劉洋

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院荊州分院，湖北 荊州 434000）

就目前的情況來(lái)看，我國(guó)在檢測(cè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的時(shí)候，一般就是讓有關(guān)的檢測(cè)人員攜帶著檢測(cè)的儀器爬到受力的重要結(jié)構(gòu)位置上進(jìn)行檢查，但是，這樣的檢測(cè)方式只能夠通過(guò)目視還有儀器的方式來(lái)對(duì)缺件、裂紋、損壞和腐蝕等問(wèn)題進(jìn)行檢查，但是，對(duì)盲區(qū)卻不能夠進(jìn)行有效的檢查，而且這樣的檢測(cè)方式存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)作業(yè)等方面的問(wèn)題。而運(yùn)用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)就可以有效地解決這些問(wèn)題。因此，本文就大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)開(kāi)展有關(guān)的研究，以此使飛行操作的安全性和穩(wěn)定性得到有效的提高，進(jìn)而使無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢作業(yè)可以更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化地進(jìn)行。

1 大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢方法以及系統(tǒng)

在檢測(cè)橋梁、光伏電站還有輸電線路等領(lǐng)域中都對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢有著一定程度的運(yùn)用和研究，但是，在檢測(cè)大型起重機(jī)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)方面的有關(guān)研究還是比較少的。對(duì)于起重機(jī)的結(jié)構(gòu)而言，主要包括工字梁、箱型梁等結(jié)構(gòu)形式，并且在檢測(cè)方面還涉及三維曲面和多平面等比較復(fù)雜的檢測(cè)表面，而且對(duì)于起重機(jī)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)的時(shí)候都是處于在電磁干擾比較強(qiáng)，存在較多障礙物還有場(chǎng)景混雜的作業(yè)環(huán)境中，所以運(yùn)用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)對(duì)大型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行有關(guān)的檢測(cè)工作還存在著比較多的難點(diǎn)。而針對(duì)這些存在的主要問(wèn)題，在對(duì)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，就提出了飛機(jī)打點(diǎn)結(jié)合航跡飛行的多旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的檢測(cè)方式，并且在其中還將圖像識(shí)別技術(shù)引入進(jìn)去，以此使智能化的機(jī)巡數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而構(gòu)建了新的大型起重機(jī)自動(dòng)智能巡檢作業(yè)的一種模式。在這種檢測(cè)模式下，一定要科學(xué)地規(guī)劃塔式起重機(jī)、門式起重機(jī)和門座式起重機(jī)巡檢的路徑，并且對(duì)路徑全覆蓋的規(guī)劃方式應(yīng)該要進(jìn)行研究，以此充分地考慮影響航跡規(guī)劃的因素。接著，依據(jù)所規(guī)劃的路徑讓有關(guān)的人員對(duì)于無(wú)人機(jī)進(jìn)行操控，以此進(jìn)行初步的巡檢，這個(gè)過(guò)程中對(duì)于若干航點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)和經(jīng)緯度等應(yīng)該要進(jìn)行有效的采集，然后將有關(guān)的記錄工作做好。在巡檢的過(guò)程中，可以依據(jù)航跡對(duì)飛行的速度進(jìn)行控制，一旦發(fā)現(xiàn)有缺陷存在時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行有效的記錄拍攝，這樣在下次飛行的時(shí)候，就可以依據(jù)所記錄的缺陷點(diǎn)的位置和起飛點(diǎn)的位置來(lái)生成新的飛行航跡，然后讓無(wú)人機(jī)自動(dòng)的飛行到有缺陷的位置處來(lái)對(duì)其進(jìn)一步的進(jìn)行甄別還有拍攝。

2 在大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢中存在的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 規(guī)劃多旋翼無(wú)人機(jī)巡檢路徑的方式

就大型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要是通過(guò)螺栓連接、焊接、銷軸連接還有鉚接等連接的方式組成的，對(duì)于大型起重機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要有工字梁還有箱形梁等結(jié)構(gòu)形式。在運(yùn)用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)來(lái)對(duì)這些金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡檢的時(shí)候，其無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的主要路徑就是使用牛耕式全覆蓋的巡檢路徑。其巡檢的路徑如圖1所示，就圖1我們可以明顯地看出來(lái)，其相機(jī)拍攝的方向其實(shí)就是圖中表示出的截面箭頭。對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的3倍以上其實(shí)就是安全距離，換句話說(shuō)，假如其旋翼展開(kāi)后的軸距是1m，那么與結(jié)構(gòu)之間的安全距離至少應(yīng)該是3m。對(duì)于電池的能耗以及規(guī)避逆光代價(jià)來(lái)說(shuō)，其實(shí)就是在牛耕式巡檢路徑前提下的最小函數(shù)目標(biāo)，所以在對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化和規(guī)劃時(shí)，就可以使用改進(jìn)A*混合算法以及改進(jìn)蟻群算法來(lái)進(jìn)行，具體來(lái)說(shuō)，主要的步驟流程分為以下五點(diǎn)：

圖1 大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)牛耕式巡檢的路徑圖

（1）在巡檢的過(guò)程中，對(duì)于規(guī)避光代價(jià)還有電池能耗的最小函數(shù)目標(biāo)一定要建立好，這樣才能夠使得無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的低能耗性以及安全性得到有效的保障。（2）為了可以更好地將巡航能耗和懸停能耗確定下來(lái)，那么對(duì)于會(huì)干擾到多旋翼無(wú)人機(jī)巡檢電池能耗的主要影響因素應(yīng)該要進(jìn)行深入的分析。（3）對(duì)于多旋翼無(wú)人機(jī)巡檢的航跡以及和太陽(yáng)光照之間的關(guān)系應(yīng)該要進(jìn)行有效的確定。（4）在建立三維模型的時(shí)候，要按照結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸對(duì)等待進(jìn)行檢測(cè)的位置建模，然后將巡航過(guò)程中所有的視點(diǎn)坐標(biāo)輸進(jìn)去。（5）為了得到最優(yōu)的航跡，就可以使用改進(jìn)蟻群算法還有改進(jìn)A*混合算法來(lái)進(jìn)行，這樣就可以得到最佳的輸出航跡。

2.2 無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢及精密定位方法

就大型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)而言，對(duì)其為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的檢測(cè)，那么就要不斷地提升無(wú)人機(jī)的定位性能。而對(duì)于信號(hào)的質(zhì)量而言，為了可以使其有效地提高，所以在進(jìn)行定位的時(shí)候就運(yùn)用了GPS+Glonasss雙系統(tǒng)融合的精密單點(diǎn)定位方式，并且可以發(fā)現(xiàn)其衛(wèi)星數(shù)得到明顯的增加。與此同時(shí)，對(duì)于這樣系統(tǒng)融合的方式來(lái)說(shuō)，對(duì)其進(jìn)行有效的運(yùn)用可以將單系統(tǒng)定位性能在高度角加大時(shí)而造成性能迅速變差的缺點(diǎn)有效地克服，這樣就可以讓定位導(dǎo)航的穩(wěn)定性以及精度有效地提高。而就嚴(yán)重遮擋信號(hào)的區(qū)域而言，就可以運(yùn)用主副無(wú)人機(jī)協(xié)同定位的方式來(lái)開(kāi)展自動(dòng)巡檢作業(yè)，這樣的方式可以使得檢驗(yàn)無(wú)人機(jī)的定位精度得到有效的提高。對(duì)于副無(wú)人機(jī)的路徑規(guī)劃來(lái)說(shuō)，在雙機(jī)協(xié)同定位檢測(cè)中是十分重要的，所以在設(shè)計(jì)巡檢路徑的時(shí)候，就可以依據(jù)主無(wú)人機(jī)的巡檢路徑來(lái)進(jìn)行，一般來(lái)說(shuō)，為了避免主副兩架無(wú)人機(jī)在飛行的過(guò)程中發(fā)生碰撞，主無(wú)人機(jī)飛行的高度應(yīng)該要低于副無(wú)人機(jī)。

2.3 在多傳感器基礎(chǔ)上的無(wú)人機(jī)自主避障技術(shù)

就現(xiàn)階段的大型起重機(jī)而言，其金屬結(jié)構(gòu)和形狀等都具備復(fù)雜的特征，并且在起重機(jī)作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)人物機(jī)的作業(yè)比較混亂，而且還存在著具有比較多動(dòng)態(tài)障礙物的問(wèn)題。而在多傳感器當(dāng)中，將超聲、視覺(jué)和紅外等融合其中，以此建立無(wú)人機(jī)定位和建圖的方式，進(jìn)而使得無(wú)人機(jī)的環(huán)境感知能力得到有效的提高。

在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢作業(yè)的過(guò)程中，可以和設(shè)備之間設(shè)置一段安全距離，這樣在無(wú)人機(jī)自動(dòng)懸停的時(shí)候可以有效地避免碰撞和墜落等事故的發(fā)生，進(jìn)而使無(wú)人機(jī)檢測(cè)作業(yè)的安全性得到有效的提升。與此同時(shí)，對(duì)于無(wú)人機(jī)懸停多方面拍攝的待檢測(cè)部位圖像，在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的時(shí)候也可以進(jìn)行控制，并且設(shè)置好安全距離，這樣一旦超出安全距離的時(shí)候就可以自動(dòng)地進(jìn)行報(bào)警，以此使飛行操作的安全性和穩(wěn)定性得到有效的提升。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，就現(xiàn)階段我國(guó)的大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的檢測(cè)而言，在運(yùn)用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的方式時(shí)還存在著一定困難，而與人工智能圖像識(shí)別等技術(shù)結(jié)合，就可以有效自動(dòng)地評(píng)估、檢測(cè)、量化、識(shí)別出其金屬結(jié)構(gòu)中存在的缺陷，并且還可以將無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢作業(yè)的新模式建立起來(lái)，這樣就可以有效地檢測(cè)出那些人工不能夠檢測(cè)或者是不能夠達(dá)到的位置，以此可以使事故發(fā)生的概率得到有效的控制和預(yù)防，進(jìn)而使設(shè)備和人員的生命財(cái)產(chǎn)損失有效地減少，有效地推動(dòng)企業(yè)的健康發(fā)展以及安全生產(chǎn)。