无人机与新能源行业

无人机与新能源行业一、无人机概述1、无人机发展简史

1917年，“斯佩里空中鱼雷号”第一次世界大战进入尾声时，动力飞行还完全是一个新生的事物。那是个重大发明辈出的年代。1917年，皮特·库柏和埃尔默·A·斯佩里发明了第一台自动陀螺稳定器，这种装置能够使得飞机能够保持平衡向前的飞行，无人飞行器自此诞生。这项技术成果将美国海军寇蒂斯N-9型教练机成功改造为首架无线电控制的不载人飞行器。“斯佩里空中鱼雷”搭载300磅(约136千克)的炸弹飞行80千米，但它从未参与实战。1933年，英国研制出了第一架可复用无人驾驶飞行器——“蜂王”。使用3架经修复的“小仙后”双翼机进行试验，从海船上对其进行无线电遥控，其中2架失事，但第三架试飞成功，使英国成为第一个研制并试飞成功无线电遥控靶机的国家。斯佩里空中鱼雷号蜂后二战期间，美国海军首先将无人机作为空面武器使用。1944年，美国海军为了对德国潜艇基地进行打击，使用了由B-17轰炸机改装的遥控舰载机。美国特里达因•瑞安公司生产的“火蜂”系列无人机是当时设计独一无二、产量最大的无人机。1948-1995年，该系列无人机产生多种变型：无人靶机（亚音速和超音速），无人侦察机，无人电子对抗机，无人攻击机，多用途无人机等。美国空军、陆军和海军多年来一直在使用以BQM-34А“火蜂”靶机为原型研制的多型无人机。美国“火蜂”无人机上世纪70-90年代及其以后，以色列军事专家、科学家和设计师对无人驾驶技术装备的发展做出了突出贡献，并使以色列在世界无人驾驶系统的研制和作战使用领域占有重要地位。以色列“侦察兵”无人机

全世界都在造无人机！80—90年代，除了美国和以色列外，其他国家的许多飞机制造公司也在从事无人机的研制与生产。西方国家中在无人机研制与生产领域占据领先位置的是美国。今天，美军有用于各指挥层次––从高级司令部到营、连长的全系列无人侦察机。许多无人机可以携带制导武器（炸弹、导弹）、目标指示和火力校射装置。最著名的是“捕食者”可复用无人机，世界上最大的无人机––“全球鹰”，“影子-200”低空无人机，“扫描鹰”小型无人机，“火力侦察兵”无人直升机。美国“全球鹰”无人机美国“捕食者”无人机美国“影子200”无人机美国“扫描鹰”无人机美国“火力侦察兵”无人直升机中国“翼龙”无人机中国“翔龙”无人机中国“暗箭”无人机中国“彩虹5”无人机课外：《战狼2》大家都去看了吗？

回忆下《战狼2》里的无人机用途是什么？《战狼2》人脸识别无人机“大出风头”从空中武器的“展示”来看，影片中最精彩的就是雇佣兵利用基于人脸识别的无人机手控追踪、射击影片主角一行，并一度给他们造成了很多麻烦。《战狼2》中人脸识别无人机表现不俗,在电影中，雇佣军使用无人机潜入工厂，利用图像采集和传输获取了工厂里的实时情况。在接下来的战斗中，无人机还能搜寻目标、连续扫射，甚至携带了小型火箭弹，虽然它们的出现只是为了增强影片的视觉效果及精彩程度，但这也代表了无人机的未来趋势。二、无人机应用领域无人飞行器的应用非常广泛，可以用于军事，也可以用于民用和科学研究。在民用领域，无人飞行器已经和即将使用的领域多达40多个，例如影视航拍、农业植保、海上监视与救援、环境保护、电力巡检、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象探测、交通监管、地图测绘、国土监察等。光伏板巡检风机叶片巡检三、无人机定义与分类1、无人机定义无人驾驶航空器（UA：UnmannedAircraft），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，也称遥控驾驶航空器（RPA：RemotelyPilotedAircraft），简称无人机。2、无人机系统定义无人机系统（UAS：UnmannedAircraftSystem），也称无人驾驶航空器系统（RPAS：RemotelyPilotedAircraftSystems），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统。

3、无人机系统驾驶员的定义无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制的人。无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。4、无人机分类无人飞行器的种类繁多，主要包括飞艇、固定翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机、变翼无人机、旋翼式无人机等。飞艇固定翼无人机伞翼无人机扑翼无人机变翼无人机旋翼式无人机直升机旋翼式无人机多旋翼四、多旋翼无人机概述与构造多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是直升机的一种，它通常有3个以上的旋翼。飞行器的机动性通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现。相比传统的单水平旋翼直升机，它构造精简，易于维护，操作简便，稳定性高且携带方便。常见的多旋翼飞行器，如：四旋翼，六旋翼和八旋翼，被广泛用于安全监控、电力巡检等领域。六轴多旋翼八轴多旋翼多旋翼飞行器主要由机架、电机、电调和桨叶组成，为了满足实际飞行需要，一般还需要配备动力源、遥控器及飞行辅助控制系统。机架机架是指多旋翼飞行器的机身架，是整个飞行系统的飞行载体。一般使用高强度重量轻的材料，例如碳纤维、PA66+30GF等材料。风火轮F550(PA66+30GF)筋斗云S1000(碳纤维)电机电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。在整个飞行系统中，起到提供动力的作用。电调

电调全称电子调速器，英文electronicspeedcontroller,简称ESC。在整个飞行系统中，电调主要提供驱动电机的指令，来控制电机，完成规定的速度和动作等。桨叶

桨叶是通过自身旋转，将电机转动功率转化为动力的装置。在整个飞行系统中，桨叶主要起到提供飞行所需的动能。按材质一般可分为尼龙桨，碳纤维桨和木桨等。尼龙桨碳纤维桨木桨动力源电池是将化学能转化成电能的装置。在整个飞行系统中，电池作为能源储备，为整个动力系统和其他电子设备提供电力来源。目前在多旋翼飞行器上，一般采用普通锂电池或者智能锂电池等。普通锂电池智能锂电池遥控系统遥控系统由遥控器和接收机组成，是整个飞行系统的无线控制终端。遥控器接收机飞行控制系统飞行控制系统集成了高精度的感应器元件，主要由陀螺仪（飞行姿态感知），加速计，角速度计，气压计，GPS及指南针模块（可选配），以及控制电路等部件组成。通过高效的控制算法内核，能够精准地感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。根据机型的不一样，可以有不同类型的飞行辅助控制系统，有支持固定翼、多旋翼及直升机的飞行控制系统。A2多旋翼飞控NAZA多旋翼飞控ACEONE多旋翼飞控NAZA-H多旋翼飞控五、多旋翼无人机与新能源行业2001年开始国网公司开始应用直升机进行电力巡线。2012年国家能源局颁布了《DLT288-2012架空输电线路直升机巡视技术导则》。2013年3月，国家电网公司出台《国家电网公司输电线路直升机、无人机和人工协同巡检模式试点工作方案》，明确要求在2015年建立直升机、无人机和人工巡检相互协同的新型巡检模式。2014年6月，中国电力企业联合会标准化中心对外发布名为《架空输电线路无人机巡检作业技术导则》的电力行业标准草案，公开征求意见。利用无人机进行巡检，能达到人工不方便到达的高度和肉眼难以企及的精度，巡检速度大大提升。以先进的技术在第一时间发现并准确定位问题，高效率作业提高巡检频次，把故障扼杀在摇篮里。随着风力发电机组布局面越来越广，这种无人机智能巡检方式的优势将愈发明显。一、我们来看看无人机巡检能在风电行业中做到哪些事情？风力发电机组中一个非常关键的部件——叶片，它的气动效率决定了风力发电机组利用风能的能力。这就要求叶片的性能不但要有最佳的机械性能和疲劳强度，还要具有耐腐蚀、紫外线照射和防雷击等特性。叶片高速转动时不可避免会与空气中的沙尘、颗粒产生摩擦和撞击，导致叶片前缘磨碎，前缘粘合会因此开裂。另外，随着风机运行年限的增加，叶片表面胶衣磨损、脱落后会出现砂眼和裂纹。砂眼会造成叶片阻力增加影响发电量，一旦变成通腔砂眼后会有积水造成防雷指数降低。

截止2018年底，全国有超过12万套叶片装机运行。叶片作为风电机组唯一的风轮捕捉部件，叶片的健康状态直接影响到风电机组的安全有效运行和风电场的发电经济效益。叶片的运行维护对于叶片是否能在20年的生命周期内持续保持健康状态至关重要，运行维修的首要工作则是对装机运行叶片健康状态进行及时、高效、准确的检测和评估，即采取各种方式的叶片巡检。

传统的叶片巡检方式有地面望远镜、高空小吊篮、蜘蛛人等，但是以上叶片巡检的方法均存在许多共性的问题和不足，比如巡检效率低、照片质量差、巡检盲区、劳动强度高、安全风险高等，导致无法及时准确的对叶片状态进行检查确认，更无法及时针对叶片的健康状态制定维护及预防措施，最终导致因叶片运行故障引发极大的维修、维护、更换成本。1、无人机自动巡检系统

无人机自动巡检系统工作的基本原理是无人机平台携带图像采集设备按照机载控制系统固化的飞行路线自动对风电叶片进行近距离追踪检查，实现对叶片外部状态进行全方位、无盲区、高质量的图像采集。无人机自动巡检系统的核心技术包括自动飞行技术、机器视觉技术、图像识别技术等。

无人机自动巡检系统工作原理图2、系统构成简介

无人机自动巡检系统主要包括无人机自动巡检硬件系统和无人机数据管理系统。无人机自动巡检硬件系统的作用是执行无人机自动巡检操作过程，完成巡检对象叶片外部图像采集。

数据管理系统的作用是存储和管理无人机自动巡检硬件系统采集到的巡检照片，并对巡检照片进行管理、损伤的测量和标记、以及自动生成巡检报告。并且，根据无人机数据管理系统长期发展的目标，最终该套数据管理系统能够完成对巡检照片进行深层次的处理和开发，实现基于巡检照片的叶片缺陷自动识别和损伤预测的功能。3、自动巡检和传统无人机巡检的不同

自动巡检无人机系统和传统无人机进行叶片巡检的方式存在巨大的差异，主要表现在无人机进行叶片巡检的操控难度，巡检效率、图像质量、安全性等方面。

传统无人机进行叶片巡检时存在诸多方面明显的不足。1、传统无人机进行叶片巡检完全依靠地面人工遥控控制，但是，地面操作人员几乎无法准确判断无人机在80米以上高空中飞行的轨迹以及无人机与叶片之间的准确位置，无人机飞行的可控性较差。可控性差的问题又直接导致传统手动无人机叶片巡检的效率极低，相机无法精确聚焦和拍照，拍照质量较差、照片质量不稳定、拍照范围存在盲区等一系列问题。2、传统无人机进行叶片巡检严重依赖无人机操控人员的经验和无人机操控水平，对作业人员的素质要求较高。由于作业人员行为的不确定性，造成无人机叶片巡检的质量、效率、安全性很难得到保障。

无人机自动巡检系统借助无人机自动飞行技术、机器视觉技术彻底摆脱对操作人员的依赖，有效的解决了以上传统无人机进行叶片巡检的各类问题，实现无人机对叶片高效、全面、高质量、安全的巡检。

4、无人机自动巡检系统特点1）、自动巡检2）、无盲区3）、高成像质量4）、高效5）、适用性强6）、安全性7）、低成本由于光伏发电行业的特殊性，光伏发电站往往地点偏远，设备众多，且分布范围区域广阔。一旦发生设备故障或污损，将造成直接财产损失以及安全隐患，现有的人力巡检方法存在效率低、错误率高、巡检时间场等诸多问题。通过使用带红外成像的无人机，方便快捷的进行光伏组件航拍检查、升压站设备航拍检查等各类巡检任务，并提供清晰可靠的视频和照片数据，用于后续数据处理和故障分析。二、我们再来看看无人机巡检能在光伏行业中做到哪些事情？通过DJIGo视角看风机无人机红外热斑检测主要采用热成像的原理，红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。在正常情况下，各电池片的温度分布均匀，热图像色彩也分布均匀，如果存在组件中有个别电池片温度出现异常过高，则会显示出色彩差距，就说明电池片出现问题，已经由正常状态变为负载消耗电能，影响整个组件的转换效率。1、天气：高清图像的必要条件天气是影响无人机飞行质量的重要因素，其中高辐照度是获得高清图像的必要条件，随着阳光辐射的强度不同，热斑效应也随之明显，早上、中午和下午的温度差异会比较大。对光伏组件进行巡检的最好时间是在晴朗的天气，比如春节、夏季和早秋，这些季节的辐照相对来说较强，组件的温度相对较高些，那么热斑的现象就容易表现。2、制定无人机飞行航线光伏电站在制定巡检计划时，首先要进行巡检前期的准备工作，工作人员应参照现有资料进行现场勘察，确定所要巡检的光伏电站的大小，结合红外热像仪的拍摄视角及分辨率来确定无人机的飞行高度和红外热像仪单次拍摄红外图像区域的大小，从而规划、计算并制定无人机的飞行路线及悬停拍照位置.目前光伏电站的巡检路线通常为“S”型和“Z”型，但是实际情况需要根据电站的具体特点分析，依据阵列及地形分布特点有针对性的规划实施。3、设置好无人机拍摄的相关参数飞行高度和摄像头视角决定了摄像头工作的视场，影响太阳电池板的成像分辨率和电池板的视场覆盖面积，决定了巡检工作的效率和质量。飞行高度增高、倾斜视场角增大可提高视场覆盖的太阳电池板行数，但会降低对太阳电池板的成像分辨率和故障判别质量。在太阳电池板正上方飞行成像分辨率高，可直接确定故障点的GPS坐标且定位精度高，便于后续自动识别定位处理，但巡检作业效率较低，适合高精度精细巡检作业。光伏组件巡检如何用好无人机？六、无人机在新能源行业其他应用1、无人机在场地规划中的应用1）、摄影测量系统：为用户提供一种简单的获取高精度地形数据的解决方案，利用获得地形数据对风机进行空间布置规划，达到合理布局，优选工程造价。2）、优化进场道路：采用无人机快速获取区域地形及实时地质情况，有利于施工及精准工程费用。2、无人机在设备安装过程中监理工作1）、人员作业监理。2）、安装过程监理。1、无人机在场地规划中的应用1）、摄影测量系统：为用户提供一种简单的获取高精度地形数据的解决方案，利用获得地形数据对风机进行空间布置规划，达到合理布局，优选工程造价。2）、优化进场道路：采用无人机快速获取区域地形及实时地质情况，有利于施工及精准工程费用。2、无人机在设备安装过程中监理工作1）、人员作业监理。2）、安装过程监理。七、无人机在新能源行业未来展望

1、智能化飞行，可利用5G和北斗卫星导航实现无人机远程控制，无人机可被理解为飞行的智能手机，类似于智能手机的发展，无人机续航时间较短等问题未来肯定是可以解决的；