淺析特種設備無人機檢測系統的設計與應用

工業與信息化

TECHNOLOGY AND INFORMATION

淺析特種設備無人機檢測系統的設計與應用

孫大超

沈陽特種設備檢測研究院?遼寧?沈陽?110035

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

90科學與信息化2020年6月上

??

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.