浅谈无人机技术在火电厂煤场监控中的应用

中铝宁夏能源集团有限公司 欧朝阳

浅谈无人机技术在火电厂煤场监控中的应用

中铝宁夏能源集团有限公司 欧朝阳

无人机早已进入我们的生活，在各个行业有着成功的应用。例如，亚马逊和京东商城已尝试采用无人机送货，为用户带来了更加便捷的用户体验；利用无人机进行地理环境勘察和地形测绘，可为救灾和人道主义援助提供有力支持；更有一些航空爱好者，利用无人机拍摄航拍照片。而在火电厂的输煤现场，大量用于发电的煤炭露天放置，极易自燃，给发电企业带来经济损失和安全生产威胁。本文拟探析无人机技术在煤场监控中的应用前景。

无人机；煤场

1 前言

按照系统组成和飞行特点，无人机可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机两大类种类。固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，类型较多，能同时搭载多种遥感传感器。起飞方式有滑行、弹射、车载、火箭助推和飞机投放等；降落方式有滑行、伞降和撞网等。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，比较适合矿山资源监测、林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及水利、电力等领域的应用。无人驾驶直升机的技术优势是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过无线电遥控或通过机载计算机实现程控。但无人驾驶直升机的结构相对来说比较复杂，操控难度也较大，所以种类有限，主要应用于突发事件的调查，如单体滑坡勘查、火山环境的监测等领域。本文采用四旋翼型无人机，搭载红外热像仪，并利用无线数据传输技术，将实时的煤场温度情况，传输至控制管理中心。

2 系统工作机制

本文拟采用大华公司生产的远距离热像仪，并将其安装在四旋翼无人机上，由专门人员进行飞行操作，在煤场上空逐区域进行扫描，并通过无线数据通信接口，将煤堆的热成像图像回传至控制管理中心，控制中心的管理人员根据得到的热成像，判断是否有自燃点或者有极大自燃隐患的区域，若有自燃点，通知煤场的斗轮机司机，将已自燃的煤炭立即通过皮带送入锅炉，若有自燃隐患的区域，则通知现场的工作人员，开启煤场喷淋系统，对有自燃隐患的区域实施喷水降温。在现场，每隔一定时间便启用一次无人机进行全煤场范围的扫描。可有效预防煤堆自燃。

3 无人机与红外热像仪

本文所采用的无人机具有丰富的外挂点，可将热成像仪挂载于无人机下方。红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统（目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统）接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。四旋翼飞行器是一种小型的轻旋翼飞行器，其布局形式新颖，结构紧凑。四旋翼飞行器主要是通过改变4个电机的转速来调节螺旋桨转速，由旋翼升力的变化实现对飞行器的控制。四旋翼飞行器由于能够垂直起降，自由悬停，且机身轻便易操控，可适应于各种速度及各种飞行剖面航路的飞行状况，这些优势决定了它是一种军民两用的高科技设备。从当前国内外的诸多领域可以了解到，四旋翼无人飞行器能够在军用和民用领域完成各种复杂，危险的任务，实践价值较高。

4 无线通信数据链

无线通信技术迅猛发展，zigbee、GPRS、微波传输等技术均可实现远距离无线通信，因本系统需要传输视频图像，故采用基于2.4GHz的微波传输技术，可实现500米范围内的视频信号可靠传输。在本系统中，无人机操作人员持手持式视频查看终端，控制管理中心设置监控平台，二者均可接收到实时视频图像。并在控制管理中心设置有硬盘录像机，可将视频信号长时间存储，积累历史数据。

在输煤现场中，一般有大量无线通信设备，这些设备对本系统的正常运行具有一定干扰作用，故本文所采用的2.4GHz通信终端具备自适应和自跳频功能，若检测到当前信道通信质量较低时，可及时跳转信道，具备一定的抗干扰能力。

5 智能预判模块

在控制管理中心，设置上位机控制终端，该终端基于PC104技术设计，采用图像识别技术，可自动识别具有自燃隐患的区域，免除操作人员的人为判断。其内嵌了基于opencv的图像识别算法，可任意设定检测区域，机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

6 喷淋联动系统

传统的喷淋系统一般由人工控制，工作人员按照喷淋排班表，定时喷淋，智能化程度低，而且因为人工操纵的局限性，往往不能有效的实现高危区域的识别和定向喷淋，最终导致喷淋系统用水量增大，不能做到水资源的有效利用。而本文采用基于无人机技术的热像仪系统，可根据识别出的高危区，控制喷淋系统，实现定向喷淋，真正做到水资源的高效利用。由于热成像系统和喷淋系统实现了联动，可大大减少人工消耗。喷淋系统和无人机热成像系统也采用无线方式实现互联，可免去大量的电缆铺设工作，大大减少电缆消耗，节约了成本。

7 结束语

总而言之，无人机技术的蓬勃发展对传统的输煤现场控制工艺提出了新的解决思路和途径，依照建设原则建立一套合理、完善的无人机煤场监测系统，可提高安全隐患的识别率，并可实现喷淋系统的针对性喷淋，大大提高生产效率。同时，在煤场大范围内的无线视频信号的传输，采取了有效的抗干扰措施。希望此次理论研究可以起到抛砖引玉的作用。

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