淺談基于云系統下的無人機技術在特種設備檢驗檢測中的應用

王冰

（赤峰市特種設備檢驗所，內蒙古 赤峰 024000）

淺談基于云系統下的無人機技術在特種設備檢驗檢測中的應用

王冰

（赤峰市特種設備檢驗所，內蒙古 赤峰 024000）

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

云系統；無人機；特種設備；檢驗檢測

在科技高速發展的今天，無人機技術在民用、警用、城市管理、農業、地質、氣象、電力、搶險救災、視頻拍攝等行業領域中得到了廣泛的應用。本文探討多旋翼無人機在特種設備檢驗檢測中的應用。

1 特種設備的概念

隨著經濟的發展，塔式起重機這一類在高層與超高層工程建設中必不可少的特種設備，其應用越來越多。

簡單來說，特種設備指的是對人身、財產安全有比較大危險性的設備，例如起重機械、專用機動車輛等等。但經濟的快速發展，特種設備在生活與生產中也發揮著極大的作用，其安全、檢驗問題也受到關注。信息技術在特種設備檢驗、檢測中運用，不單可提升工作的效率，還可有效確保特種設備的安全運行。當前在世界上工業比較發達的國家，均設立了專門的機構，對特種設備加大了監督、檢查力度，強化、規范行政管理的行為，擬定同時不斷完善專項法律、行政的規章。發達國家，如美國已有一套設備的安全管理體系，由各個州的政策自主進行管理，但各地管理方式有所差異。很早國外就開始進行了特種設備的檢測研究工作。并且到目前為止，已有大量成熟檢測技術，如射線數字成像、超聲波檢測等等，這些技術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的單機檢測，功能少，使用起來也不方便。

因此伴隨當前信息化技術、網絡技術的發展，我們已開始著手于使用基于云系統下的無人機技術。此技術屬于新系統，將特種設備檢測、檢驗信息化水平提升了一個層次，并起著極為重要的作用。這也是因為特種設備行業內部各類企業信息水平不足，業務過程相似，因此云系統的背景下，可以很好解決信息不統一的問題。

2 無人機技術在特種設備中的應用

要想保證塔式起重機的安全運行，對其進行檢驗必不可少。根據特種設備檢驗規程的要求，對起重機進行檢驗時，需要有兩名具有相應資質的檢驗員進行檢驗。一名檢驗員主檢的同時，另一名檢驗員進行相關的輔助檢驗。

如果將無人機運用到檢驗過程中，通過輔助檢驗員操作無人機，首先可對塔式起重機的標準節外觀進行逐一檢查，檢驗螺栓的安裝方式，標準節的金屬表面是否有可見裂紋以及是否存在形變現象。而在塔身內部的主檢員可對標準節內部進行檢驗，省去了大部分這對外部檢驗的時間。無人機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工具，無人機還可攜帶運輸，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送工具的時間。在主檢員安全進入塔機司機室后，可配合主檢員準群測量塔機與周圍建筑物的準確距離。隨后，進行塔機垂直度與垂直靜位移的檢驗，這就對無人機技術的穩定運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的水平度與垂直度，隨后是裝置在無人機上的測量儀器的測量精度。在定期檢驗過程中，還可針對塔機附墻架進行檢驗，驗證其是否與塔機說明書的安裝要求一致，是否有安裝不可靠或者私造現象。在無人機參與檢驗的過程中，如果發現設備的缺陷或者影響設備安全運行的因素時，可對缺陷處進行拍照，上傳至特種設備檢驗單位的云記錄平臺進行記錄登記，防止此特種設備進行移裝時，測缺陷或者不安全因素再次出現，也可在下次進行此設備的移裝檢驗或者定期檢驗時，提醒特種設備檢驗檢測人員此設備曾經出現過的問題。在每次檢驗完成后針對本次檢驗的問題需要復檢時，也可利用無人機在不需要檢驗員進行登高復檢時進行拍照和截取視頻作為驗證，這樣可提高復檢的效率。

在進行起重機械如橋式起重機或門式起重機的檢驗時，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，如果加入無人機技術，可實現空中對其進行水平度的檢驗，當然這也對無人機技術的運行穩定性提出了一個更高的要求。在主檢員對某臺設備進行空載試驗時，輔助人員可利用無人機對其進行產品編號的核對以及對啃軌現象的有無進行確認，由于許多廠房的限制以及對檢驗員安全性的考慮，很多設備無法保證檢驗員可以安全到達，所以在這一過程中，更體現了無人機輔助檢驗對特種設備檢驗工作中的重要性。露天門式起重機，由于風吹日曬或雨水腐蝕，部分爬梯更是無法保證檢驗員安全登上門式起重機的主梁上進行檢驗。將無人機技術運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、是否有開焊現象的全部外觀檢查，提高了特種設備檢驗檢測的效率。同時，在發現缺陷后可對其缺陷部位進行拍照，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方便儲存資料，在以后針對此設備進行移裝或者定期檢驗時提示本次檢驗過程中曾經發現的缺陷。同樣，在針對設備進行復檢時，可對一些明顯問題是否進行整改進行逐一驗證。

當然，單獨的無人機并不能在檢驗過程中發揮完整的作用，它與檢驗員的經驗與檢驗技能分不開。因此對操作無人機的人員也具有一定的要求，具有檢驗資質并且有豐富的檢驗經驗。

針對這一想法，首先需要開發一套基于無人機的完善的檢驗系統。首先應通過聯網的移動終端對此次檢驗的特種設備信息以及在檢驗過程中發現的缺陷、安全隱患以及重大問題進行詳細登記，隨后操作終端對設備信息進行遠程存儲。此后針對某臺特種設備登錄此云記憶平臺時，會對此臺設備的所有信息進行詳細的了解。除開發平臺外，還需要對無人機的測量儀器進行開發，使其具備經緯儀、水準儀以及直尺的功能，并保證其功能的準確性以及可靠性。隨后是對無人機操作系統的開發，保證檢驗檢測人員有更好的操作性而且簡單易懂。

3 結語

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

配準的具體算法流程如下：

（1）獲取對應點云集存入目標點云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構造協方差矩陣：

（4）求協方差矩陣來構造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）點云精確配準結束。

配準點云導入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可測量磨損區域的面積。提出PCA-ICP的結合的配準方法，既利用PCA的計算快捷性，又發揮了ICP的精確性，實現了點云高效、高精度的配準。采用測量刀尖的磨損面積作為刀具磨損量評價指標有一定的實用價值。

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TP391

A

1671-0711（2016）10（下）-0053-02