在海拔3800米的山上，有風(fēng)電工程師徒步和風(fēng)餐露宿的身影。

在高鹽度的海風(fēng)中，葉片隨時(shí)隨地面臨被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，卻難用“眼”察覺(jué)。

在偏遠(yuǎn)地區(qū)，人工巡檢風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，步步維艱。

在輸電線上，附著風(fēng)箏、塑料袋等異物，雷雨天氣時(shí)極易造成線路短路跳閘，帶來(lái)不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失……

這些，都被新疆金風(fēng)科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“金風(fēng)科技”）的無(wú)人機(jī)記錄下來(lái)。

作為風(fēng)電場(chǎng)全生命周期服務(wù)的供應(yīng)商，金風(fēng)科技一直在思考，除了用于記錄，無(wú)人機(jī)還能做些什么？

風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：輔助現(xiàn)場(chǎng)踏勘、為三維風(fēng)能資源仿真、場(chǎng)內(nèi)道路設(shè)計(jì)精確輸入。

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段：獲取道路的高精度模型，模擬車輛運(yùn)輸行走路線，對(duì)可能的風(fēng)險(xiǎn)提前進(jìn)行預(yù)警，施工過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工工藝、流程、進(jìn)度，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修正。

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維階段：替代傳統(tǒng)人工目視、望遠(yuǎn)鏡巡檢以及人工攀爬除障的方式，飛行至目標(biāo)區(qū)域，一方面利用高清攝像頭獲取影像資料，排查葉片、塔筒以及線塔可能出現(xiàn)的問(wèn)題；另一方面，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載機(jī)械手臂和噴火裝置，實(shí)現(xiàn)異物清除。

下面著重介紹無(wú)人機(jī)在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)中的一些重點(diǎn)應(yīng)用。

讓風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維可視化

在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，現(xiàn)場(chǎng)踏勘是至關(guān)重要的一項(xiàng)工作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，一方面，可以排除實(shí)時(shí)性的限制因素，如地貌的改變、投影坐標(biāo)系的偏差，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工條件、地質(zhì)條件進(jìn)行分析；另一方面，是在道路、風(fēng)能資源、施工等被確認(rèn)均無(wú)限制后，為后期施工提供準(zhǔn)確點(diǎn)位輸入。

傳統(tǒng)模式的踏勘完全依靠人工完成。在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期，多數(shù)情況下場(chǎng)址地形處于未開(kāi)發(fā)的原始狀態(tài)，踏勘的必要性和自然環(huán)境的危險(xiǎn)性并存，加之可預(yù)想的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)后期塔筒、葉片檢修等難題，無(wú)人機(jī)的使用為解決這些難題提供了可能。

2016年開(kāi)始，金風(fēng)科技配備專業(yè)級(jí)長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)與半專業(yè)級(jí)便攜式無(wú)人機(jī)二十余架。通常，金風(fēng)科技無(wú)人機(jī)輔助現(xiàn)場(chǎng)踏勘作業(yè)隊(duì)伍為2人，其中一人專注于飛行控制和視角調(diào)節(jié)，保證飛行安全，另一人則通過(guò)佩戴飛行眼鏡的方式，置身空中以俯瞰視角進(jìn)行VR全景觀看，以無(wú)人機(jī)第一視角審視機(jī)位點(diǎn)，保證對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的重點(diǎn)關(guān)注。也可通過(guò)實(shí)時(shí)圖傳快速、宏觀了解現(xiàn)場(chǎng)情況，高效獲取機(jī)位點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的高清視頻和圖像資料。

此外，無(wú)人機(jī)在指定區(qū)域上方可利用“一鍵全景”“規(guī)劃航線”等飛行方式獲取空中全景和三維實(shí)景數(shù)據(jù)，結(jié)合金風(fēng)科技大數(shù)據(jù)處理云平臺(tái)，快速處理生成目標(biāo)區(qū)域無(wú)人機(jī)空中全景影像和三維實(shí)景模型。全景影像收納目標(biāo)點(diǎn)周邊360°的高分辨率影像，對(duì)目標(biāo)位置周邊的信息做到全方位掌控。業(yè)務(wù)人員在全景模型的相應(yīng)位置中對(duì)需要注意的問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)注，這樣通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將全景影像發(fā)布以后，沒(méi)有到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的人員也可以直觀、快速地掌握現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)信息?；诳罩泻娇諗z影測(cè)量原理，利用高清影像和相應(yīng)的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)空中三角測(cè)量和構(gòu)建模型等過(guò)程生成覆蓋區(qū)域的三維實(shí)景模型，生成不同分辨率、覆蓋面積的三維實(shí)景模型，模型分辨率可高達(dá)厘米級(jí)，地物清晰可見(jiàn)。結(jié)合VR頭盔和3D眼鏡，實(shí)現(xiàn)“虛擬現(xiàn)場(chǎng)踏勘”的效果。

這一全新的模式，結(jié)合無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)視頻、圖像，360°空中全景以及三維實(shí)景模型，讓踏勘視野更宏觀、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)識(shí)別更精準(zhǔn)，大大降低風(fēng)險(xiǎn)，工作效率提高50%以上，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能資源工程師體力勞動(dòng)的解放，使其可以將更多精力用于風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

圖1 金風(fēng)科技風(fēng)能資源工程師參加四川某風(fēng)電場(chǎng)的踏勘

圖2 金風(fēng)科技使用無(wú)人機(jī)在湖南某項(xiàng)目進(jìn)行踏勘

當(dāng)然，也是從輔助現(xiàn)場(chǎng)踏勘開(kāi)始，金風(fēng)科技發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)可以做的事還有更多，比如可以進(jìn)行快速、精準(zhǔn)測(cè)量。

傳統(tǒng)測(cè)繪地形圖分辨率多為2米或5米等高距。以山西忻州山區(qū)10萬(wàn)千瓦項(xiàng)目為例，場(chǎng)區(qū)面積約120平方公里，從人工踩點(diǎn)到制作等高線測(cè)繪圖需要2個(gè)月時(shí)間。而無(wú)人機(jī)獲取高清影像后，在不到1周時(shí)間內(nèi)便可處理生成三維實(shí)景影像，地面分辨率高達(dá)厘米級(jí)。

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)影像識(shí)別技術(shù)快速識(shí)別，可精確定位村莊、墳?zāi)?、溝壑及石油礦井等限制區(qū)域。結(jié)合GIS（地理信息系統(tǒng)）、金風(fēng)科技可視化風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)平臺(tái)等工具，設(shè)置緩存區(qū)域，在合理位置進(jìn)行自動(dòng)化風(fēng)電機(jī)組排布。

同時(shí)，無(wú)人機(jī)獲取的高清影像也為風(fēng)電場(chǎng)平臺(tái)面積和挖填土方等施工需求提供資料輸入。

這些都使實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的三維可視化設(shè)計(jì)成為可能。以陜西定邊某5萬(wàn)千瓦風(fēng)電場(chǎng)為例，無(wú)人機(jī)在完成一天的現(xiàn)場(chǎng)拍攝工作后，工程師可通過(guò)金風(fēng)科技自主研發(fā)的三維可視化風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)，三維實(shí)景地形開(kāi)展風(fēng)能資源CFD模擬仿真，基于風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)區(qū)域充分利用、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的自動(dòng)排布，通過(guò)充分了解地形地貌，直觀進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組排布、調(diào)整及優(yōu)化，使設(shè)計(jì)更精準(zhǔn)。在其后的機(jī)位點(diǎn)及升壓站位置選定中，通過(guò)設(shè)置最短路徑、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域等智能算法，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)道路、集電線路規(guī)劃，統(tǒng)計(jì)施工成本。

在這一過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)，從測(cè)繪工作開(kāi)始，將大大減少人工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，且每個(gè)階段都“所見(jiàn)即所得”，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)更直觀、準(zhǔn)確性更高。

不只是“掃描儀”那么簡(jiǎn)單

到風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段，無(wú)人機(jī)及其數(shù)據(jù)獲取之后的應(yīng)用便不止是“掃描儀”這么單薄了。

以南方復(fù)雜地形的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，其機(jī)位點(diǎn)吊裝面積較為有限，多面臨平臺(tái)坡度大但吊裝面積小的問(wèn)題。這一問(wèn)題增加了風(fēng)電機(jī)組吊裝難度，對(duì)吊裝方案的設(shè)計(jì)提出更高要求。科學(xué)的吊裝方案，不僅要保證后期吊裝的正常開(kāi)展，也需精準(zhǔn)評(píng)估施工量和施工成本，對(duì)預(yù)選機(jī)位點(diǎn)做出合理性、經(jīng)濟(jì)性分析。金風(fēng)科技結(jié)合多年項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)南方復(fù)雜山地項(xiàng)目自主開(kāi)發(fā)了象腿工裝、預(yù)埋基座等小平臺(tái)吊裝方案，包括現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)常用的吊裝方案在內(nèi)，其實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題都在于最優(yōu)利用吊裝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工裝、基座、大部件及吊裝器械的合理擺放。

目前針對(duì)小平臺(tái)的吊裝方案，設(shè)計(jì)主要分為兩類，其一需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師現(xiàn)場(chǎng)踏勘，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做出合理分析和設(shè)計(jì)，方案科學(xué)與否依賴于工程師的技術(shù)水平和吊裝經(jīng)驗(yàn)，這種方法需要耗費(fèi)較多的人力成本；其二是借助于測(cè)繪地形圖對(duì)平臺(tái)地形的描述，基于平面擬合等方法重建山體特征后，模擬場(chǎng)坪效果和吊裝平臺(tái)場(chǎng)景。方案的模擬效果和設(shè)計(jì)精度與測(cè)繪地形圖精度密切相關(guān)，目前風(fēng)電場(chǎng)地形圖大多等高距為2～5米，即2～5米間距內(nèi)的地物特征難以體現(xiàn)。同時(shí)模擬重建的山地特征沒(méi)有地表紋理，設(shè)計(jì)人員無(wú)法完全、直觀地掌握現(xiàn)場(chǎng)地形地貌特征。

金風(fēng)科技在小平臺(tái)吊裝方案設(shè)計(jì)中創(chuàng)新引進(jìn)了無(wú)人機(jī)的使用，即對(duì)于小平臺(tái)機(jī)位點(diǎn)，利用便攜式無(wú)人機(jī)飛行至機(jī)位點(diǎn)上空50～100米后，按照規(guī)劃航線圍繞機(jī)位點(diǎn)飛行，飛行過(guò)程中按照預(yù)設(shè)重疊度拍攝高清數(shù)字影像并記錄拍攝時(shí)刻的位置信息。獲取數(shù)據(jù)后將高清影像及對(duì)應(yīng)的位置信息相結(jié)合，基于空中三角測(cè)量等原理方法，生成測(cè)區(qū)內(nèi)的三維實(shí)景模型，地面分辨率可以達(dá)到厘米級(jí)，地物清晰可見(jiàn)。無(wú)人機(jī)平均需要20分鐘完成一個(gè)機(jī)位點(diǎn)的拍攝，1個(gè)小時(shí)內(nèi)便可生成高精度三維實(shí)景模型。

構(gòu)建模型后可進(jìn)行長(zhǎng)度、面積及挖填土方量統(tǒng)計(jì)。針對(duì)小平臺(tái)機(jī)位點(diǎn)的三維實(shí)景模型，通過(guò)設(shè)置不同的挖填高度，模擬挖填后場(chǎng)坪效果，測(cè)量模擬場(chǎng)坪的長(zhǎng)、寬、面積及挖填土方量數(shù)據(jù)，通過(guò)不同的挖填高度尋優(yōu)最佳場(chǎng)坪方案，在保證施工要求的前提下達(dá)到施工成本最低。在挖填土方量統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)智能濾波和人工修正相結(jié)合的方法，去除地表樹(shù)木和植被的影響，保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果最接近真實(shí)值。確定最佳場(chǎng)坪方案后，將大部件及吊裝器械等1:1模型模擬放置在虛擬場(chǎng)坪中，合理規(guī)劃擺放位置，完整模擬后期吊裝的全部施行過(guò)程。

通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)小平臺(tái)及吊裝風(fēng)險(xiǎn)機(jī)位點(diǎn)快速勘測(cè)，生成三維實(shí)景模型，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)機(jī)位點(diǎn)地形地貌信息形成更全面、更直觀的認(rèn)識(shí)。通過(guò)模擬場(chǎng)坪最優(yōu)挖填方案及施工量、施工成本精準(zhǔn)評(píng)估，并1:1模擬大部件、器械的擺放，對(duì)吊裝方案進(jìn)行提前預(yù)演，大幅降低吊裝風(fēng)險(xiǎn)。

在越來(lái)越強(qiáng)調(diào)立體空間感知的今天，金風(fēng)科技引進(jìn)成熟的科學(xué)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行充分融合和應(yīng)用，在風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)全程融合互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)的思維，引入包括無(wú)人機(jī)技術(shù)在內(nèi)的GIS、氣象、流體仿真等專業(yè)技術(shù)，通過(guò)多維度的專業(yè)融合為后期的建模分析提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入；通過(guò)自主模型開(kāi)發(fā)，降低風(fēng)電場(chǎng)前期風(fēng)能資源評(píng)估的不確定度；利用VR技術(shù)多維展示等，凸顯專業(yè)技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電場(chǎng)立體空間信息定量分析、真實(shí)可視化方面的巨大優(yōu)勢(shì)，降低風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)全程潛在的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

如果說(shuō)傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程是二維到三維的轉(zhuǎn)換，那么無(wú)人機(jī)等技術(shù)的融合應(yīng)用，則可以說(shuō)是從三維到四維甚至多維的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些成熟技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)為數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng)提供更多信息和能量。