浅析特种设备无人机检测系统的设计与应用

工业与信息化

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浅析特种设备无人机检测系统的设计与应用

孙大超

沈阳特种设备检测研究院 辽宁 沈阳 110035

摘 要 针对过去以人工为主的特种设备检测劳动强度大、检测效率低等问题，提出一种将无人机和红外热成像结合

到一起的新检测系统，并对其该系统的设计和施工进行深入分析，通过实践，验证了该检测系统的可行性与有效性。

关键词 特种设备检测；无人机；红外热成像

特种设备在工业生产等领域中的应用越来越多，特种设备

由于输送特殊介质或作业条件复杂，容易产生损坏，而且一旦

损坏，没有及时得到修复，将产生安全隐患。然而，特种设备

的检测在过去一直采用人工进行，劳动强度大，效率低下，无

法满足特种设备应用及发展需要。而无人机技术的出现和应用

为特种设备检测提供了新的技术支撑，能在保证检测结果准确

性的同时，加快检测效率。

1  基于红外热成像的特种设备无人机检测方法

对起重机和压力管道及容器进行日常巡查或试验检测时，

经常需要进行登高作业或进行长距离检查，这不仅增大了相关

人员作业强度，而且对提高检测工作效率也提出了很大的挑

战。无人机可实现长距离飞行，具有可搭载设备、可悬停和操

作简便等优势特点，伴随无人机使用日益普及，近几年我国很

多特种设备检测机构都在不断加强对这项技术的研发和应用，

并将相关成果引入到很多特种设备检测实际工作当中，取得了

良好的成效

[1]

。

对于红外热成像，它是一种常用无损检测方法，由于为非

接触式，所以不仅具有很高的灵敏度，而且应用范围广泛，对

图像的显示比较直观。该技术和光学摄影机十分相近，都是以

热释电效应为依据采用非制冷探测器对目标表面存在的红外辐

射进行接收，然后对不可见热图像予以动态成像。在实际工作

中，对准待检测设备的成像仪，在对辐射图进行连续观察的基

础上，可对可疑的部位进行拍摄，再通过汇总给出判断。如果

设备中存在破损，则破损部位的温度将急剧上升，使成像显示

出明显的异常。该技术有着很快的诊断速度，可以实现所见即

所得目标，正常情况下的分辨率能达到0.1℃，而且不会受到光

源强度的干扰与影响，在夜间也可以进行操作。基于此，在无

人机上搭载这种设备能实现对特种设备的检测，从而彻底取代

传统的人工检测，从根本上解决上述实际问题。

2  系统设计与应用

2.1 系统设计

无人机类型的选择应根据其所搭载的设备确定，如前所

述，红外设备为无人机主要搭载的设备，在此基础上还搭载可

见光相机。根据以上搭载的设备，可采用四旋翼无人机。在飞

行器的底部可以设计一个便于相机云台更换操作的简易结构，

使红外相机和可见光相机在飞行中能够轻松地进行交替使用。

在无人机飞行时，采用红外相机能对常规JPEG格式的图像进行

拍摄，并能录制相应的数字视频，对静止图像进行记录。从温

度识别方面讲，可以对检测范围内温度达到最高的点进行自动

追踪和捕获，并能确定温度的平均值，以及最高点和最低点的

实际温度数值

[2]

。

飞行控制系统为专门在工业应用领域使用的可编程式飞行

控制系统，能支持至少20种不同的接口。在无人机中，还搭载

很多传感器，如陀螺仪、加速度计和GPS等。采用以SoC为基

90科学与信息化2020年6月上

础的实操系统，在芯片中对ARM与FPGA予以集成，在实现自

动控制和人机交互基础上，提供硬件加速功能，并减少功耗。

无人机飞行控制平台是将开源飞行控制系统作为基础开发而成

的，对于开源飞行控制系统，它主要由HAL与高级层两部分构

成。其中，高级层主要对输入数据进行处理，并对任务实际执

行进行调度。而HAL主要功能在于底层硬件驱动，对硬件存储

器当中的各类数据进行访问。采用这种架构，能进行跨平台的

应用开发。无人机的地面控制站主要是以windows系统为基础

开发的，系统的调试软件为mission planner。图像传输系统以

HACK LINK数字链路技术为核心，能对720p高清视频信号进行传

输，并能对飞行数据进行实时交互、对遥控器数据进行转发，采

用手机或平板电脑等终端就可以对高清视频进行观看及控制

[3]

。

2.2 系统应用

按照以上设计方案制成检测系统后，将其用于敷设在工业

园区室外的热力管道检测工作中，完成了连续26min的远距离图

像传输，并借助红外热成像实现了定点温度测量，满足现场宏

观检测要求与红外检测要求，可发现管道中保温层实际破坏情

况。当无人机搭载的是可见光相机时，通过十倍变焦能对远距

离或超远距离的热力管道实施稳定且连续的观测，则在近距离

可以对十分微小的目标予以放大观测。而当无人机搭载的是红外

相机时，能对拍摄区中的热力管道实施动态分析和连续观测，给

出温度测量图谱，进而准确地对被测目标进行分析。在分析报告

当中，主要包含以下四项内容：其一，平均温度；其二，最高点

温度；其三，最低点温度；其四，任意点的温度。对于管道具体

位置，可以根据报告提供的经纬度和高度来确定

[4]

。

3  结束语

综上所述，以红外热成像为关键技术提出无人机检测技

术，通过对这一技术的实际应用，能检测并判断出被检测设备

是否正常，进而有效解决以往由人员进行检测时部分位置无法

到达的问题。另外，通过对热成像的实时采集开展图谱分析，

以此为检验人员给出准确且科学的结果提供参考依据。在实际

应用过程中发现的各类问题，都可以为今后的深入研究及发展

提供方向，比如在无人机远距离飞行过程中有效作业人员行走

方向的问题，以及如何将红外成像和可见光成像结合到一起，

形成一个画面，进一步提高检验过程及结果的清晰度。

参考文献

[1] 陈亮.物联网技术在特种设备检验检测系统中的应用[J].内燃机

与配件,2018,10(6):173-174.

[2] 陈嘉辉.涡流检测技术在承压特种设备检测中的应用研究[J].特

种设备安全技术,2017,11(6):51-53.

[3] 江爱红.质量管理系统在特种设备检验检测中的应用及分析[J].

中国设备工程,2017,10(20):66-67.

[4] 金樟民,方学宠,邵定进.特种设备现场检验信息化建设研究[J].中

国管理信息化,2017,20(10):65.