上的測量儀器的測量精度。在定期檢驗過程中，還可針對塔機(jī)附墻架進(jìn)行檢驗，驗證其是否與塔機(jī)說明書的安裝要求一致，是否有安裝不可靠或者私造現(xiàn)象。在無人機(jī)參與檢驗的過程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷或者影響設(shè)備安全運(yùn)行的因素時，可對缺陷處進(jìn)行拍照，上傳至特種設(shè)備檢驗單位的云記錄平臺進(jìn)行記錄登記，防止此特種設(shè)備進(jìn)行移裝時，測缺陷或者不安全因素再次出現(xiàn)，也可在下次進(jìn)行此設(shè)備的移裝檢驗或者定期檢驗時，提醒特種設(shè)備檢驗檢測人員此設(shè)備曾經(jīng)出現(xiàn)過的問題。在每次檢驗完成后針對本次檢驗的問題需要復(fù)檢時，也可利用無人機(jī)在不需要檢驗員進(jìn)行登高復(fù)檢時進(jìn)行拍照和截取視頻作為驗證，這樣可提高復(fù)檢的效率。

在進(jìn)行起重機(jī)械如橋式起重機(jī)或門式起重機(jī)的檢驗時，許多工廠以及廠房無法保證檢驗檢測人員對其軌道或水平度的檢驗，如果加入無人機(jī)技術(shù)，可實現(xiàn)空中對其進(jìn)行水平度的檢驗，當(dāng)然這也對無人機(jī)技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了一個更高的要求。在主檢員對某臺設(shè)備進(jìn)行空載試驗時，輔助人員可利用無人機(jī)對其進(jìn)行產(chǎn)品編號的核對以及對啃軌現(xiàn)象的有無進(jìn)行確認(rèn)，由于許多廠房的限制以及對檢驗員安全性的考慮，很多設(shè)備無法保證檢驗員可以安全到達(dá)，所以在這一過程中，更體現(xiàn)了無人機(jī)輔助檢驗對特種設(shè)備檢驗工作中的重要性。露天門式起重機(jī)，由于風(fēng)吹日曬或雨水腐蝕，部分爬梯更是無法保證檢驗員安全登上門式起重機(jī)的主梁上進(jìn)行檢驗。將無人機(jī)技術(shù)運(yùn)行其中可方便快捷地完成對其主梁的鏈接，拉桿的固定、銷軸的安裝、是否有開焊現(xiàn)象的全部外觀檢查，提高了特種設(shè)備檢驗檢測的效率。同時，在發(fā)現(xiàn)缺陷后可對其缺陷部位進(jìn)行拍照，要求使用單位整改的同時，拍攝清晰照片或視頻上傳檢驗檢測單位云記錄系統(tǒng)方便儲存資料，在以后針對此設(shè)備進(jìn)行移裝或者定期檢驗時提示本次檢驗過程中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的缺陷。同樣，在針對設(shè)備進(jìn)行復(fù)檢時，可對一些明顯問題是否進(jìn)行整改進(jìn)行逐一驗證。

當(dāng)然，單獨的無人機(jī)并不能在檢驗過程中發(fā)揮完整的作用，它與檢驗員的經(jīng)驗與檢驗技能分不開。因此對操作無人機(jī)的人員也具有一定的要求，具有檢驗資質(zhì)并且有豐富的檢驗經(jīng)驗。

針對這一想法，首先需要開發(fā)一套基于無人機(jī)的完善的檢驗系統(tǒng)。首先應(yīng)通過聯(lián)網(wǎng)的移動終端對此次檢驗的特種設(shè)備信息以及在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷、安全隱患以及重大問題進(jìn)行詳細(xì)登記，隨后操作終端對設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程存儲。此后針對某臺特種設(shè)備登錄此云記憶平臺時，會對此臺設(shè)備的所有信息進(jìn)行詳細(xì)的了解。除開發(fā)平臺外，還需要對無人機(jī)的測量儀器進(jìn)行開發(fā)，使其具備經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀以及直尺的功能，并保證其功能的準(zhǔn)確性以及可靠性。隨后是對無人機(jī)操作系統(tǒng)的開發(fā)，保證檢驗檢測人員有更好的操作性而且簡單易懂。

3 結(jié)語

本文對多旋翼無人機(jī)輔助特種設(shè)備檢驗檢測提供了一些想法，也為特檢無人機(jī)的開發(fā)提出了一些建議。時代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，利用新技術(shù)以及儀器對特種設(shè)備進(jìn)行檢驗是對每一個檢驗檢測單位的基本要求，這些設(shè)備在保證檢驗質(zhì)量的同時會大大縮短檢驗檢測的時間，從而提高檢驗效率，有利于企業(yè)在市場日益激烈的競爭中，占得先機(jī)。

配準(zhǔn)的具體算法流程如下：

（1）獲取對應(yīng)點云集存入目標(biāo)點云P和參考點云Q；

（2）分別計算P、Q點云的重心：

（3）利用點云P和點云Q構(gòu)造協(xié)方差矩陣：

（4）求協(xié)方差矩陣來構(gòu)造4×4對稱矩陣X：

其中，I3是3×3單位矩陣，是矩陣的跡。

其中：

（7）點云精確配準(zhǔn)結(jié)束。

配準(zhǔn)點云導(dǎo)入GeomagicStudio求其邊界差就可計算出邊界包圍面積，即可測量出磨損面積。

3 結(jié)論

本文提出通過共聚焦激光掃描顯微鏡獲取刀具灰度圖像，轉(zhuǎn)化成點云矩陣，保留了刀具表面三維形貌特征，利用對新舊刀具的點云配準(zhǔn)可測量磨損區(qū)域的面積。提出PCA-ICP的結(jié)合的配準(zhǔn)方法，既利用PCA的計算快捷性，又發(fā)揮了ICP的精確性，實現(xiàn)了點云高效、高精度的配準(zhǔn)。采用測量刀尖的磨損面積作為刀具磨損量評價指標(biāo)有一定的實用價值。

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