專利名稱：風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于風力發(fā)電機設備與監(jiān)控技術(shù)領域，主要涉及風力發(fā)電機艙的室內(nèi)環(huán)境 目標的檢測以及風力電廠的整體檢測和應急處理，具體是一種風力電廠和風電機艙的智能 分析監(jiān)控裝置和方法。
背景技術(shù)：
風力發(fā)電技術(shù)是我國經(jīng)濟發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略布局。建廠多選擇在風力資源豐富 的海邊、廣袤無垠的沙漠和起伏連綿的大山中。在我國以低碳經(jīng)濟為發(fā)展目標的進程中，風 力發(fā)電機組的數(shù)量越來越多，安裝的區(qū)域也大多處于偏僻的地域。不僅風力電廠占地面積 大，即使對一部高達60多米的風機機艙內(nèi)進行設備的維護、檢修也是不易的，因此，對于風 力電廠的檢測、維護、監(jiān)測以及應急處理均是目前國家電網(wǎng)建設中所面臨的一個緊迫問題， 也是所有風力電廠急需要解決的技術(shù)問題。風力發(fā)電機艙的環(huán)境狹小，空間有限。同時，由于風力發(fā)電機本身在運行時所產(chǎn)生 的高溫和漏油，非常容易造成實際運營中的安全隱患甚至是火災等安全事故。雖然在機組的安裝中，可以安裝圖像監(jiān)控等設備，也可以安裝溫度和煙霧的傳感 器，但是這些傳統(tǒng)的監(jiān)控和消防系統(tǒng)首先要將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)回到遠方的監(jiān)控中心，在經(jīng) 過相關人員和系統(tǒng)的分析和判斷后，才能啟動相關的緊急預案和應急措施。這樣的處理過 程時間長，過程繁瑣。特別是針對偏遠地區(qū)的機組，一旦發(fā)生險情，往往由于處理過程時間 長而延誤了時間，造成巨大的損失。傳統(tǒng)的以溫度、煙霧傳感器為主的監(jiān)控系統(tǒng)無法將現(xiàn)場的圖像數(shù)據(jù)傳送回監(jiān)控中 心，無法讓監(jiān)控人員對異常情況進行分析和判別。在惡劣的工作環(huán)境下，誤報率較高。目前， 在我國戈壁灘數(shù)百公里范圍內(nèi)所安裝的數(shù)千臺風力機組，根本無法實現(xiàn)讓檢修人員及時趕 到現(xiàn)場進行維護。一旦火災等事故發(fā)生，只能讓設備完全燒毀，使價值2000萬的風塔完全 報廢。同時，在惡劣的環(huán)境下，某些風塔也還會斷折等損壞情況，從而使設備完全報廢。本發(fā)明申請人對國內(nèi)外專利文獻和公開發(fā)表的期刊論文檢索，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明 密切相關和一樣的報道或文獻。本發(fā)明項目組還在互聯(lián)網(wǎng)上就本主題，在國內(nèi)外專利文獻和公開發(fā)表的期刊論文 檢索，也未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明密切相關和一樣的報道或文獻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前風力電廠尚不具有有效的監(jiān)控裝置以及可靠的自動化 程度高的監(jiān)控方法，以傳感器采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)回到遠方的監(jiān)控中心，在經(jīng)過相關人員和 系統(tǒng)的分析和判斷后，才能啟動相關的緊急預案和應急措施，處理過程時間長，過程繁瑣， 貽誤防患的最佳時機等問題。提供一種可以在風電機艙內(nèi)直接安裝，在整個風力電廠分布 性安裝，各監(jiān)控點相聯(lián)成網(wǎng)，能夠?qū)︼L電機艙維護和運營進行即時自動監(jiān)控和緊急應急處 理，不需要大量人力維護資源，對風電機艙環(huán)境監(jiān)測精度高，同時對風力電廠進行監(jiān)控的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置和方法。下面對本發(fā)明進行詳細說明本發(fā)明是一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置和方法，作為風力電廠和 風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置包括有采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和預警系統(tǒng)，其特征在于 使用風力電廠和風電機艙用智能相機安裝于風電機艙內(nèi)和風電機艙外，風力電廠和風電機 艙用智能相機之間聯(lián)網(wǎng)形成風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡；風力電廠和 風電機艙用智能相機的基本構(gòu)成包括有數(shù)據(jù)處理單元以及連接在數(shù)據(jù)處理單元上的CCD 采集單元、小型數(shù)據(jù)庫、USB接口、鏈接有無線和有線通信接口，風力電廠和風電機艙的安全 預案和應急措施的聯(lián)動系統(tǒng)即工作軟件安裝于數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)，所述風力電廠和風電機艙 的智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元是基于嵌入式DSP和FPGA的數(shù)據(jù)處理單元，所述CCD采集單 元為多光譜圖像采集單元，其中的采集鏡頭為多光譜采集鏡頭，CCD采集單元中還包括基于 FPGA的圖像處理單元；圖像處理單元與數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)處理單元對采集的圖 像數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理和分析，得出異?；驁缶畔ⅲ凰鰺o線和有線接口包括3G和GPRS通 信接口，INTERNET接口 ；數(shù)據(jù)處理單元的輸出信號通過無線通信接口傳遞異?；驁缶畔?到遠端監(jiān)控中心和距離現(xiàn)場的維護或救援人員或相關責任人員的手機上。在充分利用自然能，大力發(fā)展風力發(fā)電的當今，隨之也有許多的問題需要解決，對 高達60多米的機艙內(nèi)進行設備的維護、檢修就是目前國家電網(wǎng)建設中所面臨的一個緊迫 問題，風力發(fā)電機組的數(shù)量越來越多，安裝的區(qū)域也大多處于偏僻的地域，對所有的設備進 行檢測和應急處理，也是必須配套解決的問題。本發(fā)明首先發(fā)明了一種風力電廠和風電機艙用智能相機，本說明書中還簡稱智能 相機或相機。在每一個風塔上安裝有一個或數(shù)個智能相機，對機艙內(nèi)的環(huán)境進行實時處理 和分析，分類出當前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃度、設備運行溫度，不需要將原始采集的 圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心。所有的數(shù)據(jù)處理和分析工作直接在風電現(xiàn)場和風電機艙 內(nèi)安裝的智能相機中直接完成。本發(fā)明直接將風力電廠和風電機艙用智能相機安裝于風力機艙內(nèi)，該相機的多個 CCD采集單元對周圍的檢測的進行不間斷的數(shù)據(jù)采集；利用嵌入式計算機DSP或FPGA和圖 像視覺分析技術(shù)，將風力發(fā)電現(xiàn)場和風力機艙中的場景目標進行定位并識別場景內(nèi)出現(xiàn)的 目標信息和所發(fā)生的安全事件。風力電廠和風電機艙用智能相機在完成數(shù)據(jù)分析和處理結(jié) 果后，直接將報警信息和監(jiān)控中心的安全預案進行聯(lián)動，同時，直接將報警信息發(fā)送到負責 風電機艙維護的工作人員的手機上。本發(fā)明不依賴于其他的傳感器組或其他的火災、煙霧 監(jiān)測設備，在風電機艙內(nèi)直接安裝，可以監(jiān)測到每一個風塔，任一個風塔中出現(xiàn)問題，就可 以直接進行報警。本發(fā)明在第一時間進行異常情況的分析，并實時通知距離最近的維護和檢修人 員，提早對惡性事件采取應急措施。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于安裝在風電機艙外部的風力電廠和風電機艙用智能相機與 安裝于風電機艙內(nèi)的風力電廠和風電機艙用智能相機聯(lián)網(wǎng)組建成內(nèi)部和外部同時監(jiān)控的 智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個相機相互協(xié)調(diào)，組成具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。風力電廠在大面積范圍內(nèi)安裝一個個的風塔，每一個風塔上安裝著各自的風電電 機和風機葉片，風塔的間距約為500米，若靠人工檢測，除非使用直升機循環(huán)監(jiān)視，也只能5是遠距離觀測，成本大且不精確。本發(fā)明的風力電廠和風電機艙用智能相機分布性安裝于 整個風力電廠，形成對整個風力電廠的宏觀監(jiān)測，聯(lián)網(wǎng)后構(gòu)成對整個風力電廠的有效監(jiān)控。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于CCD多光譜采集鏡頭，或為可見光鏡頭，或為紅外光鏡頭， 或為近紅外鏡頭。本實用新型針對主要發(fā)生的不安全問題或容易引起的故障，比如有些部件長期運 轉(zhuǎn)，或損耗，或老化而引起的發(fā)熱，進而會導致著火，小火如果得不到抑制和滅火，延及到周 圍將會造成大的損失，本發(fā)明理清能夠形成不安全的所有成因，利用CCD采集單元針對性 地選用不同的采集鏡頭進行實時圖像與數(shù)據(jù)采集，對于室外安裝的智能相機，使用可見光 鏡片的采集鏡頭，主要針對葉片的形狀、速度和夾角、風塔的位置和傾斜度變化進行檢測， 對于艙內(nèi)安裝的智能相機，使用紅外光或近紅外鏡片的采集鏡頭，主要針對煙霧、火焰、溫 度、漏油進行檢測。這樣處理，可以監(jiān)測所有可能發(fā)熱而著火環(huán)節(jié)以及損壞或故障的環(huán)節(jié)， 不同的光譜鏡頭以適應采集不同的檢測目標，實現(xiàn)全方位的檢測，將防患于未然落實到監(jiān) 測點，有效地保證了整體的可靠性。本發(fā)明的智能數(shù)據(jù)處理單元中放置有小型的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的信息可以通過網(wǎng) 絡由遠端的監(jiān)控中心進行修改。這也是傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置所不具備的，現(xiàn)場的小型數(shù)據(jù)庫存 放可以實施動態(tài)更新的信息，包括維修人員的位置信息和應急救援物資的信息。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于安裝于外部的風力電廠和風電機艙用智能相機對安裝點附 近的風塔進行實時采集，具體是針對每一個風塔上葉片的夾角、速度和葉片弧度狀態(tài)進行 采集，并對風塔的傾斜角度進行采集。從而及時發(fā)現(xiàn)風塔傾斜角度的異常，提前進行報警并 采取應急措施。本發(fā)明還是一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于風力電 廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法是采用圖像處理方法，基于風力電廠和風電機艙用智能 相機及其聯(lián)網(wǎng)形成聯(lián)動方式，分析出目前每一風電機艙和整個風力電廠總存在的異常情 況，將所識別的火災類型、漏油類型、漏油設備、溫度異常參數(shù)、溫度異常的設備的信息經(jīng)過 智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元進行分類和處理，結(jié)果通過無線接口發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心， 進行預警或報警。該風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法運作的程序有一 .首先，設計與制備風力電廠和風電機艙的智能相機；二 .在風電機艙內(nèi)安裝該智能相機，將相機固定在風電機艙的內(nèi)壁上，將數(shù)據(jù)采 集點固定于發(fā)電機組的外壁、以圖像數(shù)據(jù)的方式采集溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)、以此監(jiān)控 艙內(nèi)環(huán)境的異常情況；三.在風電機艙外安裝智能相機，將相機固定在風塔的外壁上，以圖像數(shù)據(jù)的方 式采集相鄰風塔的溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)和葉片的速度、弧度和夾角參數(shù)，并對風塔的 傾斜角度進行采集，以此監(jiān)控各個風塔的異常情況；四.風力電廠和風電機艙的智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實現(xiàn)安裝 在風電機艙內(nèi)部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時， 實現(xiàn)風塔外部安裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)；形成風力電廠和風電機艙的分 析監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡；五.監(jiān)控中心在收到風電機艙的異常信息后，立刻啟動已經(jīng)制定好的安全預案，通知相關領導和責任人，啟動安全預案中所制定的應急措施。本發(fā)明可以在數(shù)百公里的范圍內(nèi)對數(shù)千臺風塔進行全面的監(jiān)控。利用智能相機， 可以在第一時間內(nèi)聯(lián)系距離最近的維修人員，克服傳統(tǒng)以傳感器為數(shù)據(jù)采集方式的監(jiān)控系 統(tǒng)的缺陷和不足。使得風力發(fā)電現(xiàn)場范圍大、不易監(jiān)控的技術(shù)難題得以解決。在這一前提下，就可以充分利用風力發(fā)電機艙內(nèi)數(shù)量有限的消防設備或儲備有限 的應急物資將火災等事件即時撲滅，避免事態(tài)的進一步擴大。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于在程序步驟三.中，通過智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元對當 前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃度、設備運行溫度進行分類，分類成不同的安全等級，具體 包括(1)安全未發(fā)現(xiàn)異常；(2)預警識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的10-20% ；(3)危險識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的20-30% ；(4)緊急識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的40%以上。這些取值經(jīng)過大量的現(xiàn)場分析和維護人員的經(jīng)驗獲得。能夠及時的發(fā)現(xiàn)并啟動安 全事件的先兆。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于預警信息的格式和數(shù)據(jù)類型包括(1)安全類型安全、預警、危險、緊急；(2)異常設備編號和類型；(3)異常參數(shù)的具體數(shù)值；(4)安全事件現(xiàn)場定位參數(shù)和風電機艙標號；(5)啟動應急措施編號；(6)啟動安全預案編號；(7)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。本發(fā)明的這些設計可以讓現(xiàn)場的維護人員和施救人員在第一時間掌握應急救援 的資源，提高了應急救援的效率，使得安全事件的檢測更加準確和精確。本發(fā)明的實現(xiàn)還在于在嵌入式智能相機里面放置有小型的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的 信息可以通過網(wǎng)絡由遠端的監(jiān)控中心進行修改，該小型數(shù)據(jù)庫的信息至少包括以下字段(1)維護和救援人員個人信息和聯(lián)系方法；(2)風電機艙內(nèi)的設備類型和設備數(shù)量；(3)風電機艙的消防單元的種類和數(shù)量；(4)應急預案和應急措施的編號；(5)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。
本發(fā)明的這些設計可以直接使救援人員直接定位事故點，對事故類型提前預知并 提前準備。 本發(fā)明的實現(xiàn)還在于由多個安裝于風電機艙內(nèi)外的智能相機組成相互聯(lián)系的系 統(tǒng)和網(wǎng)絡，組建成內(nèi)部和外部同時監(jiān)控的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個相機相互協(xié)調(diào)，組成 具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。即風力電廠和風電機艙用智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信 接口，實現(xiàn)安裝在風電機艙內(nèi)部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián) 網(wǎng)，同時，實現(xiàn)風塔外部安裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)。每一個相機都是網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，都可以直接和監(jiān)控中心聯(lián)系，都可以向維護和檢修人員發(fā)送數(shù)據(jù)。建立網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是目前風力電廠監(jiān)控的一個趨勢，特別適合于我國風力建設的具體 情況，隨著我國3G網(wǎng)絡的不斷建設和完善，監(jiān)控系統(tǒng)的功能也將進一步的拓展。由于本發(fā)明綜合考慮了風力電廠布局大，每個風塔的運轉(zhuǎn)以及風電機艙具體構(gòu)成 情況，針對形成不安全因素的具體情況，采用多光譜波段的圖像處理技術(shù)，針對風電機艙 內(nèi)當前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃度、設備運行溫度，進行圖像采集；利用嵌入式計算機 DSP/FPGA和圖像視覺分析技術(shù)，將風力發(fā)電現(xiàn)場和風力機艙中的場景目標進行定位并識別 場景內(nèi)出現(xiàn)的目標信息和所發(fā)生的安全事件進行比較和分析。與多光譜波段的圖像處理 技術(shù)結(jié)合，對機艙內(nèi)的環(huán)境進行實時處理和分析，分類出當前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃 度、設備運行溫度等信息的超標量值，甄別后作為預警信號發(fā)送，不需要將原始采集的圖像 數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心。所有的數(shù)據(jù)處理和分析工作直接在風電現(xiàn)場和風電機艙內(nèi)安 裝的智能相機中直接完成。并將分析結(jié)果直接發(fā)送到遠端監(jiān)控中心和距離現(xiàn)場最近的維護 或救援人員或相關責任人員的手機上。本發(fā)明不依賴于后臺監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄退俾实南拗疲?特別適合于安裝在偏遠地區(qū)的風力發(fā)電機組上。因此，本發(fā)明彌補了我國目前風力機組在 運營和維護中的人力資源嚴重不足的問題。同時，本發(fā)明也不依賴于其他的傳感器組或其 他的火災、煙霧監(jiān)測設備，可以在風電機艙內(nèi)直接安裝和整個電廠分布性安裝，現(xiàn)場采集與 監(jiān)測報警一并處理。提高了風電機艙環(huán)境監(jiān)測的精度，實現(xiàn)了風電機艙維護和運營的自動 監(jiān)控和緊急應急處理功能。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)以傳感器為數(shù)據(jù)采集方式的監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷 和不足，使得風力發(fā)電現(xiàn)場范圍大、不易監(jiān)控的技術(shù)難題得以解決。


圖1是本發(fā)明中風力電廠和風電機艙用智能相機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明基于智能相機的自組織風力電廠監(jiān)控網(wǎng)示意圖；圖3是本發(fā)明的基于智能相機的自組織風塔發(fā)電機艙監(jiān)控網(wǎng)絡圖；圖4是本發(fā)明的基于智能相機的艙內(nèi)外監(jiān)控組網(wǎng)方式；圖5是本發(fā)明的技術(shù)方案實現(xiàn)的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步詳細說明實施例1 本發(fā)明是一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置，本發(fā)明的基 礎和根本是首先發(fā)明了一種風力電廠和風電機艙用智能相機，該智能相機有CCD采集單 元、有數(shù)據(jù)處理單元和無線和有線通信接口，見圖1，在數(shù)據(jù)處理單元上連接有CXD采集單 元、連接有小型數(shù)據(jù)庫、連接有USB接口、鏈接有無線和有線通信接口，工作軟件安裝于數(shù) 據(jù)處理單元內(nèi)，以上構(gòu)成風力電廠和風電機艙用智能相機，該智能相機安裝于風電機艙內(nèi)， 與風電機艙內(nèi)原有的設備沒有任何電氣聯(lián)系，采集、分析和監(jiān)控風電機艙內(nèi)的安全信息。風 力電廠和風電機艙用智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元是基于嵌入式DSP和FPGA的數(shù)據(jù)處理單 元，采用TI6467處理器構(gòu)成。其外圍模塊選用CCD-S0NY274，RJ45，USB2. 0，DDR2等，其中 TI6467完成數(shù)據(jù)采集和處理，RJ45模塊實現(xiàn)有線、無線INTERNET、WIFI等完成數(shù)據(jù)傳輸功能，見圖1。隨著嵌入式DSP和FPGA技術(shù)的發(fā)展，本發(fā)明的風力電廠和風電機艙用智能相機克 服了傳統(tǒng)相機分辨率低、圖像質(zhì)量容易受光照影響等缺點，采用了高清CCD取代以往的攝 像機加分析板卡的結(jié)構(gòu)，更加適用于風力電廠和風電機艙的現(xiàn)場圖像采集。CCD采集單元為多光譜圖像采集單元，其中的采集鏡頭為多光譜采集鏡頭，CCD采 集單元中還包括基于XILINX-FPGA-SPATArae的圖像處理單元；圖像處理單元與數(shù)據(jù)處理 單元數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)處理單元對采集的圖像數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理和分析，得出異?；驁缶?息；工作軟件即安全預案和應急措施的聯(lián)動系統(tǒng)安裝于數(shù)據(jù)處理單元中；在每一個風塔的 風電機艙內(nèi)安裝風力電廠和風電機艙用智能相機，與風電機艙內(nèi)原有的設備沒有任何電氣 聯(lián)系，保證了原有設備的穩(wěn)定性和可靠性。將智能相機固定在風電機艙的內(nèi)壁上，將數(shù)據(jù)采 集點固定于發(fā)電機組的外壁、以圖像數(shù)據(jù)的方式采集溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)、以此監(jiān)控 艙內(nèi)環(huán)境的異常情況；在風電機艙外部分布性安裝有風力電廠和風電機艙用智能相機，將 相機固定在風塔的外壁上，以圖像數(shù)據(jù)的方式相鄰風塔的溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)和葉 片的速度、弧度和夾角參數(shù)并對風塔的傾斜角度進行采集，以此監(jiān)控各個風塔的異常情況。如圖3所示，數(shù)據(jù)處理單元將異?；驁缶畔⑼ㄟ^無線通信接口傳遞到遠端監(jiān)控 中心和距離現(xiàn)場最近的維護或救援人員或相關責任人員的手機上。每一個風塔內(nèi)安裝的智 能相機可以直接將本風塔的信息發(fā)送出去。每一風電機艙內(nèi)安裝的風力電廠和風電機艙用 智能相機相聯(lián)成網(wǎng)，艙外分布性安裝的風力電廠和風電機艙用智能相機也相聯(lián)成網(wǎng)，艙內(nèi) 安裝與艙外分布性安裝的風力電廠和風電機艙用智能相機之間互聯(lián)成網(wǎng)，形成風力電廠和 風電機艙的智能分析監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡，見圖4。實施例2 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置同實施例1，參見圖2，安裝在 風電機艙外部的風力電廠和風電機艙用智能相機之間組成網(wǎng)絡。智能相機11可以監(jiān)控風 塔1、2、3的葉片組的工作狀態(tài)和風塔的傾斜角度，同理，智能相機21和31也分別監(jiān)控風塔 1、2、3的葉片組的工作狀態(tài)和風塔的傾斜角。如果有一個智能相機發(fā)生故障，其他智能相機 可以替代發(fā)生故障的智能相機工作。另外，對于外部的監(jiān)測點，采用一個監(jiān)測點安裝一部智 能相機，但設置多個采集鏡頭，本例中采用4部智能相機，東南西北環(huán)繞性安裝，這樣對于 外部安裝的智能相機數(shù)量可以根據(jù)風塔的數(shù)量和監(jiān)控范圍進一步的優(yōu)化。同時，安裝在外部的智能相機可以與安裝于風電機艙內(nèi)的風力電廠和風電機艙用 智能相機聯(lián)網(wǎng)組建成內(nèi)部和外部同時監(jiān)控的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個相機相互協(xié)調(diào)， 組成具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。當某一個相機發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以自動調(diào)整其他節(jié)點的 智能相機投入工作。實施例3 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置同實施例1-2，其中的CXD多 光譜采集鏡頭，根據(jù)現(xiàn)場的具體情況，針對特殊檢測點，在一個風塔的風電機艙內(nèi)安裝兩個 風力電廠和風電機艙用智能相機，其中一個白天工作，另一個夜間工作，兩各智能相機交替 工作，可以延長使用壽命。此時采用可見光鏡頭主要用于白天艙外的檢測，夜間工作的只能 相機采用紅外鏡頭或近紅外鏡頭，總之，不同的光譜鏡頭以適應采集不同的檢測目標，實現(xiàn) 全方位的檢測，將防患于未然落實到監(jiān)測點。本發(fā)明智能相機中的小型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的信息能夠通過網(wǎng)絡由遠端的監(jiān)控中 心進行修改。當某一個相機發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以自動調(diào)整其他節(jié)點的智能相機投入工作并將發(fā)生故障相機的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)復制到其他相機節(jié)點上，使得傳遞的信息隨時得以更新。實施例4 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置同實施例1-3，如圖2所示，安 裝于外部的風力電廠和風電機艙用智能相機對安裝點附近的風塔進行實時采集，具體是針 對每一個風塔上葉片的夾角、速度和葉片弧度狀態(tài)進行采集，并對風塔的傾斜角度進行采集。實施例5 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置同實施例1-4，風力電廠和風 電機艙的智能分析監(jiān)控方法是采用圖像識別方法，基于風力電廠和風電機艙用智能相機及 其聯(lián)網(wǎng)形成聯(lián)動方式，分析出目前每一風電機艙和整個風力電廠存在的異常情況，將所識 別的火災類型、漏油類型、漏油設備、溫度異常參數(shù)、溫度異常的設備的信息經(jīng)過智能相機 中的數(shù)據(jù)處理單元進行分類和處理，結(jié)果通過無線接口發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心，進行預警 或報警。如圖5所示，該風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法運作的程序有一 .首先，設計與制備風力電廠和風電機艙的智能相機；二 .在風電機艙內(nèi)安裝該智能相機，將相機固定在風電機艙的內(nèi)壁上，將數(shù)據(jù)采 集點固定于發(fā)電機組的外壁、以圖像數(shù)據(jù)的方式采集溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)、以此監(jiān)控 艙內(nèi)環(huán)境的異常情況；三.在風電機艙外安裝智能相機，將相機固定在風塔的外壁上，以圖像數(shù)據(jù)的方 式采集相鄰風塔的溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)和葉片的速度、弧度和夾角參數(shù)并對風塔的 傾斜角度進行采集，以此監(jiān)控各個風塔的異常情況；四.風力電廠和風電機艙的智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實現(xiàn)安裝 在風電機艙內(nèi)部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時， 實現(xiàn)風塔外部安裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)；形成風力電廠和風電機艙的分 析監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡；五.監(jiān)控中心在收到風電機艙的異常信息后，立刻啟動已經(jīng)制定好的安全預案， 通知相關領導和責任人，啟動安全預案中所制定的應急措施。本發(fā)明采用圖像識別和分析技術(shù)取代傳感器采集數(shù)據(jù)進行分析和識別，具體包 括發(fā)電機組的控制柜、發(fā)電機、軸承和機艙外殼、變速箱、剎車、機艙頂部和底部。本發(fā)明簡 化了監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)、提高了檢測的速度和精度，使得大面積和大范圍的風力發(fā)電 的現(xiàn)場監(jiān)測得以實現(xiàn)。本發(fā)明利用智能相機作為監(jiān)控終端在我國的風力發(fā)電監(jiān)控領域還屬于空白。通過 將多個智能相機組成的陣列部署在建立在海上、灘涂和偏遠領域的風力電廠，不僅可以把 過去在需要幾小時乃至更長時間才能完成處理、傳送和利用的目標信息，壓縮到幾分鐘、幾 秒鐘完成，還可以通過大規(guī)模節(jié)點部署來有效避免因某一節(jié)點的損壞而導致整個監(jiān)測系統(tǒng) 的崩潰。同時，智能相機中還可以集成各種智能視頻分析技術(shù)來進行火災、溫度和煙霧的檢 測。實施例6 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)同實施例1-5，在程序 步驟三.中，通過智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元對當前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃度、設備 運行溫度進行分類，分類成不同的安全等級，具體包括(1)安全未發(fā)現(xiàn)異常；
(2)預警識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的10-20% ；(3)危險識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的20-30% ；(4)緊急識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的40%以上。這些取值經(jīng)過大量的現(xiàn)場分析和維護人員的經(jīng)驗獲得，能夠及時的發(fā)現(xiàn)并啟動安 全事件的先兆。這些取值可以根據(jù)現(xiàn)場的具體情況進行調(diào)整和修改。實施例7 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)同實施例1-6，預警信 息的格式和數(shù)據(jù)類型包括(1)安全類型安全、預警、危險、緊急；(2)異常設備編號和類型；(3)異常參數(shù)的具體數(shù)值；(4)安全事件現(xiàn)場定位參數(shù)和風電機艙標號；(5)啟動應急措施編號；(6)啟動安全預案編號；(7)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。本發(fā)明的這些設計可以讓現(xiàn)場的維護人員和施救人員在第一時間掌握應急救援 的資源，提高了應急救援的效率，使得安全事件的檢測更加準確和精確。實施例8 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)同實施例1-7，在嵌入 式智能相機里面放置有小型的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的信息可以通過網(wǎng)絡由遠端的監(jiān)控中心進 行修改，該小型數(shù)據(jù)庫的信息至少包括以下字段(1)維護和救援人員個人信息和聯(lián)系方法；(2)風電機艙內(nèi)的設備類型和設備數(shù)量；(3)風電機艙的消防單元的種類和數(shù)量；(4)應急預案和應急措施的編號；(5)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。
本發(fā)明的這些設計可以直接使救援人員直接定位事故點，對事故類型提前預知并 提前準備。實施例9 風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)同實施例1-8，由多個 安裝于風電機艙內(nèi)外的智能相機組成相互聯(lián)系的系統(tǒng)和網(wǎng)絡，組建成內(nèi)部和外部同時監(jiān)控 的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個相機相互協(xié)調(diào)，組成具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。即風力電 廠和風電機艙的智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實現(xiàn)安裝在風電機艙內(nèi)部的相 機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)風塔外部安裝的 相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)。每一個相機都是網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，都可以直接和 監(jiān)控中心聯(lián)系，都可以向維護和檢修人員發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖3所示，風力電廠和風電機艙用智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實 現(xiàn)安裝在風電機艙內(nèi)部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，如圖4所示，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機 之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)風塔外部安裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)。風塔1-風 塔4的內(nèi)外均裝有智能相機。機艙內(nèi)安裝的智能相機可以組成內(nèi)網(wǎng)，機艙外安裝的智能相 機可以組成外網(wǎng)，內(nèi)外網(wǎng)絡之間的連接構(gòu)成了聯(lián)動的網(wǎng)絡系統(tǒng)。每一個相機都是網(wǎng)絡中的 一個節(jié)點，都可以直接和監(jiān)控中心聯(lián)系，都可以向維護和檢修人員發(fā)送數(shù)據(jù)。1權(quán)利要求
1.一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置，包括有采集單元、數(shù)據(jù)處理單元 和預警系統(tǒng)，其特征在于使用風力電廠和風電機艙用智能相機安裝于風電機艙內(nèi)和風電 機艙外，風力電廠和風電機艙用智能相機之間聯(lián)網(wǎng)形成風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān) 控系統(tǒng)和網(wǎng)絡；風力電廠和風電機艙用智能相機的基本構(gòu)成包括有數(shù)據(jù)處理單元以及連 接在數(shù)據(jù)處理單元上的CCD采集單元、小型數(shù)據(jù)庫、USB接口、鏈接有無線和有線通信接口， 風力電廠和風電機艙的安全預案和應急措施的聯(lián)動系統(tǒng)即工作軟件安裝于數(shù)據(jù)處理單元 內(nèi)，所述風力電廠和風電機艙的智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元是基于嵌入式DSP和FPGA的數(shù) 據(jù)處理單元，所述CCD采集單元為多光譜圖像采集單元，其中的采集鏡頭為多光譜采集鏡 頭，CXD采集單元中還包括基于FPGA的圖像處理單元；圖像處理單元與數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù) 連接，數(shù)據(jù)處理單元對采集的圖像數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理和分析，得出異?；驁缶畔?；所述無 線和有線接口包括3G和GPRS通信接口，INTERNET接口 ；數(shù)據(jù)處理單元的輸出信號通過無 線通信接口傳遞異?；驁缶畔⒌竭h端監(jiān)控中心和距離現(xiàn)場的維護或救援人員或相關責 任人員的手機上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置，其特征在于所 述安裝在風電機艙外部的風力電廠和風電機艙用智能相機與安裝于風電機艙內(nèi)的風力電 廠和風電機艙用智能相機聯(lián)網(wǎng)組建成內(nèi)部和外部同時監(jiān)控的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個 相機相互協(xié)調(diào)，組成具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置，其特征在于所 述CCD多光譜采集鏡頭，或為可見光鏡頭，或為紅外光鏡頭，或為近紅外鏡頭；所述小型數(shù) 據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的信息能夠通過網(wǎng)絡由遠端的監(jiān)控中心進行修改。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置，其特征 在于所述安裝于外部的風力電廠和風電機艙用智能相機對安裝點附近的風塔進行實時采 集，具體是針對每一個風塔上葉片的夾角、速度和葉片弧度狀態(tài)進行采集，并對風塔的傾斜 角度進行采集。
5.一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于采用圖像處理方法， 基于風力電廠和風電機艙用智能相機及其聯(lián)網(wǎng)形成聯(lián)動方式，分析出目前每一風電機艙和 整個風力電廠存在的異常情況，將所識別的火災類型、漏油類型、漏油設備、溫度異常參數(shù)、 溫度異常的設備的信息經(jīng)過智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元進行分類和處理，結(jié)果通過無線接 口發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心，進行預警或報警，該風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法運作的程序有一.首先，設計與制備風力電廠和風電機艙的智能相機；二.在風電機艙內(nèi)安裝該智能相機，將相機固定在風電機艙的內(nèi)壁上，將數(shù)據(jù)采集點 固定于發(fā)電機組的外壁、以圖像數(shù)據(jù)的方式采集溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)、以此監(jiān)控艙內(nèi) 環(huán)境的異常情況；三.在風電機艙外安裝智能相機，將相機固定在風塔的外壁上，以圖像數(shù)據(jù)的方式采 集相鄰風塔的溫度、漏油、振動、煙霧參數(shù)和葉片的速度、弧度和夾角參數(shù)，并對風塔的傾斜 角度進行采集，以此監(jiān)控各個風塔的異常情況；四.風力電廠和風電機艙的智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實現(xiàn)安裝在風 電機艙內(nèi)部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)以及實現(xiàn)風塔外部安裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)；形成風力電廠和風電機艙的分析監(jiān)控 系統(tǒng)和網(wǎng)絡；五.監(jiān)控中心在收到異常信息后，立刻啟動已經(jīng)制定好的安全預案，通知相關領導和 責任人，啟動安全預案中所制定的應急措施。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于在 程序步驟三.中，通過智能相機中的數(shù)據(jù)處理單元對當前運行環(huán)境的室內(nèi)溫度、煙霧濃度、 設備運行溫度進行分類，分類成不同的安全等級，具體包括(1)安全未發(fā)現(xiàn)異常；(2)預警識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的10-20%；(3)危險識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的20-30%；(4)緊急識別的環(huán)境參數(shù)超過正常值的40%以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于 所述預警信息的格式和數(shù)據(jù)類型包括(1)安全類型安全、預警、危險、緊急；(2)異常設備編號和類型；(3)異常參數(shù)的具體數(shù)值；(4)安全事件現(xiàn)場定位參數(shù)和風電機艙標號；(5)啟動應急措施編號；(6)啟動安全預案編號；(7)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于所 述在嵌入式智能相機里面放置有小型的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的信息可以通過網(wǎng)絡由遠端的監(jiān) 控中心進行修改，該小型數(shù)據(jù)庫的信息至少包括以下字段(1)維護和救援人員個人信息和聯(lián)系方法；(2)風電機艙內(nèi)的設備類型和設備數(shù)量；(3)風電機艙的消防單元的種類和數(shù)量；(4)應急預案和應急措施的編號；(5)應急救援物資的標號、地點和庫存數(shù)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控方法，其特征在于由 多個安裝于風電機艙內(nèi)外的智能相機組成相互聯(lián)系的系統(tǒng)和網(wǎng)絡，組建成內(nèi)部和外部同時 監(jiān)控的智能分析系統(tǒng)，系統(tǒng)中的多個相機相互協(xié)調(diào)，組成具有可重構(gòu)的自組織網(wǎng)絡。即風 力電廠和風電機艙用智能相機聯(lián)網(wǎng)，可以利用相機的通信接口，實現(xiàn)安裝在風電機艙內(nèi)部 的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)安裝在風塔外部的相機之間的聯(lián)網(wǎng)，同時，實現(xiàn)風塔外部安 裝的相機和風電機艙內(nèi)部相機之間的聯(lián)網(wǎng)。每一個相機都是網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，都可以直 接和監(jiān)控中心聯(lián)系，都可以向維護和檢修人員發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控裝置和方法，其監(jiān)控裝置是在基于嵌入式DSP/FPGA的數(shù)據(jù)處理單元上連接有CCD多光譜采集單元、小型數(shù)據(jù)庫、USB接口、鏈接有無線和有線通信接口，構(gòu)成專用智能相機?；谠撝悄芟鄼C及其聯(lián)網(wǎng)形成聯(lián)動方式，采用圖像識別方法，經(jīng)過智能相機中的分類和處理，將所識別的火災、漏油、漏油設備、溫度異常參數(shù)、溫度異常等信息結(jié)果通過無線接口發(fā)送到遠端的監(jiān)控中心，進行預警或報警。機艙內(nèi)外安裝的智能相機相聯(lián)成網(wǎng)，形成風力電廠和風電機艙的智能分析監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡。實現(xiàn)了對風電電廠和風電機艙維護和運營即時自動監(jiān)控和緊急應急處理，不需大量人力維護，監(jiān)測精度高，解決了風力機組地廣范圍大，難以對運營進行即時自動監(jiān)控的問題。適用所有風力電廠監(jiān)控。
文檔編號G08B21/00GK102053596SQ20101029431
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者傅小軍, 張亮, 沈沛意, 肖瀟 申請人:陜西宇宏國際建機有限公司