淺談無人機技術在火電廠煤場監控中的應用

中鋁寧夏能源集團有限公司 歐朝陽

淺談無人機技術在火電廠煤場監控中的應用

中鋁寧夏能源集團有限公司 歐朝陽

無人機早已進入我們的生活，在各個行業有著成功的應用。例如，亞馬遜和京東商城已嘗試采用無人機送貨，為用戶帶來了更加便捷的用戶體驗；利用無人機進行地理環境勘察和地形測繪，可為救災和人道主義援助提供有力支持；更有一些航空愛好者，利用無人機拍攝航拍照片。而在火電廠的輸煤現場，大量用于發電的煤炭露天放置，極易自燃，給發電企業帶來經濟損失和安全生產威脅。本文擬探析無人機技術在煤場監控中的應用前景。

無人機；煤場

1 前言

按照系統組成和飛行特點，無人機可分為固定翼型無人機、無人駕駛直升機兩大類種類。固定翼型無人機通過動力系統和機翼的滑行實現起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實現，抗風能力也比較強，類型較多，能同時搭載多種遙感傳感器。起飛方式有滑行、彈射、車載、火箭助推和飛機投放等；降落方式有滑行、傘降和撞網等。固定翼型無人機的起降需要比較空曠的場地，比較適合礦山資源監測、林業和草場監測、海洋環境監測、污染源及擴散態勢監測、土地利用監測以及水利、電力等領域的應用。無人駕駛直升機的技術優勢是能夠定點起飛、降落，對起降場地的條件要求不高，其飛行也是通過無線電遙控或通過機載計算機實現程控。但無人駕駛直升機的結構相對來說比較復雜，操控難度也較大，所以種類有限，主要應用于突發事件的調查，如單體滑坡勘查、火山環境的監測等領域。本文采用四旋翼型無人機，搭載紅外熱像儀，并利用無線數據傳輸技術，將實時的煤場溫度情況，傳輸至控制管理中心。

2 系統工作機制

本文擬采用大華公司生產的遠距離熱像儀，并將其安裝在四旋翼無人機上，由專門人員進行飛行操作，在煤場上空逐區域進行掃描，并通過無線數據通信接口，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得到的熱成像，判斷是否有自燃點或者有極大自燃隱患的區域，若有自燃點，通知煤場的斗輪機司機，將已自燃的煤炭立即通過皮帶送入鍋爐，若有自燃隱患的區域，則通知現場的工作人員，開啟煤場噴淋系統，對有自燃隱患的區域實施噴水降溫。在現場，每隔一定時間便啟用一次無人機進行全煤場范圍的掃描。可有效預防煤堆自燃。

3 無人機與紅外熱像儀

本文所采用的無人機具有豐富的外掛點，可將熱成像儀掛載于無人機下方。紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學成像物鏡和光機掃描系統（目前先進的焦平面技術則省去了光機掃描系統）接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，在光學系統和紅外探測器之間，有一個光機掃描機構（焦平面熱像儀無此機構）對被測物體的紅外熱像進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉換成電信號，經放大處理、轉換或標準視頻信號通過電視屏或監測器顯示紅外熱像圖。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，結構緊湊。四旋翼飛行器主要是通過改變4個電機的轉速來調節螺旋槳轉速，由旋翼升力的變化實現對飛行器的控制。四旋翼飛行器由于能夠垂直起降，自由懸停，且機身輕便易操控，可適應于各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況，這些優勢決定了它是一種軍民兩用的高科技設備。從當前國內外的諸多領域可以了解到，四旋翼無人飛行器能夠在軍用和民用領域完成各種復雜，危險的任務，實踐價值較高。

4 無線通信數據鏈

無線通信技術迅猛發展，zigbee、GPRS、微波傳輸等技術均可實現遠距離無線通信，因本系統需要傳輸視頻圖像，故采用基于2.4GHz的微波傳輸技術，可實現500米范圍內的視頻信號可靠傳輸。在本系統中，無人機操作人員持手持式視頻查看終端，控制管理中心設置監控平臺，二者均可接收到實時視頻圖像。并在控制管理中心設置有硬盤錄像機，可將視頻信號長時間存儲，積累歷史數據。

在輸煤現場中，一般有大量無線通信設備，這些設備對本系統的正常運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和自跳頻功能，若檢測到當前信道通信質量較低時，可及時跳轉信道，具備一定的抗干擾能力。

5 智能預判模塊

在控制管理中心，設置上位機控制終端，該終端基于PC104技術設計，采用圖像識別技術，可自動識別具有自燃隱患的區域，免除操作人員的人為判斷。其內嵌了基于opencv的圖像識別算法，可任意設定檢測區域，機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成，是實現計算機集成制造的基礎技術。

6 噴淋聯動系統

傳統的噴淋系統一般由人工控制，工作人員按照噴淋排班表，定時噴淋，智能化程度低，而且因為人工操縱的局限性，往往不能有效的實現高危區域的識別和定向噴淋，最終導致噴淋系統用水量增大，不能做到水資源的有效利用。而本文采用基于無人機技術的熱像儀系統，可根據識別出的高危區，控制噴淋系統，實現定向噴淋，真正做到水資源的高效利用。由于熱成像系統和噴淋系統實現了聯動，可大大減少人工消耗。噴淋系統和無人機熱成像系統也采用無線方式實現互聯，可免去大量的電纜鋪設工作，大大減少電纜消耗，節約了成本。

7 結束語

總而言之，無人機技術的蓬勃發展對傳統的輸煤現場控制工藝提出了新的解決思路和途徑，依照建設原則建立一套合理、完善的無人機煤場監測系統，可提高安全隱患的識別率，并可實現噴淋系統的針對性噴淋，大大提高生產效率。同時，在煤場大范圍內的無線視頻信號的傳輸，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。

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