淺析特種設備無人機檢測系統的設計與應用

孫大超

摘 要 針對過去以人工為主的特種設備檢測勞動強度大、檢測效率低等問題，提出一種將無人機和紅外熱成像結合到一起的新檢測系統，并對其該系統的設計和施工進行深入分析，通過實踐，驗證了該檢測系統的可行性與有效性。

關鍵詞 特種設備檢測;無人機;紅外熱成像

特種設備在工業生產等領域中的應用越來越多，特種設備由于輸送特殊介質或作業條件復雜，容易產生損壞，而且一旦損壞，沒有及時得到修復，將產生安全隱患。然而，特種設備的檢測在過去一直采用人工進行，勞動強度大，效率低下，無法滿足特種設備應用及發展需要。而無人機技術的出現和應用為特種設備檢測提供了新的技術支撐，能在保證檢測結果準確性的同時，加快檢測效率。

1基于紅外熱成像的特種設備無人機檢測方法

對起重機和壓力管道及容器進行日常巡查或試驗檢測時，經常需要進行登高作業或進行長距離檢查，這不僅增大了相關人員作業強度，而且對提高檢測工作效率也提出了很大的挑戰。無人機可實現長距離飛行，具有可搭載設備、可懸停和操作簡便等優勢特點，伴隨無人機使用日益普及，近幾年我國很多特種設備檢測機構都在不斷加強對這項技術的研發和應用，并將相關成果引入到很多特種設備檢測實際工作當中，取得了良好的成效[1]。

對于紅外熱成像，它是一種常用無損檢測方法，由于為非接觸式，所以不僅具有很高的靈敏度，而且應用范圍廣泛，對圖像的顯示比較直觀。該技術和光學攝影機十分相近，都是以熱釋電效應為依據采用非制冷探測器對目標表面存在的紅外輻射進行接收，然后對不可見熱圖像予以動態成像。在實際工作中，對準待檢測設備的成像儀，在對輻射圖進行連續觀察的基礎上，可對可疑的部位進行拍攝，再通過匯總給出判斷。如果設備中存在破損，則破損部位的溫度將急劇上升，使成像顯示出明顯的異常。該技術有著很快的診斷速度，可以實現所見即所得目標，正常情況下的分辨率能達到0.1℃，而且不會受到光源強度的干擾與影響，在夜間也可以進行操作。基于此，在無人機上搭載這種設備能實現對特種設備的檢測，從而徹底取代傳統的人工檢測，從根本上解決上述實際問題。

2系統設計與應用

2.1 系統設計

無人機類型的選擇應根據其所搭載的設備確定，如前所述，紅外設備為無人機主要搭載的設備，在此基礎上還搭載可見光相機。根據以上搭載的設備，可采用四旋翼無人機。在飛行器的底部可以設計一個便于相機云臺更換操作的簡易結構，使紅外相機和可見光相機在飛行中能夠輕松地進行交替使用。在無人機飛行時，采用紅外相機能對常規JPEG格式的圖像進行拍攝，并能錄制相應的數字視頻，對靜止圖像進行記錄。從溫度識別方面講，可以對檢測范圍內溫度達到最高的點進行自動追蹤和捕獲，并能確定溫度的平均值，以及最高點和最低點的實際溫度數值[2]。

飛行控制系統為專門在工業應用領域使用的可編程式飛行控制系統，能支持至少20種不同的接口。在無人機中，還搭載很多傳感器，如陀螺儀、加速度計和GPS等。采用以SoC為基礎的實操系統，在芯片中對ARM與FPGA予以集成，在實現自動控制和人機交互基礎上，提供硬件加速功能，并減少功耗。無人機飛行控制平臺是將開源飛行控制系統作為基礎開發而成的，對于開源飛行控制系統，它主要由HAL與高級層兩部分構成。其中，高級層主要對輸入數據進行處理，并對任務實際執行進行調度。而HAL主要功能在于底層硬件驅動，對硬件存儲器當中的各類數據進行訪問。采用這種架構，能進行跨平臺的應用開發。無人機的地面控制站主要是以windows系統為基礎開發的，系統的調試軟件為mission planner。圖像傳輸系統以HACK LINK數字鏈路技術為核心，能對720p高清視頻信號進行傳輸，并能對飛行數據進行實時交互、對遙控器數據進行轉發，采用手機或平板電腦等終端就可以對高清視頻進行觀看及控制[3]。

2.2 系統應用

按照以上設計方案制成檢測系統后，將其用于敷設在工業園區室外的熱力管道檢測工作中，完成了連續26min的遠距離圖像傳輸，并借助紅外熱成像實現了定點溫度測量，滿足現場宏觀檢測要求與紅外檢測要求，可發現管道中保溫層實際破壞情況。當無人機搭載的是可見光相機時，通過十倍變焦能對遠距離或超遠距離的熱力管道實施穩定且連續的觀測，則在近距離可以對十分微小的目標予以放大觀測。而當無人機搭載的是紅外相機時，能對拍攝區中的熱力管道實施動態分析和連續觀測，給出溫度測量圖譜，進而準確地對被測目標進行分析。在分析報告當中，主要包含以下四項內容：其一，平均溫度;其二，最高點溫度;其三，最低點溫度;其四，任意點的溫度。對于管道具體位置，可以根據報告提供的經緯度和高度來確定[4]。

3結束語

綜上所述，以紅外熱成像為關鍵技術提出無人機檢測技術，通過對這一技術的實際應用，能檢測并判斷出被檢測設備是否正常，進而有效解決以往由人員進行檢測時部分位置無法到達的問題。另外，通過對熱成像的實時采集開展圖譜分析，以此為檢驗人員給出準確且科學的結果提供參考依據。在實際應用過程中發現的各類問題，都可以為今后的深入研究及發展提供方向，比如在無人機遠距離飛行過程中有效作業人員行走方向的問題，以及如何將紅外成像和可見光成像結合到一起，形成一個畫面，進一步提高檢驗過程及結果的清晰度。

參考文獻

[1] 陳亮.物聯網技術在特種設備檢驗檢測系統中的應用[J].內燃機與配件，2018，10（6）：173-174.

[2] 陳嘉輝.渦流檢測技術在承壓特種設備檢測中的應用研究[J].特種設備安全技術，2017，11（6）：51-53.

[3] 江愛紅.質量管理系統在特種設備檢驗檢測中的應用及分析[J].中國設備工程，2017，10（20）：66-67.

[4] 金樟民，方學寵，邵定進.特種設備現場檢驗信息化建設研究[J].中國管理信息化，2017，20（10）：65.