中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司 歐朝陽

淺談無人機(jī)技術(shù)在火電廠煤場(chǎng)監(jiān)控中的應(yīng)用

中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司 歐朝陽

無人機(jī)早已進(jìn)入我們的生活，在各個(gè)行業(yè)有著成功的應(yīng)用。例如，亞馬遜和京東商城已嘗試采用無人機(jī)送貨，為用戶帶來了更加便捷的用戶體驗(yàn)；利用無人機(jī)進(jìn)行地理環(huán)境勘察和地形測(cè)繪，可為救災(zāi)和人道主義援助提供有力支持；更有一些航空愛好者，利用無人機(jī)拍攝航拍照片。而在火電廠的輸煤現(xiàn)場(chǎng)，大量用于發(fā)電的煤炭露天放置，極易自燃，給發(fā)電企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失和安全生產(chǎn)威脅。本文擬探析無人機(jī)技術(shù)在煤場(chǎng)監(jiān)控中的應(yīng)用前景。

無人機(jī)；煤場(chǎng)

1 前言

按照系統(tǒng)組成和飛行特點(diǎn)，無人機(jī)可分為固定翼型無人機(jī)、無人駕駛直升機(jī)兩大類種類。固定翼型無人機(jī)通過動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)翼的滑行實(shí)現(xiàn)起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實(shí)現(xiàn)，抗風(fēng)能力也比較強(qiáng)，類型較多，能同時(shí)搭載多種遙感傳感器。起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機(jī)投放等；降落方式有滑行、傘降和撞網(wǎng)等。固定翼型無人機(jī)的起降需要比較空曠的場(chǎng)地，比較適合礦山資源監(jiān)測(cè)、林業(yè)和草場(chǎng)監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染源及擴(kuò)散態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)、土地利用監(jiān)測(cè)以及水利、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。無人駕駛直升機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是能夠定點(diǎn)起飛、降落，對(duì)起降場(chǎng)地的條件要求不高，其飛行也是通過無線電遙控或通過機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)程控。但無人駕駛直升機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較復(fù)雜，操控難度也較大，所以種類有限，主要應(yīng)用于突發(fā)事件的調(diào)查，如單體滑坡勘查、火山環(huán)境的監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。本文采用四旋翼型無人機(jī)，搭載紅外熱像儀，并利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將實(shí)時(shí)的煤場(chǎng)溫度情況，傳輸至控制管理中心。

2 系統(tǒng)工作機(jī)制

本文擬采用大華公司生產(chǎn)的遠(yuǎn)距離熱像儀，并將其安裝在四旋翼無人機(jī)上，由專門人員進(jìn)行飛行操作，在煤場(chǎng)上空逐區(qū)域進(jìn)行掃描，并通過無線數(shù)據(jù)通信接口，將煤堆的熱成像圖像回傳至控制管理中心，控制中心的管理人員根據(jù)得到的熱成像，判斷是否有自燃點(diǎn)或者有極大自燃隱患的區(qū)域，若有自燃點(diǎn)，通知煤場(chǎng)的斗輪機(jī)司機(jī)，將已自燃的煤炭立即通過皮帶送入鍋爐，若有自燃隱患的區(qū)域，則通知現(xiàn)場(chǎng)的工作人員，開啟煤場(chǎng)噴淋系統(tǒng)，對(duì)有自燃隱患的區(qū)域?qū)嵤﹪娝禍?。在現(xiàn)場(chǎng)，每隔一定時(shí)間便啟用一次無人機(jī)進(jìn)行全煤場(chǎng)范圍的掃描?？捎行ьA(yù)防煤堆自燃。

3 無人機(jī)與紅外熱像儀

本文所采用的無人機(jī)具有豐富的外掛點(diǎn)，可將熱成像儀掛載于無人機(jī)下方。紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)（焦平面熱像儀無此機(jī)構(gòu)）對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖。四旋翼飛行器是一種小型的輕旋翼飛行器，其布局形式新穎，結(jié)構(gòu)緊湊。四旋翼飛行器主要是通過改變4個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)螺旋槳轉(zhuǎn)速，由旋翼升力的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的控制。四旋翼飛行器由于能夠垂直起降，自由懸停，且機(jī)身輕便易操控，可適應(yīng)于各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況，這些優(yōu)勢(shì)決定了它是一種軍民兩用的高科技設(shè)備。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的諸多領(lǐng)域可以了解到，四旋翼無人飛行器能夠在軍用和民用領(lǐng)域完成各種復(fù)雜，危險(xiǎn)的任務(wù)，實(shí)踐價(jià)值較高。

4 無線通信數(shù)據(jù)鏈

無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，zigbee、GPRS、微波傳輸?shù)燃夹g(shù)均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信，因本系統(tǒng)需要傳輸視頻圖像，故采用基于2.4GHz的微波傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)500米范圍內(nèi)的視頻信號(hào)可靠傳輸。在本系統(tǒng)中，無人機(jī)操作人員持手持式視頻查看終端，控制管理中心設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，二者均可接收到實(shí)時(shí)視頻圖像。并在控制管理中心設(shè)置有硬盤錄像機(jī)，可將視頻信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，積累歷史數(shù)據(jù)。

在輸煤現(xiàn)場(chǎng)中，一般有大量無線通信設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)本系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有一定干擾作用，故本文所采用的2.4GHz通信終端具備自適應(yīng)和自跳頻功能，若檢測(cè)到當(dāng)前信道通信質(zhì)量較低時(shí)，可及時(shí)跳轉(zhuǎn)信道，具備一定的抗干擾能力。

5 智能預(yù)判模塊

在控制管理中心，設(shè)置上位機(jī)控制終端，該終端基于PC104技術(shù)設(shè)計(jì)，采用圖像識(shí)別技術(shù)，可自動(dòng)識(shí)別具有自燃隱患的區(qū)域，免除操作人員的人為判斷。其內(nèi)嵌了基于opencv的圖像識(shí)別算法，可任意設(shè)定檢測(cè)區(qū)域，機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

6 噴淋聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的噴淋系統(tǒng)一般由人工控制，工作人員按照噴淋排班表，定時(shí)噴淋，智能化程度低，而且因?yàn)槿斯げ倏v的局限性，往往不能有效的實(shí)現(xiàn)高危區(qū)域的識(shí)別和定向噴淋，最終導(dǎo)致噴淋系統(tǒng)用水量增大，不能做到水資源的有效利用。而本文采用基于無人機(jī)技術(shù)的熱像儀系統(tǒng)，可根據(jù)識(shí)別出的高危區(qū)，控制噴淋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定向噴淋，真正做到水資源的高效利用。由于熱成像系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)，可大大減少人工消耗。噴淋系統(tǒng)和無人機(jī)熱成像系統(tǒng)也采用無線方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，可免去大量的電纜鋪設(shè)工作，大大減少電纜消耗，節(jié)約了成本。

7 結(jié)束語

總而言之，無人機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的輸煤現(xiàn)場(chǎng)控制工藝提出了新的解決思路和途徑，依照建設(shè)原則建立一套合理、完善的無人機(jī)煤場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可提高安全隱患的識(shí)別率，并可實(shí)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)的針對(duì)性噴淋，大大提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，在煤場(chǎng)大范圍內(nèi)的無線視頻信號(hào)的傳輸，采取了有效的抗干擾措施。希望此次理論研究可以起到拋磚引玉的作用。

[1]葉劍．探討無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)及維護(hù)[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014,23(12)．[2]李正軍．計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社．

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