一种复杂环境风机吊装距离监测与动态调整方法

1.本发明涉及一种复杂环境下的风机吊装过程的距离监测与动态调整方法，尤其是涉及运用无人机上的激光测距仪对风机吊装过程的距离监测与调整。


背景技术：

2.随着我国经济、科技的迅速发展，人民生活水平日益提高，我国已经跻身于世界制造大国行列，城乡建设和生产规模不断扩大，国民生产生活用电量迅速增加。风力发电因其具有绿色、低碳、无污染等优势在近年得到了迅速的发展，且我国是世界上风力资源占有率最高的国家，也是世界上最早利用风能的国家之一，据资料统计，我国10m高度层风能资源总量为3226gw，其中陆上可开采风能总量为253gw，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000gw。如果风力资源开发率达到60％，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。
3.在我们电建施工中，尤其是大型风力发电机组的吊装过程中，大件设备多，吊装作业十分频繁，近年来各类起重吊装事故频频发生，特别是在复杂的环境中，事故发生率较高，如何预防和控制起重风机吊装过程中事故的发生，将成为安全工作的重点和关键。
4.在复杂环境下的大型风机吊装过程中，由于被吊装物形状不规则(通常为大型风机叶片或大型风机塔筒)，而且作业空间十分有限，在操作工人存在视角盲区的情况下，很容易出现事故，即使在人为的帮助下也很难判断被吊装物距离障碍物的准确距离，一旦发生吊装事故，将会造成巨大的人身和财产危害。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种复杂环境风机吊装距离监测与动态调整方法，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种复杂环境风机吊装距离监测与动态调整方法，包括无人机、激光测距模块、图像采集模块和显示判断模块，所述的激光测距模块和图像采集模块均集成在无人机上，由无人机飞抵指定位置后对整个风机吊装过程进行距离监测及动态调整，所述的显示判断模块分别与无人机上集成的激光测距模块和图像采集模块连接。
7.所述的测距模块主要包括主控板、以及与主控板连接的测距传感器、预警器、供电电路和通信单元，所述通信单元与显示判断模块连接。
8.所述的通信单元为芯片。
9.所述的供电电路使用的电源为无人机上自身所带电源，不在外接其他电池作为电源以减轻无人机的载重量。
10.所述图像采集模块为无人机自带的无线摄像头，其集成在无人机的下部以便于采集吊装过程图像。
11.所述的测距模块主要使用无人机上集成的红外激光测距仪。
12.所述的测量设备为大疆h20t，该设备集成了2000万像素变焦相机、1200万像素广角相机、1200米激光测距仪、640
×
512热成像相机，可满足多种实际作业需求。其中，激光测距仪的测量范围为3～1200米，精度为
±
(0.2m+d
×
0.15％)(其中d表示与垂直反射面之间的距离)满足作业需求。
13.所述的无人机需要到达的位置分别为吊装风机的正上方、正下方两个位置，实现无人机对两物体间的距离计算，整个测量过程中无需移动无人机位置。
14.所述的测距模块使用集成方法安装在无人机上。
15.所述的图像采集模块使用集成方法安装在无人机上。
16.本发明实现了以下的技术效果：相对于现有的技术，本发明能够通过无人机上集成的红外激光测距仪和无线摄像头到达风机吊装过程上方的指定位置，以实时测量被吊装叶轮与风机塔筒之间的距离，并能够在危险发生前做出预判发出警告提醒操作人员，降低出现危险的可能性。同时运用了无人机技术，在整个风机吊装距离监测过程中不占用吊装空间和时间，对风机吊装过程无任何影响，且整套距离监测装置安装和拆卸方便，大大减少工作时间，降低了工作难度。
附图说明
17.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术工人来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
18.图1为本发明无人机测量待测物体的相对距离示意图。
19.图2为本发明无人机测量塔筒与叶轮相对距离三维示意图。
具体实施方式
20.下面结合本发明中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.本发明提供一种复杂环境风机吊装距离监测与动态调整方法，包括无人机、红外激光测距模块、图像采集模块和显示判断模块，所述的激光测距模块和图像采集模块均集成在无人机上，由无人机飞抵指定位置后对整个风机吊装过程进行距离监测及动态调整，所述的显示判断模块分别与无人机上集成的激光测距模块和图像采集模块连接，显示判断模块中所使用的计算模型设计使用的模型为随机生成，因此适用范围较广，如果对无人机的测量位置进行进一步限定，该模型所需数据还可简化，以减少数据测量时间。
23.参照图1，当无人机到达指定位置后采集计算所需要的数据，实现无人机对两物体间的距离计算，整个测量过程中无需移动无人机位置，共需要7个参数，分别是：h1无人机高度(单位：m)、j1无人机到叶轮的俯(仰)角(单位：
°
)、j2无人机到塔筒的俯(仰)角(单位：
°
)、
j3无人机到叶轮的偏航角(单位：
°
)、j4无人机到塔筒的偏航角(单位：
°
)、x1无人机到叶轮的距离(单位：m)、x2无人机到塔筒的距离(单位：m)。
24.参照图1，参考实地情况建立作业过程中无人机、塔筒、叶轮的相对位置模型，说明一个简单的计算实现步骤：
25.step1:输入实测参数：h1无人机高度(单位：m)、j1无人机到叶轮的俯(仰)角(单位：
°
)、j2无人机到塔筒的俯(仰)角(单位：
°
)、j3无人机到叶轮的偏航角(单位：
°
)、j4无人机到塔筒的偏航角(单位：
°
)、x1无人机到叶轮的距离(单位：m)、x2无人机到塔筒的距离(单位：m)。
26.step2：计算叶轮离地面高度，计算公式：h2＝h1-x1*cos(j1)；
27.step3：计算塔筒离地面高度，计算公式：h3＝h1-x2*cos(j2)；
28.step4：计算叶轮到无人机水平距离，计算公式：x3＝x1*sin(j1)；
29.step5：计算塔筒到无人机水平距离，计算公式：x4＝x2*sin(j2)；
30.step6：计算塔筒和无人机的投影夹角，计算公式：j5＝j4-j3；
31.step7：计算投影夹角余弦值，计算公式a＝cos(j5)，角度大于180为负值；
32.step8：用余弦公式；投影边长，计算公式：x5＝sqrt(x3^2+x4^2-2*x3*x4*a)；
33.step9：计算塔筒和叶轮的高差，计算公式：x6＝h3-h2；
34.step10：计算叶轮与塔筒的距离，计算公式；x7＝sqrt(x5^2+x6^2),到此计算结束，输出需要的叶轮与塔筒之间的相对距离。
35.通过无人机h20t上的激光测距仪可以得到无人机与其他物体间的相对位置；通过相机配备的三轴云台可以得到各类俯(仰)角、偏航角数据；通过无人机自带的气压高度计可得到当前无人机高度数据。
36.参照图2示例，采集到所需的相应参数后对应输入到计算程序之中(即显示判断模块中)，相应得到所需的吊装过程实时叶轮高度、塔筒高度和塔筒与叶轮之间的实时距离，对整个风机吊装过程实现了距离监测。
37.参照图1，当显示判断模块通过计算得到的塔筒与叶轮之间的距离偏离预先设定的阈值时，就会对操作人员发出提示警告。当叶轮与塔筒之间的距离过小时，发出警告可以避免塔筒与叶轮在吊装过程中发生碰撞，造成人员伤亡和财产损失。
38.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。