浅谈基于云系统下的无人机技术在特种设备检验检测中的应用

王冰

（赤峰市特种设备检验所，内蒙古 赤峰 024000）

浅谈基于云系统下的无人机技术在特种设备检验检测中的应用

王冰

（赤峰市特种设备检验所，内蒙古 赤峰 024000）

特种设备在人们的日常生活中占据着越来越重要的位置，它们关乎人们的生命和财产安全，每年国家都会对特种设备采取强制检验。一个相对完整的辅助系统和检验工具，是检验工作顺利完成的重要保证。

云系统；无人机；特种设备；检验检测

在科技高速发展的今天，无人机技术在民用、警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等行业领域中得到了广泛的应用。本文探讨多旋翼无人机在特种设备检验检测中的应用。

1 特种设备的概念

随着经济的发展，塔式起重机这一类在高层与超高层工程建设中必不可少的特种设备，其应用越来越多。

简单来说，特种设备指的是对人身、财产安全有比较大危险性的设备，例如起重机械、专用机动车辆等等。但经济的快速发展，特种设备在生活与生产中也发挥着极大的作用，其安全、检验问题也受到关注。信息技术在特种设备检验、检测中运用，不单可提升工作的效率，还可有效确保特种设备的安全运行。当前在世界上工业比较发达的国家，均设立了专门的机构，对特种设备加大了监督、检查力度，强化、规范行政管理的行为，拟定同时不断完善专项法律、行政的规章。发达国家，如美国已有一套设备的安全管理体系，由各个州的政策自主进行管理，但各地管理方式有所差异。很早国外就开始进行了特种设备的检测研究工作。并且到目前为止，已有大量成熟检测技术，如射线数字成像、超声波检测等等，这些技术在一定程度上满足了检测的需求。在我国初期所使用的是压力容器检验信息系统的单机检测，功能少，使用起来也不方便。

因此伴随当前信息化技术、网络技术的发展，我们已开始着手于使用基于云系统下的无人机技术。此技术属于新系统，将特种设备检测、检验信息化水平提升了一个层次，并起着极为重要的作用。这也是因为特种设备行业内部各类企业信息水平不足，业务过程相似，因此云系统的背景下，可以很好解决信息不统一的问题。

2 无人机技术在特种设备中的应用

要想保证塔式起重机的安全运行，对其进行检验必不可少。根据特种设备检验规程的要求，对起重机进行检验时，需要有两名具有相应资质的检验员进行检验。一名检验员主检的同时，另一名检验员进行相关的辅助检验。

如果将无人机运用到检验过程中，通过辅助检验员操作无人机，首先可对塔式起重机的标准节外观进行逐一检查，检验螺栓的安装方式，标准节的金属表面是否有可见裂纹以及是否存在形变现象。而在塔身内部的主检员可对标准节内部进行检验，省去了大部分这对外部检验的时间。无人机自下而上可对大臂顶端的安全卡是否按要求安装以及对大臂斜拉杆是否安装可靠以及开口销是否齐全进行检验。塔帽部分可检查避雷线是否与塔帽顶端可靠连接以及是否有可见裂纹和塔帽形变。同时在检验过程中需要用到的相关工具，无人机还可携带运输，为主检员提供帮助，省去以后在检验中因携带工具的不便和用人运送工具的时间。在主检员安全进入塔机司机室后，可配合主检员准群测量塔机与周围建筑物的准确距离。随后，进行塔机垂直度与垂直静位移的检验，这就对无人机技术的稳定运行提出了一个新的要求。首先必须保证在静止飞行时能保证无人机的水平度与垂直度，随后是装置在无人机上的测量仪器的测量精度。在定期检验过程中，还可针对塔机附墙架进行检验，验证其是否与塔机说明书的安装要求一致，是否有安装不可靠或者私造现象。在无人机参与检验的过程中，如果发现设备的缺陷或者影响设备安全运行的因素时，可对缺陷处进行拍照，上传至特种设备检验单位的云记录平台进行记录登记，防止此特种设备进行移装时，测缺陷或者不安全因素再次出现，也可在下次进行此设备的移装检验或者定期检验时，提醒特种设备检验检测人员此设备曾经出现过的问题。在每次检验完成后针对本次检验的问题需要复检时，也可利用无人机在不需要检验员进行登高复检时进行拍照和截取视频作为验证，这样可提高复检的效率。

在进行起重机械如桥式起重机或门式起重机的检验时，许多工厂以及厂房无法保证检验检测人员对其轨道或水平度的检验，如果加入无人机技术，可实现空中对其进行水平度的检验，当然这也对无人机技术的运行稳定性提出了一个更高的要求。在主检员对某台设备进行空载试验时，辅助人员可利用无人机对其进行产品编号的核对以及对啃轨现象的有无进行确认，由于许多厂房的限制以及对检验员安全性的考虑，很多设备无法保证检验员可以安全到达，所以在这一过程中，更体现了无人机辅助检验对特种设备检验工作中的重要性。露天门式起重机，由于风吹日晒或雨水腐蚀，部分爬梯更是无法保证检验员安全登上门式起重机的主梁上进行检验。将无人机技术运行其中可方便快捷地完成对其主梁的链接，拉杆的固定、销轴的安装、是否有开焊现象的全部外观检查，提高了特种设备检验检测的效率。同时，在发现缺陷后可对其缺陷部位进行拍照，要求使用单位整改的同时，拍摄清晰照片或视频上传检验检测单位云记录系统方便储存资料，在以后针对此设备进行移装或者定期检验时提示本次检验过程中曾经发现的缺陷。同样，在针对设备进行复检时，可对一些明显问题是否进行整改进行逐一验证。

当然，单独的无人机并不能在检验过程中发挥完整的作用，它与检验员的经验与检验技能分不开。因此对操作无人机的人员也具有一定的要求，具有检验资质并且有丰富的检验经验。

针对这一想法，首先需要开发一套基于无人机的完善的检验系统。首先应通过联网的移动终端对此次检验的特种设备信息以及在检验过程中发现的缺陷、安全隐患以及重大问题进行详细登记，随后操作终端对设备信息进行远程存储。此后针对某台特种设备登录此云记忆平台时，会对此台设备的所有信息进行详细的了解。除开发平台外，还需要对无人机的测量仪器进行开发，使其具备经纬仪、水准仪以及直尺的功能，并保证其功能的准确性以及可靠性。随后是对无人机操作系统的开发，保证检验检测人员有更好的操作性而且简单易懂。

3 结语

本文对多旋翼无人机辅助特种设备检验检测提供了一些想法，也为特检无人机的开发提出了一些建议。时代在发展，科技在进步，利用新技术以及仪器对特种设备进行检验是对每一个检验检测单位的基本要求，这些设备在保证检验质量的同时会大大缩短检验检测的时间，从而提高检验效率，有利于企业在市场日益激烈的竞争中，占得先机。

配准的具体算法流程如下：

（1）获取对应点云集存入目标点云P和参考点云Q；

（2）分别计算P、Q点云的重心：

（3）利用点云P和点云Q构造协方差矩阵：

（4）求协方差矩阵来构造4×4对称矩阵X：

其中，I3是3×3单位矩阵，是矩阵的迹。

其中：

（7）点云精确配准结束。

配准点云导入GeomagicStudio求其边界差就可计算出边界包围面积，即可测量出磨损面积。

3 结论

本文提出通过共聚焦激光扫描显微镜获取刀具灰度图像，转化成点云矩阵，保留了刀具表面三维形貌特征，利用对新旧刀具的点云配准可测量磨损区域的面积。提出PCA-ICP的结合的配准方法，既利用PCA的计算快捷性，又发挥了ICP的精确性，实现了点云高效、高精度的配准。采用测量刀尖的磨损面积作为刀具磨损量评价指标有一定的实用价值。

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1671-0711（2016）10（下）-0053-02