葉仁俊

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院鄂州分院，湖北 鄂州 436000）

就目前情況來(lái)說(shuō)，在我國(guó)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)的時(shí)候，通常情況是檢測(cè)人員攜帶檢測(cè)設(shè)備對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行檢測(cè)，但是這樣也只能檢測(cè)到是否存在缺件、裂紋、損壞、腐蝕等一些問(wèn)題，大型起重機(jī)隱藏的一些問(wèn)題未能達(dá)到有效檢查，這樣不僅檢測(cè)的效率較低，其檢測(cè)還不夠全面，存在諸多的安全隱患。然而，將無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)應(yīng)用到其中，可以很好地解決該項(xiàng)問(wèn)題，確保大型起重機(jī)檢測(cè)的全面性和精準(zhǔn)性，提升大型起重機(jī)檢測(cè)的效率，以避免大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障的產(chǎn)生。

1 無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)概述

（1）無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)屬于一項(xiàng)新型的巡檢技術(shù)，并在很多領(lǐng)域中都得到了普遍的應(yīng)用，例如，橋梁、大型起重機(jī)、光伏電站、輸電線路等方面，可以準(zhǔn)確地識(shí)別存在的故障，以及故障存在的位置，從而提升故障解決的效率。同時(shí)，大型起重機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，主要是由工字梁、箱型梁方面組成，并且在金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)的時(shí)候，所涉及的內(nèi)容相對(duì)較多，例如，三維曲面、多平面等方面，很多時(shí)候都是處于電磁干擾比較強(qiáng)，存在較多的障礙物，其工作環(huán)境也相對(duì)較為復(fù)雜，這時(shí)利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)可以對(duì)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測(cè)，從而解決傳統(tǒng)檢測(cè)方式存在的弊端。

（2）無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)在大型起重機(jī)檢測(cè)中，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，并且結(jié)合實(shí)際情況，將圖像識(shí)別技術(shù)引入其中，這樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化處理，從而生成完善的大型起重機(jī)自動(dòng)化巡檢作業(yè)模式。同時(shí)，在這種巡檢模式下，需要根據(jù)相關(guān)要求，一定要合理地規(guī)劃大型起重機(jī)的巡檢路線，并且需要對(duì)路線的影響因素進(jìn)行綜合考慮，做好相應(yīng)的預(yù)防措施，以此保證無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的效果。另外，在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的時(shí)候，需要做好各項(xiàng)巡檢信息和數(shù)據(jù)的記錄，這樣在后期大型起重機(jī)維護(hù)時(shí)，提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

（3）在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的時(shí)候，根據(jù)實(shí)際情況，需要對(duì)飛行速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這樣一旦發(fā)現(xiàn)大型起重機(jī)存在缺陷的話，可以對(duì)其進(jìn)行拍攝和記錄，這樣在下次巡檢時(shí)，可以根據(jù)之前做記錄的缺陷點(diǎn)，進(jìn)一步地甄別缺陷位置，做好記錄和拍攝工作。

2 大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障成因

（1）金屬結(jié)構(gòu)是大型起重機(jī)的基本構(gòu)成，其主要作用就是承受實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)中的基本載荷、附加載荷、特殊載荷等，并且金屬結(jié)構(gòu)作為基本承載結(jié)構(gòu)，主要是由鋼材制成，確保大型起重機(jī)在運(yùn)行期間，零件以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受到載荷的影響后，不會(huì)產(chǎn)生損壞、變形等問(wèn)題，提高大型起重機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命。但是，大型起重機(jī)在實(shí)際使用中，經(jīng)常會(huì)受到一些因素的影響，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)故障頻頻發(fā)生，例如，變形、焊縫外露、裂紋等，這些故障嚴(yán)重影響了大型起重機(jī)的使用性能，如果情況較為嚴(yán)重，往往還會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

（2）導(dǎo)致大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障產(chǎn)生的原因有很多，焊接工藝質(zhì)量不合格，為裂縫、氣孔、未融合等焊接問(wèn)題埋下隱患，也正是因?yàn)檫@些隱患的存在，導(dǎo)致焊縫面積逐漸變小，本身的承載力較差，局部應(yīng)力過(guò)于集中，從而增大了大型起重機(jī)的疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而影響了大型起重機(jī)的正常使用。同時(shí)，由于焊接工藝的使用不當(dāng)，還會(huì)導(dǎo)致焊接的內(nèi)應(yīng)力和工作應(yīng)力產(chǎn)生重疊現(xiàn)象，這樣焊接殘余應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致腹板位置就會(huì)出現(xiàn)波浪變形，進(jìn)而埋下安全隱患。

（3）在大型起重機(jī)使用的時(shí)候，經(jīng)常忽略額定載荷，這樣很容易出現(xiàn)超載荷使用情況，并且如果大型起重機(jī)長(zhǎng)期處于該狀態(tài)下，這時(shí)腹板自身的穩(wěn)定性就會(huì)無(wú)法保障。同時(shí)，受到熱效應(yīng)的影響，大型起重機(jī)在運(yùn)輸存放的過(guò)程中，材質(zhì)本身處于過(guò)度疲勞的狀態(tài)，從而導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生。

3 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)要點(diǎn)

無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)在大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)巡檢中，可以很好地解決傳統(tǒng)巡檢技術(shù)存在的不足以及缺陷，提升大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)巡檢效率以及效果。那么，無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)在大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)巡檢應(yīng)用中，能掌握以下幾點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)。

3.1 多旋翼無(wú)人機(jī)巡檢路徑

從大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要是通過(guò)螺旋連接、焊接、銷(xiāo)軸連接等方式，所組成的金屬結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)在對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行巡檢時(shí)，可以使用牛耕式全覆蓋巡檢路徑，如圖1 所示，從圖1 中我們可以看出，巡檢相機(jī)所拍攝的方向其實(shí)就是圖中所表示出的截面箭頭方向。從金屬結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸的3 倍以上，就是巡檢的安全距離，例如，旋翼展開(kāi)后，其軸距是1m。那么，與結(jié)構(gòu)之間的安全距離，應(yīng)至少為3m，這樣才能保證良好的巡檢效果。同時(shí)，從電池的能耗來(lái)說(shuō)，牛耕式巡檢路徑可以在巡檢之前，最小函數(shù)目標(biāo)，并且根據(jù)實(shí)際情況對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化，在路徑優(yōu)化時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。

圖1 牛耕式全覆蓋的巡檢路徑

（1）在巡檢的期間，對(duì)于設(shè)定電池能耗最小函數(shù)這一目標(biāo)來(lái)說(shuō)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理地設(shè)定，這樣才能使無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)在低能耗的情況下，高效地完成巡檢工作。

（2）多旋無(wú)人機(jī)巡檢路線以及太陽(yáng)光照之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)進(jìn)行進(jìn)一步的明確，避免帶來(lái)負(fù)面影響。

（3）針對(duì)構(gòu)建三維模型，應(yīng)根據(jù)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，設(shè)定巡檢位置且建模，并且在巡檢過(guò)程中，需要對(duì)所有試點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行輸入，這樣及時(shí)判斷大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)所存在的缺陷，進(jìn)而有針對(duì)性的解決。

3.2 精密定位

（1）精密定位也是無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)，主要是根據(jù)大型起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，判斷金屬結(jié)構(gòu)可能存在的缺陷，并且及時(shí)進(jìn)行定位，有助于后期對(duì)問(wèn)題的解決。同時(shí)，在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要不斷提升信號(hào)的質(zhì)量，將GPS+Glonasss雙系統(tǒng)融合的精密單點(diǎn)定位方式應(yīng)用到精密定位中，這樣可以發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)量得到明顯的增加，確保定位的準(zhǔn)確性。

（2）針對(duì)系統(tǒng)融合來(lái)說(shuō)，有效的應(yīng)用可以將單系統(tǒng)定位性能，得到有效的應(yīng)用，從而解決傳統(tǒng)定位存在的不足。另外，針對(duì)信號(hào)較弱的地區(qū)來(lái)說(shuō)，可以利用主副無(wú)人機(jī)協(xié)同定位的方式，展開(kāi)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡檢工作，這樣可以使得無(wú)人機(jī)檢驗(yàn)的定位準(zhǔn)星線得到很好的提升，為大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)故障解決，提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

（3）副無(wú)人機(jī)規(guī)劃路徑，對(duì)于雙機(jī)協(xié)同定位檢測(cè)來(lái)說(shuō)，起到了十分重要的作用。因此，在巡檢路徑規(guī)劃的時(shí)候，需要將主無(wú)人機(jī)巡檢路徑作為基礎(chǔ)，并且為避免主副兩架無(wú)人機(jī)在巡檢期間發(fā)生碰撞，主無(wú)人機(jī)的高度可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)低，不能高于副無(wú)人機(jī)。

3.3 無(wú)人機(jī)自主避障技術(shù)

就目前大型起重機(jī)來(lái)說(shuō)，金屬結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，并且在起重機(jī)使用期間，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為混亂，金屬結(jié)構(gòu)可能存在動(dòng)態(tài)故障問(wèn)題?；诖?，在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢的時(shí)候，應(yīng)對(duì)多傳感器進(jìn)行充分的利用，并且可以將超聲、視覺(jué)、紅外等，與多傳感器進(jìn)行融合，以此構(gòu)建無(wú)人機(jī)定位和建圖等結(jié)構(gòu)，這樣無(wú)人機(jī)在環(huán)境感知的能力下，可以準(zhǔn)確地判斷大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)存在的缺陷。同時(shí)，在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢過(guò)程中，需要大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一段安全距離，這樣無(wú)人機(jī)自動(dòng)懸停，可以避免發(fā)生碰撞和墜落等事故，進(jìn)而提升巡檢的安全性。另外，需要設(shè)置安全自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，這樣一旦超出安全距離，可以自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，保證無(wú)人機(jī)飛行操作處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.4 圖像預(yù)處理技術(shù)

（1）大型起重機(jī)屬于室外工作設(shè)備，所以在無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致巡檢圖像存在噪音、模糊、抖動(dòng)、畸形等問(wèn)題，嚴(yán)重影響無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢圖像的質(zhì)量。對(duì)此，為提升無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢圖像質(zhì)量，需要將圖像預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于其中，通過(guò)利用去噪增強(qiáng)方法，圖像去模糊抖動(dòng)算法，鏡頭畸變矯正算法等方面，以此提升圖像輸出質(zhì)量，為大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)缺陷解決提供辨識(shí)率較高的影像。

（2）按電流噪聲和不同光照，所對(duì)圖像造成的影響，可以采用均值濾波，高斯濾波，中值濾波，同態(tài)濾波等方式，對(duì)圖像進(jìn)行去噪和增強(qiáng)處理，并且利用圖像信照比以及，指標(biāo)衡量照，以此增強(qiáng)圖像辨識(shí)效果。同時(shí)，針對(duì)微小型，多旋翼無(wú)人機(jī)在巡檢時(shí)所產(chǎn)生的姿態(tài)變化以及震動(dòng)所引起的拍攝抖動(dòng)和模糊問(wèn)題，可以基于圖像局部區(qū)域約束與R-L 反卷積的圖像去模糊抖動(dòng)算法，并且通過(guò)圖像局部區(qū)域以及運(yùn)動(dòng)模糊地核的各種約束，獲取最小能量函數(shù)。另外，在獲取到最小能量函數(shù)時(shí)，用交替最小方法得出最小化能量函數(shù)，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)模糊和進(jìn)行估算，在估算完成以后，通過(guò)利用R-L 反卷積算法，從而對(duì)原始圖像進(jìn)行恢復(fù)，提升無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢圖像的分辨率。

4 無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)應(yīng)用效果

以上的分析，本段內(nèi)容對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)在大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用效果，做出了簡(jiǎn)要的總結(jié)。

（1）無(wú)人機(jī)自動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，可以很好地改善大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)拍攝的效果，并且可以很好地實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)，不需要人工攀爬到大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)上進(jìn)行檢測(cè)，從而解決了傳統(tǒng)大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)巡檢存在的不足，提高了檢測(cè)效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的安全隱患，降低了人力成本，避免了安全事故的產(chǎn)生。

（2）通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)化巡檢技術(shù)在大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的研究，可以很好地推動(dòng)物理檢測(cè)理論和技術(shù)的發(fā)展，并且通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)的融合，可以有效地提升金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，提高各項(xiàng)巡檢影像的辨識(shí)度，為大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)后期維護(hù)以及安全性評(píng)估提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)的應(yīng)用，也保證了大型起重機(jī)后期的改裝工作，從而延長(zhǎng)其設(shè)備的使用壽命，將設(shè)備的最大潛能得以充分地發(fā)揮?？偟膩?lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)的出現(xiàn)，可以很好地滿足大型起重機(jī)巡檢工作的需求。

5 結(jié)語(yǔ)

大型起重機(jī)在很多工業(yè)領(lǐng)域中起到了重要的作用，一旦發(fā)生故障，所造成的影響是非常嚴(yán)重的。對(duì)此，通過(guò)利用無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)，可以準(zhǔn)確判斷，大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)所存在的故障，并且準(zhǔn)確定位，從而及時(shí)地有針對(duì)性地進(jìn)行解決，確保大型起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性。另外，無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地提升大型起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及工作效率，為其相關(guān)行業(yè)穩(wěn)定健康地發(fā)展，給予技術(shù)性的保障。