基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控设备与方法

基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控设备与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟囱的监控设备与方法，特别是涉及到一种基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控设备与方法。
【背景技术】
[0002]21世纪以来，国内电力工业迅猛发展，除了最传统的火力发电之外，其他各种方式诸如核电、风电、太阳能发电在国难日如雨后春笋般发展起来，但是火力发电量依旧占总发电量的80 %以上，火力发电仍然以燃煤机组为主，煤炭燃烧后产生的大量硫氧化物若直接排放到大气中能够形成酸雨，对生态环境和人民的身体健康等造成重大的危害。
[0003]随着环境污染情况的日益严重，国家对于工业生产的环保要求正在不断提高，因此许多火电厂都增设了脱硫设备用于处理工业废气，而许多火电厂都采用石灰石一一石膏湿法脱硫技术(以下简称WFGD)来处理工业废气，目前这种技术已经非常成熟，该技术凭借运行稳定可靠，对于硫吸收剂的利用率很高，脱硫效率可达到95%，对煤种适应性强等优点，成为当今我国乃至国际燃煤电厂应用最为广泛的烟气脱硫技术。环境保护部在2013年第24号的公告中指出，截止2013年初全国已建成投运的燃煤脱硫机组共4659台，其中采用WFGD的燃煤脱硫机组为1861台，所占比例高达40 %左右。WFGD吸收塔主要有逆流喷淋塔、液柱塔、填料塔、文丘里、液膜接触和喷淋组合塔、喷射鼓泡反应器等，其中逆流喷淋塔为工程中最常用的吸收塔。但是原烟气经过WFGD后，进入烟囱的净烟气湿度增加、温度降低且含有C1-、F-、稀硫酸等，在烟囱内形成很强的腐蚀环境，对原烟囱产生严重的腐蚀危害。
[0004]传统的检测方式是请专业的工作人员通过登高作业到达烟囱顶端，然后利用吊绳或者升降机进入烟囱内部自上而下对烟囱内壁的腐蚀情况进视频拍摄，这种监控方式每次花费大概在5?8万，对于工业生产来说是个不小的负担，而且烟囱内部环境很差，对于进入内部的工作人员的身体健康有很大的危害，因此，在烟囱内壁腐蚀情况监控领域需要一种全新的智能的方法来取代传统方式。
[0005]多旋翼无人飞行器又称多轴飞行器，是一种结构简单的、能够垂直起降的、多旋翼式无人飞行器，凭借其可靠的稳定性，多旋翼无人飞行器经常被用于航拍，桥梁检测，定点巡航等场景。WiFi是当前非常流行的一种无线局域网技术，具有组网方便、易于扩展等特点，随着Wifi各项技术的日趋完善，它正被应用于越来越多的领域内，如室内定位、智能家居和视频监控等，尤其是在视频监控领域内，克服了传统的视频监控系统难以满足实时处理和稳定可靠的要求。

【发明内容】

[0006]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控设备与方法，将飞行器与无线视频传输结合起来，充分利用飞行器的稳定性以及无线视频传输的实时性，从而完成对烟囱内壁腐蚀情况的监控。
[0007]本发明是通过以下方案实现的:
一、一种基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控设备:
包括中继飞行器、视频拍摄飞行器和PC上位机；中继飞行器和视频拍摄飞行器均包括:多轴飞行器机架、飞行器云台机构、电调、超声波探测器、锂电池、飞行器飞行控制单元、PMU电源管理单元、气压计、陀螺仪以及PCMS收发模组及其配套遥控器，飞行器云台机构、电调、超声波探测器、锂电池、飞行器飞行控制单元、PMU电源管理单元、气压计、陀螺仪和PCMS收发模组均安装在多轴飞行器机架上；多轴飞行器机架旋翼的各个电机经电调连接飞行器飞行控制单元，四个用于探测飞行器与烟囱内壁之间距离的超声波探测器分别安装在多轴飞行器机架的四边侧面，超声波探测器用于探测飞行器与烟囱内壁之间距离，气压计用于检测飞行器距离地面高度，陀螺仪用于检测飞行器空中姿态角；飞行器飞行控制单元分别与气压计、陀螺仪、PCMS收发模组、飞行器云台机构和四个超声波探测器连接，锂电池经PMU电源管理单元与飞行器飞行控制单元连接供电；中继飞行器的多轴飞行器机架上还装有用于飞行控制视频拍摄飞行器的中继器，中继飞行器直接与地面的上位机和遥控器连接，视频拍摄飞行器经中继飞行器上的中继器连接地面的上位机和遥控器。
[0008]所述的中继飞行器和视频拍摄飞行器的飞行器云台机构均包括飞行器多轴云台、摄像机、图像发送模块和位于地面的图像接收模块，摄像机安装在飞行器多轴云台上，飞行器多轴云台固定在多轴飞行器机架上，飞行器多轴云台连接到飞行器飞行控制单元。
[0009]所述的中继飞行器中，遥控器向中继飞行器发出的飞行控制信号经PCMS收发模组发送到飞行器飞行控制单元，中继飞行器的飞行数据信号由飞行器飞行控制单元发出经PCMS收发模组和地面的无线接收模块发送上位机，摄像机的图像信号依次经图像发送模块和地面的图像接收模块发送到上位机。
[0010]所述的视频拍摄飞行器中，遥控器向视频拍摄飞行器发出的飞行控制信号依次经中继飞行器上的中继器、PCMS收发模组发送到飞行器飞行控制单元，视频拍摄飞行器的飞行数据信号由飞行器飞行控制单元发出依次经PCMS收发模组、中继器、地面的无线接收模块发送到上位机，摄像机的图像信号依次经图像发送模块、中继器和地面的图像接收模块发送到上位机。
[0011]所述的多轴飞行器机架包括螺旋桨、无刷电机、机臂、飞行器支架、上承载板和下承载板；多轴飞行器支架的各个机臂上均安装有无刷电机，无刷电机输出轴连接螺旋桨，飞行器支架中心装有分为上、下两层的上承载板和下承载板。
[0012]所述的飞行器飞行控制单元、PMU电源管理单元均安装于上承载板上，所述的超声波探测器、锂电池、PCMS收发模组、气压计和陀螺仪均安装在下承载板上，所述的飞行器云台机构与中继器均固定悬挂在下承载板底面。
[0013]二、一种基于飞行器的烟囱内壁腐蚀情况无线视频监控方法，包括如下步骤:
1)利用遥控器将所述中继飞行器飞至烟囱顶端中心的正上方，并将中继飞行器的飞行器飞行控制单元中的飞行模式切换为GPS模式，定点悬停；
2)利用遥控器控制所述视频拍摄飞行器先飞至烟囱顶端的上方，将视频拍摄飞行器的飞行控制信号、飞行数据与图像数据由PCMS收发模组直接传输连接遥控器和上位机，切换到由PCMS收发模组经飞行器装备的中继器连接遥控器和上位机；因为烟囱顶部的内部有钢套，会屏蔽或影响到飞行器的传输信号，由此通过中继器中转传输可实现在烟囱内视频拍摄飞行器的控制和传输；
3)将视频拍摄飞行器飞入烟囱，进行视频拍摄采集，利用无线传输经中继器将飞行数据和图像数据传送至位于烟囱外部地面的上位机，其中:飞行数据包括超声波探测器测量得到的视频拍摄飞行器与烟囱内壁之间的距离、气压计测量得到的视频拍摄飞行器距离地面的高度和陀螺仪测量得到的视频拍摄飞行器在空中的姿态角；图像数据为摄像机拍摄到的烟囱腐蚀内壁情况视频。
[0014]4)通过上位机接收到的数据得到视频拍摄飞行器在烟囱内部的位置对视频拍摄飞行器的飞行进行控制，完成烟囱内壁的拍摄。
[0015]5)待拍摄完成后，先利用遥控器控制视频拍摄飞行器从烟囱顶端飞出，烟降落到烟囱外部地面，再利用遥控器控制中继飞行器飞离烟囱顶端降落至烟囱外部地面。
[0016]步骤I)中，由于240m的烟囱有2m振幅，因此在中继飞行器飞至烟囱顶端的上方后，将中继飞行器的摄像机朝向烟囱顶端并锁定，根据摄像机拍摄得到图像处理获得中继飞行器与烟囱顶端中心的水平偏差值，然后输入姿态角发送到飞行器飞行控制单元，微调中继飞行器的位置，确保中继飞行器处于烟囱顶端中心的正上方并位置固定。
[0017]步骤3)和4)的视频拍摄过程中，控制视频拍摄飞行器的飞行器云台机构带动摄像头360°转动进行拍摄。
[0018]当步骤3)中通过超声波探测器获得的视频拍摄飞行器与烟囱内壁之间的距离在I米以内时，视频拍摄飞行器的飞行器飞行控制单元屏蔽遥控器信号，视频拍摄飞行器进入自动控制状态，飞行器飞行控制单元根据视频拍摄飞行器的当前位置控制回到烟囱中心，然后视频拍摄飞行器的飞行器飞行控制单元翟重新接收遥控器信号。
[0019]由此，可根据视频拍摄飞行器传输至上位机的视频检测烟囱内壁