本發(fā)明涉及風(fēng)電機(jī)組葉片監(jiān)測，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電是具有大規(guī)模開發(fā)前景的清潔能源之一，在當(dāng)今社會(huì)有著重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2、葉片是風(fēng)電機(jī)組的一個(gè)關(guān)鍵部件，其能否穩(wěn)定工作將直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的工況。風(fēng)電機(jī)組的工作環(huán)境直接決定葉片需要長時(shí)間暴露在風(fēng)場惡劣的野外環(huán)境中，而且葉片在整機(jī)部件中是首先受到交變載荷的部件。

3、近年來，由于膠衣老化破損引起的葉片橫向裂紋、縱向裂紋的現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，而且裂紋長度一般在一米以上。這些裂紋會(huì)引起葉片異響、哨聲等現(xiàn)象，更嚴(yán)重的是會(huì)使葉片的載荷不均，給葉片主軸和軸承造成額外的軸向載荷，加速此類機(jī)械部件的磨損。如何對動(dòng)態(tài)風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的高精度監(jiān)測，這個(gè)問題至關(guān)重要。

4、現(xiàn)有技術(shù)主要通過分析葉片表面的圖像來獲取應(yīng)力應(yīng)變信息，這種方法對于表面可見的應(yīng)力應(yīng)變情況可以提供一定的幫助，但其存在如下局限（1）-（5）。

5、（1）受限于視覺信息：無法獲取葉片內(nèi)部或隱蔽部位的應(yīng)力應(yīng)變信息。

6、（2）靈敏度有限：容易受到圖像質(zhì)量、光照條件和攝像機(jī)分辨率等因素的影響，這些因素可能會(huì)限制算法的靈敏度和準(zhǔn)確性，尤其在惡劣的環(huán)境條件下，如強(qiáng)風(fēng)、雨雪等。

7、（3）建模和算法復(fù)雜性：需要進(jìn)行葉片的建模和圖像處理算法的開發(fā)，這涉及到復(fù)雜的圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，需要大量的時(shí)間和資源來進(jìn)行模型訓(xùn)練、算法優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整。

8、（4）實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)：實(shí)時(shí)性是風(fēng)電機(jī)組葉片監(jiān)測的重要需求之一，然而，現(xiàn)有方法在實(shí)時(shí)性方面可能面臨挑戰(zhàn)，特別是在大規(guī)模風(fēng)電場中，需要同時(shí)監(jiān)測多個(gè)葉片。此外，算法的可擴(kuò)展性也是一個(gè)問題，需要考慮如何有效地?cái)U(kuò)展到多個(gè)風(fēng)電機(jī)組和更大范圍的監(jiān)測。

9、（5）風(fēng)電機(jī)組葉片采集問題：風(fēng)電機(jī)組的葉片通常在很高的位置，常規(guī)的應(yīng)力檢測，需要工作人員攀爬很高的位置進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集以及用肉眼進(jìn)行判斷。

10、還值得一提的是，目前海上、陸上大型風(fēng)電機(jī)組的葉片長度可達(dá)200米，對復(fù)合材料葉片檢測的各種無損檢測技術(shù)（聲發(fā)射、紅外、光纖光柵、超聲波、導(dǎo)波、熱成像、太赫茲成像、力學(xué)、電磁和振動(dòng)無損檢測技術(shù)）中，尚無可以在風(fēng)電機(jī)組不停機(jī)、不停產(chǎn)、正常發(fā)電運(yùn)行、葉片高速旋轉(zhuǎn)的情況下，對風(fēng)電機(jī)組葉片表面腐蝕、裂紋等缺陷的非接觸式、遠(yuǎn)程監(jiān)測、檢測手段。

11、因此，如何解決現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法的監(jiān)測精度易受環(huán)境影響，且實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性不高，耗時(shí)長的問題，是風(fēng)電機(jī)組葉片監(jiān)測領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法及裝置，用以克服現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法的監(jiān)測精度易受環(huán)境影響，且實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性不高，耗時(shí)長的問題的缺陷，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組葉片的應(yīng)力應(yīng)變情況的高精度監(jiān)測，為風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)評估提供更可靠的數(shù)據(jù)。

2、一方面，本發(fā)明提供一種基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法，包括：利用車載安全監(jiān)測系統(tǒng)中的移動(dòng)攝像機(jī)，獲取目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)電機(jī)組葉片圖像；提取所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征；根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，通過視覺引導(dǎo)的方式對所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行定位補(bǔ)償，得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像；根據(jù)隨機(jī)抽樣一致性算法，對所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行監(jiān)測，得到風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果。

3、進(jìn)一步地，所述提取所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，包括：對所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像進(jìn)行邊緣檢測，得到風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的葉片邊緣；基于所述葉片邊緣，使用顏色濾波器選擇出風(fēng)電機(jī)組葉片的顏色范圍，將所述風(fēng)電機(jī)組葉片與圖像背景分離，得到所述風(fēng)電機(jī)組葉片的初始輪廓特征；對所述初始輪廓特征執(zhí)行形態(tài)學(xué)操作，得到風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征。

4、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，通過視覺引導(dǎo)的方式對所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行定位補(bǔ)償，包括：根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，分析來自兩個(gè)風(fēng)電機(jī)組葉片和最上面一個(gè)風(fēng)電機(jī)組葉片的組合峰值信號，以識(shí)別所有風(fēng)電機(jī)組葉片的位置；其中，所述組合峰值信號表征風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中葉片邊緣的強(qiáng)度變化；根據(jù)所有風(fēng)電機(jī)組葉片的位置，確定其中一組風(fēng)電機(jī)組葉片的垂直軸表示；通過分析風(fēng)電機(jī)組葉片的垂直軸表示，計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的姿態(tài)，所述姿態(tài)包括側(cè)傾角、俯仰角和偏航角；根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組的姿態(tài)，調(diào)整所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像，以補(bǔ)償風(fēng)電機(jī)組姿態(tài)變化帶來的視覺偏差，得到所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像。

5、進(jìn)一步地，所述根據(jù)隨機(jī)抽樣一致性算法，對所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行監(jiān)測，包括：根據(jù)所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的關(guān)鍵葉片特征，擬合得到風(fēng)電機(jī)組葉片特征模型；基于所述風(fēng)電機(jī)組葉片特征模型，對所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行監(jiān)測，得到所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果；其中，所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果包括監(jiān)測位置及其對應(yīng)的應(yīng)力值和應(yīng)力值。

6、進(jìn)一步地，所述車載安全監(jiān)測系統(tǒng)包括第一層、第二層和第三層；其中，所述第一層布置有磁性傳感器，用于監(jiān)測底板的缺陷與腐蝕；所述第二層安裝有控制單元，用于協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，包括數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸；所述第三層安裝有移動(dòng)攝像頭，用于捕獲目標(biāo)區(qū)域內(nèi)風(fēng)電機(jī)組葉片的風(fēng)電機(jī)組葉片圖像；

7、所述車載安全監(jiān)測系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，以靠近風(fēng)電機(jī)組的不同位置。

8、進(jìn)一步地，所述車輪包括主動(dòng)輪，所述主動(dòng)輪安裝有與所述控制單元連接的脈沖傳感器；其中，所述主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，所述脈沖傳感器相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號；相應(yīng)的，所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法還包括：獲取所述脈沖傳感器產(chǎn)生的脈沖信號數(shù)量；根據(jù)所述脈沖信號數(shù)量，計(jì)算所監(jiān)測到的腐蝕位置和/或斷裂位置與起始點(diǎn)的距離，以實(shí)現(xiàn)腐蝕位置和/或斷裂位置的定位。

9、進(jìn)一步地，還包括：根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，評估所述風(fēng)電機(jī)組葉片的結(jié)構(gòu)完整性；和/或，根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，預(yù)測所述風(fēng)電機(jī)組葉片的剩余使用壽命；和/或，根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，確定維護(hù)與檢修決策；和/或，根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，對所述風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行安全評估。

10、第二方面，本發(fā)明還提供一種基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測裝置，包括：風(fēng)電機(jī)組葉片圖像獲取模塊，用于利用車載安全監(jiān)測系統(tǒng)中的移動(dòng)攝像機(jī)，獲取目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)電機(jī)組葉片圖像；風(fēng)電機(jī)組葉片輪廓特征提取模塊，用于提取所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征；風(fēng)電機(jī)組葉片定位補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，通過視覺引導(dǎo)的方式對所述風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行定位補(bǔ)償，得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像；風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測模塊，用于根據(jù)隨機(jī)抽樣一致性算法，對所述目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行監(jiān)測，得到風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果。

11、第三方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述的基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法。

12、第四方面，本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述的基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法。

13、本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測方法，通過利用車載安全監(jiān)測系統(tǒng)中的移動(dòng)攝像機(jī)，獲取目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)電機(jī)組葉片圖像，并提取風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，進(jìn)而根據(jù)風(fēng)電機(jī)組葉片的輪廓特征，通過視覺引導(dǎo)的方式對風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行定位補(bǔ)償，得到目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像，從而，根據(jù)隨機(jī)抽樣一致性算法，對目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組葉片圖像中的風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行監(jiān)測，得到風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果。該方法通過視覺引導(dǎo)的方式對風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行定位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組葉片的精準(zhǔn)定位，進(jìn)一步地，通過使用隨機(jī)抽樣一致性技術(shù)來識(shí)別腐蝕和斷裂等風(fēng)電機(jī)組缺陷，以獲取得到更高準(zhǔn)確度的風(fēng)電機(jī)組葉片應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組葉片的應(yīng)力應(yīng)變情況的高精度監(jiān)測，為風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)評估提供更可靠的數(shù)據(jù)。