一种基于无人机的电厂煤场温度监控系统及方法与流程

1.本发明属于燃煤管理领域，涉及一种基于无人机的电厂煤场温度监控系统及方法。


背景技术：

2.对燃煤开展存储管理是火电厂用煤过程中不可忽视的重要环节。其中，加强对煤场的温度监控，以防止煤堆自燃是煤场管理过程中所面临的的首要问题。在实际生产中，相关从业人员多采用人工手持测温杆直接对煤堆内部温度进行测量，通过增加测点来感知整个煤堆的温度分布情况，从而排查出祸源区。
3.然而，这种方法不仅工作量巨大，受到人为因素影响导致测温范围较小，效率低，而且无法满足对煤场温度实时监控的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于无人机的电厂煤场温度监控系统及方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明第一方面，一种基于无人机的电厂煤场温度监控系统，包括地面站系统、无人机系统、环境数据采集系统以及数据处理系统；无人机系统包括无人机、定位系统、红外测温仪以及摄像机，定位系统、红外测温仪以及摄像机均搭载在无人机上，地面站系统与无人机的控制系统连接，定位系统、红外测温仪、环境数据采集系统以及摄像机均与数据处理系统连接；
7.地面站系统用于获取无人机的预设飞行路线，并发送至无人机的控制系统；
8.无人机的控制系统用于根据无人机的预设飞行路线，控制无人机按照无人机的预设飞行路线飞行；
9.定位系统用于获取无人机的实时位置信息，并发送至数据处理系统；
10.红外测温仪用于采集电厂煤场的表面温度信息，并发送至数据处理系统；
11.摄像机用于采集电厂煤场的图像信息，并发送至数据处理系统；
12.环境数据采集系统用于采集电厂煤场的环境数据，并发送至数据处理系统；
13.数据处理系统用于根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形，并根据煤堆三维图形以及无人机的实时位置信息得到电厂煤场的煤堆体积；以及根据电厂煤场的煤堆体积、电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据。
14.可选的，所述电厂煤场的环境数据包括风速、风向、降雨量、空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度以及大气压力。
15.可选的，还包括红外测温仪云台和摄像机云台，红外测温仪和摄像机分别通过红外测温仪云台和摄像机云台搭载在无人机上。
16.可选的，所述定位系统、红外测温仪以及摄像机均与地面站系统连接；
17.定位系统还用于发送无人机的实时位置信息至地面站系统；
18.地面站系统还用于获取预设图像采集位置信息以及预设温度采集位置信息，根据预设图像采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成拍摄控制信息并发送至摄像机；根据预设温度采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成温度采集控制信息并发送至红外测温仪；
19.摄像机用于根据拍摄控制信息，采集电厂煤场的图像信息；
20.红外测温仪用于根据温度采集控制信息，采集电厂煤场的表面温度信息。
21.可选的，所述数据处理系统以及定位系统均与地面站系统连接；
22.定位系统还用于发送无人机的实时位置信息至地面站系统；
23.无人机的控制系统还用于获取无人机的实时姿态信息，并发送至地面站系统；
24.数据处理系统还用于发送煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据至地面站系统；
25.地面站系统还用于根据无人机的实时姿态信息以及无人机的实时位置信息，生成无人机的状态监控信息并进行可视化处理；以及将煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据并进行可视化处理。
26.可选的，所述定位系统为gps定位系统和/或北斗定位系统。
27.可选的，所述无人机为四旋翼无人机，所述摄像机为4k高清摄像机。
28.本发明第二方面，一种基于上述煤场温度监控的基于无人机的电厂煤场温度监控方法，包括以下步骤：
29.通过地面站系统获取无人机的预设飞行路线，并发送至无人机的控制系统；
30.无人机的控制系统根据无人机的预设飞行路线，控制无人机按照无人机的预设飞行路线飞行；
31.在无人机的飞行过程中，通过定位系统获取无人机的实时位置信息，通过摄像机采集电厂煤场的图像信息，通过红外测温仪采集电厂煤场的表面温度信息；并将无人机的实时位置信息、电厂煤场的图像信息以及电厂煤场的表面温度信息发送至数据处理系统；
32.数据处理系统根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形，并根据煤堆三维图形以及无人机的实时位置信息得到电厂煤场的煤堆体积；以及根据电厂煤场的煤堆体积、电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据。
33.可选的，所述通过摄像机采集电厂煤场的图像信息的具体方法为：通过定位系统发送无人机的实时位置信息至地面站系统；通过地面站系统获取预设图像采集位置信息，并根据预设图像采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成拍摄控制信息并发送至摄像机；根据拍摄控制信息，通过摄像机采集电厂煤场的图像信息；
34.所述通过红外测温仪采集电厂煤场的表面温度信息的具体方法为：通过定位系统发送无人机的实时位置信息至地面站系统；通过地面站系统获取预设温度采集位置信息，并根据预设温度采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成温度采集控制信息并发送至红外测温仪；根据温度采集控制信息，通过红外测温仪采集电厂煤场的图像信息。
35.可选的，所述根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形的具体方法为：
36.根据电厂煤场的图像信息，通过sift算法提取电厂煤场的煤堆特征信息；并根据电厂煤场的煤堆特征信息，采用增量式sfm算法，进行电厂煤场的煤堆三维模型的稀疏重建，得到稀疏煤堆三维模型；并根据电厂煤场的煤堆特征信息以及稀疏煤堆三维模型，采用基于深度图融合的mvs算法，进行电厂煤场的煤堆三维模型的稠密重建，得到电厂煤场的煤堆三维图形。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38.本发明基于无人机的电厂煤场温度监控系统，通过无人机搭载的摄像机来获取电厂煤场的图像信息，通过定位系统获取无人机的实时位置信息，基于电厂煤场的图像信息，重构电厂煤场的煤堆三维模型，进而借助无人机的实时位置信息，根据煤堆三维图形得到电厂煤场的煤堆体积，实现对煤堆体积的精确、快速获取，然后借助电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据，实现煤场温度监控。相较于现有人工测温杆的测温方法，极大地节省了人力，提高了对煤堆温度的测量精度，实现了对煤场温度的实时监控。
附图说明
39.图1为本发明的基于无人机的电厂煤场温度监控系统结构示意图。
具体实施方式
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
43.参见图1，本发明一实施例中，提供一种基于无人机的电厂煤场温度监控系统，包括地面站系统、无人机系统、环境数据采集系统以及数据处理系统；无人机系统包括无人机、定位系统、红外测温仪以及摄像机，定位系统、红外测温仪以及摄像机均搭载在无人机上，地面站系统与无人机的控制系统连接，定位系统、红外测温仪、环境数据采集系统以及摄像机均与数据处理系统连接。
44.其中，地面站系统用于获取无人机的预设飞行路线，并发送至无人机的控制系统；无人机的控制系统用于根据无人机的预设飞行路线，控制无人机按照无人机的预设飞行路线飞行；定位系统用于获取无人机的实时位置信息，并发送至数据处理系统；红外测温仪用
于采集电厂煤场的表面温度信息，并发送至数据处理系统；摄像机用于采集电厂煤场的图像信息，并发送至数据处理系统；环境数据采集系统用于采集电厂煤场的环境数据，并发送至数据处理系统；数据处理系统用于根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形，并根据煤堆三维图形以及无人机的实时位置信息得到电厂煤场的煤堆体积；以及根据电厂煤场的煤堆体积、电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据。
45.具体的，地面站系统可以通过手动飞行控制以及规划自动飞行路线，得到无人机的预设飞行路线，地面站系统和数据处理系统可以设置在同一本地服务器中。
46.本发明基于无人机的电厂煤场温度监控系统，通过无人机搭载的摄像机来获取电厂煤场的图像信息，通过定位系统获取无人机的实时位置信息，基于电厂煤场的图像信息，重构电厂煤场的煤堆三维模型，进而借助无人机的实时位置信息，根据煤堆三维图形得到电厂煤场的煤堆体积，实现对煤堆体积的精确、快速获取，然后借助电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据，实现煤场温度监控。相较于现有人工测温杆的测温方法，极大地节省了人力，提高了对煤堆温度的测量精度，实现了对煤场温度的实时监控。
47.在一种可能的实施方式中，所述电厂煤场的环境数据包括风速、风向、降雨量、空气温度、空气湿度、光照强度、土壤温度、土壤湿度以及大气压力。
48.在一种可能的实施方式中，还包括红外测温仪云台和摄像机云台，红外测温仪和摄像机分别通过红外测温仪云台和摄像机云台搭载在无人机上。通过云台用来减小由于无人机的飞行姿态变化，对摄像机和红外测温仪采集角度的影响。
49.在一种可能的实施方式中定位系统为gps定位系统和/或北斗定位系统。
50.在一种可能的实施方式中，所述定位系统、红外测温仪以及摄像机均与地面站系统连接；定位系统还用于发送无人机的实时位置信息至地面站系统；地面站系统还用于获取预设图像采集位置信息以及预设温度采集位置信息，根据预设图像采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成拍摄控制信息并发送至摄像机；根据预设温度采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成温度采集控制信息并发送至红外测温仪；摄像机用于根据拍摄控制信息，采集电厂煤场的图像信息；红外测温仪用于根据温度采集控制信息，采集电厂煤场的表面温度信息。
51.其中，预设图像采集位置信息以及预设温度采集位置信息可根据专家人员的历史经验设置。通过在图像采集位置处进行图像采集，在预设温度采集位置处进行表面温度采集，有效降低无用图像信息和表面温度信息的采集，提升采集效率。
52.在一种可能的实施方式中，所述无人机为四旋翼无人机，所述摄像机为4k高清摄像机。
53.在一种可能的实施方式中，所述数据处理系统以及定位系统均与地面站系统连接；定位系统还用于发送无人机的实时位置信息至地面站系统；无人机的控制系统还用于获取无人机的实时姿态信息，并发送至地面站系统；数据处理系统还用于发送煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据至地面站系统；地面站系统还用于根据无人机的实时姿态信息以及无人机的实时位置信息，生成无人机的状态监控信息并进行可视化处理；以及将煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据并进行可视化处理。其中，可视化处理可以是图像显示的形式。
54.本发明再一实施例中，提供一种基于无人机的电厂煤场温度监控方法，该基于无人机的电厂煤场温度监控方法可以基于上述的基于无人机的电厂煤场温度监控系统实现，具体的，包括以下步骤：通过地面站系统获取无人机的预设飞行路线，并发送至无人机的控制系统；无人机的控制系统根据无人机的预设飞行路线，控制无人机按照无人机的预设飞行路线飞行；在无人机的飞行过程中，通过定位系统获取无人机的实时位置信息，通过摄像机采集电厂煤场的图像信息，通过红外测温仪采集电厂煤场的表面温度信息；并将无人机的实时位置信息、电厂煤场的图像信息以及电厂煤场的表面温度信息发送至数据处理系统；数据处理系统根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形，并根据煤堆三维图形以及无人机的实时位置信息得到电厂煤场的煤堆体积；以及根据电厂煤场的煤堆体积、电厂煤场的表面温度信息以及电厂煤场的环境数据，通过有限元计算方法，得到煤堆电厂煤场的煤堆温度分布数据。
55.在一种可能的实施方式中，所述通过摄像机采集电厂煤场的图像信息的具体方法为：通过定位系统发送无人机的实时位置信息至地面站系统；通过地面站系统获取预设图像采集位置信息，并根据预设图像采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成拍摄控制信息并发送至摄像机；根据拍摄控制信息，通过摄像机采集电厂煤场的图像信息。
56.在一种可能的实施方式中，所述通过红外测温仪采集电厂煤场的表面温度信息的具体方法为：通过定位系统发送无人机的实时位置信息至地面站系统；通过地面站系统获取预设温度采集位置信息，并根据预设温度采集位置信息以及无人机的实时位置信息，生成温度采集控制信息并发送至红外测温仪；根据温度采集控制信息，通过红外测温仪采集电厂煤场的图像信息。
57.在一种可能的实施方式中，所述根据电厂煤场的图像信息，构建电厂煤场的煤堆三维图形的具体方法为：根据电厂煤场的图像信息，通过sift算法(scale invariant feature transform，尺度不变特征变换匹配算法)提取电厂煤场的煤堆特征信息；并根据电厂煤场的煤堆特征信息，采用增量式sfm算法(structure-from-motion，运动恢复结构算法)，进行电厂煤场的煤堆三维模型的稀疏重建，得到稀疏煤堆三维模型；并根据电厂煤场的煤堆特征信息以及稀疏煤堆三维模型，采用基于深度图融合的mvs(multi view system，从多视图的密集重建)算法，进行电厂煤场的煤堆三维模型的稠密重建，得到电厂煤场的煤堆三维图形。
58.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。