离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统技术方案

本实用新型专利技术提供了离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，系统包括前端数据采集系统及后端数据管理及处理系统。所述前端数据采集系统包括前端无人机—自动机巢硬件平台及前端集控平台；所述前端无人机—自动机巢硬件平台与现有海上风电场风机良好结合，在接收前端集控平台所下达的指令后，可以实现海上风电机组外观的无人机自动起降、自动充换电、自动飞行以及自动巡检等功能。相较于现有海上风电人员出海的巡检方式，该系统真正实现了海上风电机组外观巡检的全自主化，降低了运维人员出海频次，提高了运维效率。

【技术实现步骤摘要】
离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统
本技术涉及海上结构物巡检领域，具体涉及离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统。
技术介绍
目前，海上风电机组外观巡检主要方式依旧是传统的人工巡检，依靠运维人员乘运维船到现场，通过使用高倍望远镜观察或者利用“蜘蛛人”高空绕行下降目测等手段进行机组外观巡检工作。这种人工巡检方式耗费人力严重，效率低下，且人员安全风险高。近年来，随着风电机组外观的无人机巡检逐步投入应用，无人机的应用大大降低了风电机组外观巡检的成本及安全风险，提高了巡检工作效率。然而，当前阶段，海上风电无人机巡检的技术依旧不够成熟，存在较多缺陷：一是现有无人机巡检模式依旧依靠运维人员乘船到海上风电场进行现场放飞无人机，人员出海频次高，成本高，安全风险大，运维效率低；二是当前无人机巡检作业依靠人工操控飞行，可能存在人员操作失误、巡检路径规划不合理、无人机续航不足、数据采集半径小导致炸机等问题；三是数据回传受海上通讯网络限制，时效性及稳定性较差；四是缺陷识别受人工专业素质影响，准确性也需要进一步提高，且人工成本较高。因此海上风电机组外观巡检迫切需要一种更加安全、高效的作业模式，以实现海上风电巡检的智能化，提升海上风电机组巡检效率。
技术实现思路
针对现有海上风电机组外观巡检技术的不足，本技术旨在提供离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，以解决现有技术中存在的自动化程度不高、运维效率低的问题，实现海上风电机组外观巡检的全智能化。为了实现上述的技术特征，本技术的目的是这样实现的：离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，包括前端无人机—自动机巢硬件平台、前端集控平台系统及后端数据管理及处理系统；所述前端无人机—自动机巢硬件平台长期部署在海上风电场中，用于执行海上风电机组外观巡检任务；所述前端集控平台子系统用于前端硬件平台监测、巡检任务下发和巡检视频直播；所述后端数据管理及处理子系统用于巡检图像数据的存储、管理、调阅及分析。所述前端无人机—自动机巢硬件平台包括无人机自动机巢以及巡检无人机；所述前端集控平台系统包括硬件平台集控子系统；所述后端数据管理及处理系统包括风电机组外观巡检数据管理子系统及风机外观缺陷识别子系统；所述无人机自动机巢用于巡检无人机的自动放飞、自动起降以及自动充换电；所述巡检无人机用于海上风电机组或海上升压站的外观巡检作业；所述硬件平台集控子系统用于根据巡检任务向前端无人机—自动机巢硬件平台下发巡检任务、操控无人机及自动机巢、监测无人机及自动机巢运行状态并对巡检视频进行直播；所述巡检数据管理子系统用于巡检图像数据的统一管理、分类存储、实时调阅；所述风机外观缺陷识别子系统用于对巡检所获的风机叶片图像进行缺陷智能识别。所述无人机自动机巢与海上风电机组相结合，布置在风机塔桶或机舱内，包括供电模块、主控模块、充换电池模块、起降平台模块、自动开闭塔桶或机舱门、差分GPS模块和通信模块；所述供电模块由风机或升压站内部电源供电；所述主控模块控制自动机巢各模块的运行并接入风电场已有天气数据，给无人机巡检工作提供参考；所述充换电池模块用于给巡检无人机的电池进行充电、换电操作；所述起降平台模块用于将巡检无人机从风机塔桶或机舱中送出、起飞、降落和回收；所述自动开闭塔桶或机舱门接入主控模块，受自动机巢主控系统控制开闭，用于配合起降平台进出风机塔桶或机舱；所述差分GPS模块用于给巡检无人机提供厘米级高精度定位服务；所述通信模块接入风电场现有光纤网络与集控平台子系统以及数据管理子系统通信，并搭载无线数传、图传模块与巡检无人机通信。所述巡检无人机搭载激光雷达及高性能计算模块；所述激光雷达用于对风机叶片角度、位置、距离信息进行实时采集，从而根据这些信息实时自主规划巡检路线，以实现无人机叶片的自主巡检；所述高性能计算模块对风机疑似缺陷进行实时智能识别、重点拍摄。所述前端集控平台子系统接入硬件系统的无人机飞控数据、自动机巢主控数据以及视频图像数据并实时直播，所述前端集控平台子系统具有自动巡检及手动巡检两种控制模式；所述自动巡检模式下，前端无人机—自动机巢硬件系统根据下达的巡检任务全自主进行巡检作业；所述手动巡检模式下，前端无人机—自动机巢硬件系统将受操作人员实时操控进行巡检作业。所述巡检数据管理子系统包括数据存储服务器以及数据管理客户端；所述巡检数据管理子系统主要功能点有：每一台风机分别编号并各自存储历史巡检数据，巡检数据中包括风机叶片、机舱、塔桶等部分的外观的历史照片数据、叶片维护历史数据、历史天气数据；所述机组外观历史照片数据中会将缺陷处标记。所述风机外观叶片缺陷识别子系统集成在数据管理子系统中，通过图像识别算法对风机叶片图像上存在的腐蚀、掉漆、雷击损伤等缺陷点进行智能识别，并对缺陷进行标记。所述无人机—自动机巢硬件平台可以是一台无人机对应多个自动机巢，采用链式接力工作模式，无人机在多个自动机巢之间切换，达到风电场全覆盖的目的。本技术有如下有益效果：1、本技术提出了离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，将巡检无人机及自动机巢长期布置在海上风电场内，实现巡检无人机的自动起降、自动充换电、自动换巢、自主飞行、自主巡检、数据自动回传等功能，从而解决目前海上风电机组外观巡检自动化程度不高、运维效率低下的问题。附图说明下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图1是根据本技术一个实施例的基于自动机巢的离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统架构示意图。图2是根据本技术一个实施例的自动机巢布置结构示意图。图3是根据本技术一个实施例的海上风电场前端无人机—自动机巢硬件平台子系统示意图。图4是前端数据采集系统工作时序图。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式做进一步的说明。如图1所示，基于自动机巢的离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统包括了前端无人机—自动机巢硬件平台子系统、前端集控平台子系统及后端数据管理及处理子系统。由于现有海上风电场与陆上集控中心内部的光纤网络采用一用一备的形式架设，光纤带宽有足够的冗余，因此无人机巡检系统直接接入现有光纤网络，以满足各子系统之间的数据传输及图像传输的通信需要。进一步的，所述前端无人机—自动机巢硬件平台子系统包括无人机自动机巢、巡检无人机以及中继通信站。如图2所示，所述无人机自动机巢与现有风电机组相结合，放置在风机塔桶底部平台中或者机舱中，由风机内现有电源供电。在风机塔桶或机舱内部放置能够有效利用现有风机塔桶或机舱内的防盐雾腐蚀环境，从而有效解决无人机及自动机巢在海上风电场高盐雾环境下长期布置的环境适应性问题。并且从成本上来说，放置在塔桶或机舱内部，自动机巢及无人机本身的防腐蚀处理就相对容易很多，从而节省了整套系统成本。为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，其特征在于：包括前端无人机—自动机巢硬件平台、前端集控平台系统及后端数据管理及处理系统；/n所述前端无人机—自动机巢硬件平台长期部署在海上风电场中，用于执行海上风电机组外观巡检任务；/n所述前端集控平台子系统用于前端硬件平台监测、巡检任务下发和巡检视频直播；/n所述后端数据管理及处理子系统用于巡检图像数据的存储、管理、调阅及分析。/n

【技术特征摘要】
1.离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，其特征在于：包括前端无人机—自动机巢硬件平台、前端集控平台系统及后端数据管理及处理系统；
所述前端无人机—自动机巢硬件平台长期部署在海上风电场中，用于执行海上风电机组外观巡检任务；
所述前端集控平台子系统用于前端硬件平台监测、巡检任务下发和巡检视频直播；
所述后端数据管理及处理子系统用于巡检图像数据的存储、管理、调阅及分析。


2.根据权利要求1所述离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，其特征在于：所述前端无人机—自动机巢硬件平台包括无人机自动机巢以及巡检无人机；所述前端集控平台系统包括硬件平台集控子系统；所述后端数据管理及处理系统包括风电机组外观巡检数据管理子系统及风机外观缺陷识别子系统；
所述无人机自动机巢用于巡检无人机的自动放飞、自动起降以及自动充换电；
所述巡检无人机用于海上风电机组或海上升压站的外观巡检作业；
所述硬件平台集控子系统用于根据巡检任务向前端无人机—自动机巢硬件平台下发巡检任务、操控无人机及自动机巢、监测无人机及自动机巢运行状态并对巡检视频进行直播；
所述巡检数据管理子系统用于巡检图像数据的统一管理、分类存储、实时调阅；
所述风机外观缺陷识别子系统用于对巡检所获的风机叶片图像进行缺陷智能识别。


3.根据权利要求2所述离岸常驻式海上风电无人机全自主巡检系统，其特征在于：所述无人机自动机巢与海上风电机组相结合，布置在风机塔桶或机舱内，包括供电模块、主控模块、充换电池模块、起降平台模块、自动开闭塔桶或机舱门、差分GPS模块和通信模块；
所述供电模块由风机或升压站内部电源供电；
所述主控模块控制自动机巢各模块的运行并接入风电场已有天气数据，给无人机巡检工作提供参考；
所述充换电池模块用于给巡检无人机的电池进行充电、换电操作；
所述起降平台模块用于将巡检无人机从风机塔桶或机舱中送出、起飞、降落和回收；
所述自动开闭塔桶或机舱门接入主控模块，受自动机巢主控系统控制开闭，用于配合起降平台进出风机塔桶或机舱；
所述差...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤鹏，闫俊义，林琳，程龙，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11