本發(fā)明涉及風電機組葉片凈空監(jiān)測，具體涉及一種無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法。

背景技術：

1、風電行業(yè)機組的葉片朝著更長、更柔、更輕的趨勢在發(fā)展，隨著陸地風區(qū)的風電機組的發(fā)展，超出原有風電機組標準設計環(huán)境的高溫和低溫、高海拔、高濕度以及復雜地形等條件的風電場建設占比日益增加，葉片凈空問題變得日益嚴峻。葉片凈空實際指的是葉片葉尖與塔筒表面的最小間隙，gl認證規(guī)范要求：該最小間隙在機組運行過程中，不得小于葉片未變形狀態(tài)時的30%。葉片凈空在風機開發(fā)認證階段都十分重要，并且關乎機組運行穩(wěn)定和安全，所以葉片凈空的檢測和監(jiān)測就變得越來越重要，目前基于機器視覺測量凈空技術路線主要包括機艙測凈空方案和地面測凈空方案，機艙測凈空方案是在機艙安裝凈空設備通過機器視覺測距技術計算凈空結果，地面測凈空方案一般是在距離塔筒幾百米的距離，垂直機艙軸線拍攝葉輪旋轉視頻計算凈空。

2、目前也有部分采用無人機拍攝機組風輪運行畫面，進而計算凈空的方法，例如中國專利cn116950850a一種基于無人機的風機葉片凈空檢測裝置和方法。基于無人機的葉片凈空測量方法中無人機可在葉尖等高處測量葉片凈空，影響因素少，便于準確捕捉葉尖處于最低點時刻，且可有效消除地面測量凈空時帶來的仰角偏差，葉片凈空測量更加準確。但是無人機與葉尖等高測量葉片凈空的方案中需要解決機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直的技術問題，否則風電機組偏航動作或者風力作用導致葉片偏轉時，一旦測量光軸與機艙左右對稱面不垂直，將導致測量的凈空出現(xiàn)較大的偏差，嚴重影響測量的有效性和準確性。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，該方法基于無人機機器視覺對風電機組葉片凈空進行測量，并對測量過程中機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直進行判定，確保凈空測量結果的準確性和有效性。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為：

3、本發(fā)明提供了一種無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，包括以下步驟：

4、s1、無人機攜帶機器視覺系統(tǒng)飛至機艙側面合適位置處進行畫面對準后停留；畫面對準要求為：

5、a、機器視覺測量光軸保持水平；

6、b、葉尖旋轉至最低點時，機器視覺系統(tǒng)拍攝畫面中同時出現(xiàn)塔筒和葉片，且機器視覺測量光軸直視葉尖；

7、s2、機器視覺系統(tǒng)錄像獲取圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)預置參數(shù)以及葉片塔筒識別結果進行實時的凈空計算；

8、s3、判斷步驟s2中凈空拍攝時長和條件是否滿足要求，若滿足要求，則結束錄像，完成葉片凈空的測量；若不滿足要求，則進入步驟s4；

9、所述凈空拍攝時長和條件為：在連續(xù)時間t內(nèi)，機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直或垂直偏離角度在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)的時長占比超過80%；

10、s4、控制無人機向與垂直偏離方向相反的方向旋轉，旋轉角度與垂直偏離角度值一致，再重復步驟s2和s3，若仍不滿足要求，則結束凈空測量并判定此次凈空測量無效。

11、步驟s3中機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直或垂直偏離角度在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)的判定步驟為：

12、s31、基于機器視覺測量光軸和機艙對稱面垂直偏離角度與葉尖畫弧的特性，通過三維軟件仿真不同垂直偏離角度下的葉尖畫弧三維模型；

13、s32、設定垂直偏離角度閾值 α 0，建立該垂直偏離角度閾值 α 0下的葉尖畫弧三維模型，并基于該模型導出距離葉尖最低點的指定高度 h 0下的葉尖畫弧寬度 d 0；

14、s33、提取步驟s2中機器視覺系統(tǒng)錄像數(shù)據(jù)并獲取葉尖實際劃過軌跡圖像數(shù)據(jù)，從而獲取距離葉尖最低點的指定高度 h 0下的實際葉尖畫弧寬度 d s，若 d s＜ d 0，則判定機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直或垂直偏離角度在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)。

15、步驟s31中仿真所需變量包括葉片長度、塔筒寬度、塔筒高度、機艙和葉輪尺寸信息和仰角錐角、機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直偏離角度以及機器視覺測量光軸與機艙對稱面之間的距離。

16、提取步驟s2中機器視覺系統(tǒng)錄像數(shù)據(jù)并獲取葉尖實際劃過軌跡圖像數(shù)據(jù)，獲取距離葉尖最低點的指定高度為 h 0時實際葉尖畫弧寬度 d s，基于三維軟件仿真建立不同垂直偏離角度下的葉尖畫弧三維模型，導出距離葉尖最低點的指定高度為 h 0時葉尖畫弧寬度為 d s所對應的實際垂直偏離角度 α s，即為計算得到的垂直偏離角度。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：（1）本發(fā)明中基于無人機機器視覺對風電機組葉片凈空進行測量，并對測量過程中機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直進行判定，確保凈空測量結果的準確性和有效性。

18、（2）本發(fā)明中通過機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直偏離時葉尖的畫弧特性，通過三維軟件仿真不同垂直偏離角度下的葉尖畫弧三維模型，并基于該模型導出設定垂直偏離角度閾值 α 0時，距離葉尖最低點的指定高度 h 0下的葉尖畫弧寬度 d 0，從而快速判定機器視覺測量光軸與機艙對稱面是否垂直或垂直偏離角度是否在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)，并可基于仿真模型，快速計算并調(diào)整無人機的拍攝角度，及時有效抑制偏航或者拍攝角度偏離對于測量凈空的影響。

技術特征：

1.一種無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，其特征在于：步驟s3中機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直或垂直偏離角度在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)的判定步驟為：

3.根據(jù)權利要求2所述的無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，其特征在于：步驟s31中仿真所需變量包括葉片長度、塔筒寬度、塔筒高度、機艙和葉輪尺寸信息和仰角錐角、機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直偏離角度以及機器視覺測量光軸與機艙對稱面之間的距離。

4.根據(jù)權利要求2所述的無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，其特征在于：步驟s4中垂直偏離角度的計算方法為：提取步驟s2中機器視覺系統(tǒng)錄像數(shù)據(jù)并獲取葉尖實際劃過軌跡圖像數(shù)據(jù)，獲取距離葉尖最低點的指定高度為h0時實際葉尖畫弧寬度ds，基于三維軟件仿真不同垂直偏離角度下的葉尖畫弧三維模型，導出距離葉尖最低點的指定高度為h0時葉尖畫弧寬度為ds所對應的實際垂直偏離角度αs，即為計算得到的垂直偏離角度。

技術總結
本發(fā)明涉及風電機組葉片凈空監(jiān)測技術領域，提供了一種無人機機器視覺測量風電機組葉片凈空的方法，無人機攜帶機器視覺系統(tǒng)飛至機艙側面合適位置處進行畫面對準后停留；機器視覺系統(tǒng)錄像獲取圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)預置參數(shù)以及葉片塔筒識別結果進行實時的凈空計算；在連續(xù)時間t內(nèi)，機器視覺測量光軸與機艙對稱面垂直或垂直偏離角度在垂直偏離角度閾值范圍內(nèi)的時長占比超過80%，則完成葉片凈空的測量。該方法基于無人機機器視覺對風電機組葉片凈空進行測量，并對測量過程中機器視覺測量視軸與機艙對稱面垂直進行判定，確保凈空測量結果的準確性和有效性。

技術研發(fā)人員：郭曉亮,敖瑞,董兆宇,王東利,劉軍,程慶陽,袁旭,程向向,胡帥,王海潮
受保護的技術使用者：陜西中科啟航科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15