[发明专利]一种基于标定板位姿计算的风机塔筒基础环振动监测方法

说明书

本发明属于风力发电机的监测领域，具体涉及一种基于标定板位姿计算的风机塔筒基础环振动监测方法，将计算机视觉所用的标定板固定在风机塔筒基础环内壁上，使所述标定板成为所述风机塔筒基础环姿态变化的视觉监测标志；通过实时计算所述标定板的位姿来实现所述风机塔筒基础环振动监测。具体使用一个或多个单目相机对固定于风机塔筒基础环内壁的相同数量的对应标定板进行实时成像和识别，计算出风机塔筒基础环在相机坐标系下的“标定板位移”、“塔筒倾斜角”和“塔筒倾斜方位角”三项监测指标，并根据预设的指标阈值检查这些指标是否异常。本发明使用的设备制造组装成本低、安装部署便捷，且监测精度高，可24小时持续地对塔筒基础环进行振动监测。

技术领域

本发明属于风力发电机的监测领域，具体涉及一种基于标定板位姿计算的风机塔筒基础环振动监测方法。

背景技术

当前风机塔筒基础环倾斜度检测需要施工人员携带专业的光学水准仪、三脚架和塔尺等工具设备，在塔筒底部进行8-16次的光学描点测量，在此过程中需一人将塔尺移动到特定位置，另一人通过瞄准镜读塔尺的刻度并进行记录，这种测量方法单人无法完成。塔筒底部环境复杂，铁质支撑架、电缆线随处可见，因此测量现场不便于完成计算工作。测量完毕之后，测量人员需返回办公场地，在电脑上通过数学模型计算，才能得到最终的检测结果。尤为重要的是，在风机运转过程中，塔基内部不宜有人员作业，否则容易造成安全事故。因此该方法不安全、成本高、效率低，而且记录数据时易产生人为误差。

风机的运行依赖于气候的变化，短时间内的检测结果并不能全面反映风机塔筒全天候的运行工况。因此需要应用可24小时工作的自动监测设备，才能有效捕捉塔筒姿态变化的长周期动态信息，并在出现异常情况下可以及时报警，从而实现对塔筒姿态监测的无人值守。目前业界通常使用的是塔筒倾角传感器设备，这种设备成本较高，安装复杂，尚没有在风电行业中广泛推广。另外，现有提出过使用全景摄像头捕捉标识点的方法，利用视觉测量的方式来实现监测，但从测量精度上尚不能和使用角度传感器的方法匹敌，装配和安装过程也比较复杂。所以需提出更加简便和精确的监测方法，并显著降低设备的成本，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于标定板位姿计算的风机塔筒基础环振动监测方法。

本发明的技术方案如下：一种基于标定板位姿计算的风机塔筒基础环振动监测方法，将计算机视觉所用的标定板固定在风机塔筒基础环内壁上，使所述标定板成为所述风机塔筒基础环姿态变化的视觉监测标志；通过实时计算所述标定板的位姿来实现所述风机塔筒基础环振动监测。

即将一个标定板固定在塔筒基础环内壁上，则它的位姿即随风机塔筒基础环位姿而变化；将一个单目相机固定在塔筒地面中心附近，连续拍摄所述标定板，则可连续监测风机塔筒基础环的位姿变化，监测过程包括以下步骤：

S1、相机镜头标定和标定板初始姿态确定。在监测初始时，利用所述单目相机拍摄所述标定板，根据所采集的标定板图像对所述单目相机进行标定，得到所述单目相机的内外部参数和镜头畸变参数，并计算得到所述标定板在相机坐标系下的初始姿态。

S2、实时标定板姿态估计。在监测过程中，利用所述单目相机拍摄当前时刻的所述标定板的当前图像，并计算出所述标定板在相机坐标系下的当前姿态。

S3、估计标定板姿态变化。基于最小二乘法估计所述标定板在相机坐标系下从所述初始位姿到所述实时姿态的刚体变换，得到所述标定板的姿态变化量。

S4、计算塔筒倾斜变化参数。根据所述姿态变化量，计算出塔筒基础环在相机坐标系下的“标定板位移”、“塔筒倾斜角”和“塔筒倾斜方位角”三项监测指标。

S5、塔筒倾斜报警。根据“标定板位移”、“塔筒倾斜角”和“塔筒倾斜方位角”三项监测指标和预先设定的指标报警阈值，在连续监测中识别异常值进行报警。