中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：日本綜合警備保障公司（ALSOK）將從2015年4月開始利用小型無人直升機(jī)（圖1）為百萬瓦級(jí)光伏電站提供服務(wù)。之前，該公司已從2014年10月開始，已在其提供警備服務(wù)的部分光伏電站開始了試用服務(wù)。
綜合警備保障公司說，截至2014年3月，日本國內(nèi)投入運(yùn)營的光伏電站，利用警備服務(wù)的約有550座，其中約7成為自己的客戶。該公司的方針是，發(fā)揮擁有如此高份額的優(yōu)勢(shì)，開展多種服務(wù)。
首先將開始提供能以短時(shí)間、高效率發(fā)現(xiàn)太陽能電池板輸出異常的服務(wù)。這樣，綜合警備保障公司面向百萬瓦級(jí)光伏電站的服務(wù)，就有可能突破原來的警備范疇，擴(kuò)大到平時(shí)的O&M（運(yùn)行、維護(hù)）領(lǐng)域。
并且，該公司還有把服務(wù)上溯擴(kuò)展到光伏電站投入運(yùn)營前的開發(fā)階段，諸如利用航拍圖像生成三維地形數(shù)據(jù)，提供建設(shè)用地的選擇參考；定期航拍圖像為施工進(jìn)展管理提供支援等的構(gòu)想。
1MW光伏電站的所有電池板10分鐘可拍攝完畢
綜合警備保障公司的機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)始于1982年著手的自走型機(jī)器人。目的是將警衛(wèi)人員的部分工作自動(dòng)化。該公司2002年開始銷售室內(nèi)使用的自走型機(jī)器人。但該機(jī)器人無法用于室外。
直到大約3年前，使用多個(gè)旋轉(zhuǎn)尾翼飛行，被稱為“多軸飛行器”或“多旋翼飛行器”的小型無人直升機(jī)誕生了。在空中飛行的無人機(jī)可以不受地面障礙物等的限制自由移動(dòng)。
但在安全性達(dá)到能在人附近使用的水平之前，還是準(zhǔn)備盡量在沒有人的地方提供服務(wù)。
在這種用途上，百萬瓦級(jí)光伏電站是最合適不過了：光伏電站基本處在無人的環(huán)境，為了掌握大量設(shè)置的太陽能電池板產(chǎn)生的故障，工作人員需要步行用紅外相機(jī)一塊塊地檢測(cè)電池板的老方法，相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
若使用小型無人直升機(jī)，可以大大提高太陽能電池板的檢測(cè)效率。
從綜合警備保障公司的實(shí)踐來看，在以往的方法中，用紅外相機(jī)獲取電池板圖像所需的時(shí)間，輸出功率為1MW的光伏電站為2小時(shí)，而利用無人直升機(jī)可縮短至10分鐘。能夠用很少的時(shí)間發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障的電池板。
該公司還開發(fā)了檢查橋梁老化的用途，其在無人接近之處使用這一點(diǎn)上是相同的。能靠近橋側(cè)和橋下拍攝圖像，可適用于日本國土交通省規(guī)定的2014年7月起必須要目視檢測(cè)的用途。
誰都可以操作，一看就能發(fā)現(xiàn)異常
綜合警備保障公司在開發(fā)無人直升機(jī)應(yīng)用的過程中，還參加了以多軸飛行器的開發(fā)而聞名的千葉大學(xué)教授野波健藏主導(dǎo)成立的組織“Mini-Surveyor Consortium”，并專為用于百萬瓦級(jí)光伏電站而購買了5架無人直升機(jī)作了研究。
最終的結(jié)果，決定訂制也參加了該聯(lián)盟的多軸飛行器廠商enRoute公司（埼玉縣富士見野市）的現(xiàn)有機(jī)型使用。
該機(jī)型有6個(gè)螺旋槳，配備有相機(jī)，適合邊飛行邊航拍和觀測(cè)。
訂制有三個(gè)要點(diǎn)：一是配備拍攝普通照片的數(shù)碼相機(jī)和紅外相機(jī)各一臺(tái)；二是將蓄電池由通常的兩塊增加到四塊；三是能自動(dòng)飛行。
普通相機(jī)和紅外相機(jī)各配備一部的理由是，通過比較用紅外相機(jī)和普通相機(jī)同時(shí)拍攝的太陽能電池板的溫度分布（熱圖像）和外觀圖像，更容易掌握可能出現(xiàn)輸出異常的位置及原因（圖2）。例如，容易發(fā)現(xiàn)電池板局部異常發(fā)熱的“熱點(diǎn)”等。
圖2：普通數(shù)碼相機(jī)和紅外相機(jī)同時(shí)拍攝
相機(jī)能控制著一直朝著正下方（圖3）。例如，即使機(jī)器人的姿勢(shì)在飛行中改變，由于相機(jī)一直朝著下方拍攝，也能保證圖像的均一性。
圖3：控制姿勢(shì)，使相機(jī)一直朝下
綜合警備保障公司說，相機(jī)的選擇頗費(fèi)了心思。配備在無人直升機(jī)上并能保證穩(wěn)定飛行的相機(jī)重量兩部重量在1kg以下。分辨率越高的相機(jī)一般體積越大且越重。在滿足航拍高度和所需分辨率的同時(shí)，將重量控制在1kg以內(nèi)非常困難。
其中，紅外相機(jī)的輕量化尤為困難。綜合警備保障購買了法國FLIR Systems公司通常作為便攜式相機(jī)銷售的640×480像素產(chǎn)品的模塊和圖像處理引擎配備在無人機(jī)上（圖4）。
圖4：紅外相機(jī)（右）相關(guān)花費(fèi)100萬日元
結(jié)果，僅紅外相機(jī)相關(guān)的費(fèi)用就有約100萬日元。拍攝普通照片的相機(jī)也配備了1920×1080像素的高分辨率機(jī)型。
追加蓄電池是為了延長飛行時(shí)間，不用更換電池就可航拍整個(gè)百萬瓦級(jí)光伏電站（圖5）。充滿電后可飛行約20分鐘。這期間能航拍面積約4公頃、輸出功率約2MW的百萬瓦級(jí)光伏電站的太陽能電池板。
圖5：將正常為2塊的蓄電池增加至4塊，飛行一次可航拍2MW 用帶子捆著的長方體就是蓄電池。從圖中可以看出，除了圓形機(jī)身上方的兩塊外，右前方和左后方的機(jī)械臂中間還追加了兩塊
要求自動(dòng)飛行，是因?yàn)楹脚陌偃f瓦級(jí)光伏電站內(nèi)的太陽能電池板時(shí)，很難保證擁有能安全、正確地操作無人直升機(jī)技能的警衛(wèi)人員。
會(huì)導(dǎo)致技能上大的差異的，是能否令飛行機(jī)器人沿著太陽能電池板上的飛行路線正確、穩(wěn)定地飛行。若不是每位警衛(wèi)人員無論其無線電控制操作的熟練程度如何都能安全、正確地操作無人直升機(jī)，則難以實(shí)現(xiàn)同質(zhì)服務(wù)。
因此，無人機(jī)增加了以內(nèi)置的傳感器檢測(cè)無人直升機(jī)的方向、傾斜度和高度等以控制姿勢(shì)，并基于GPS（全球定位網(wǎng)）沿著事先編排好的軌道自動(dòng)飛往目的地的功能（圖6）。
圖6：按照編排的路線自主飛行的畫面 畫面右側(cè)的黃線為設(shè)定的飛行路線，黑線為實(shí)際正在飛行的路線
為了讓任何人都能安全、正確地操作而采取的措施，也是無人直升機(jī)原來就具備的要素。折疊起支撐6個(gè)螺旋槳的機(jī)械臂之后能收納在小箱子中，可用汽車輕松搬運(yùn)（圖7）。采用了利用普通工具就能完成組裝和折疊的設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)也與綜合警備保障公司的需求相符。
圖7：折疊起機(jī)械臂部，可輕松搬運(yùn)
以黑白色顯示熱圖像，使畫面更鮮明
使用這樣的無人直升機(jī)航拍百萬瓦級(jí)光伏電站，是在約40m的高度，從太陽能電池板東西方向長列的一端開始依次拍攝（圖8）。
圖8：從40m上空航拍太陽能電池板 該圖最上部的飛行機(jī)器人正在30m高度飛行。在太陽能電池板正上方飛行時(shí)，為避開亂流的影響，需要在30m以上的高空飛行
飛行高度設(shè)定為40m左右的理由有兩點(diǎn)。一是飛行上的原因，據(jù)稱高度較高飛行會(huì)較穩(wěn)定。
多軸飛行器雖然不容易受橫向風(fēng)力的影響，但容易受上下方向風(fēng)力的影響。uin太陽能電池板等地面構(gòu)造物的影響，地表附近的風(fēng)會(huì)吹向上空，如果飛行機(jī)器人的高度較低，有時(shí)會(huì)妨礙穩(wěn)定飛行。
另一個(gè)是拍攝圖像畫質(zhì)上的原因。無人直升機(jī)的航拍高度越高，每張照片中拍攝的太陽能電池板的數(shù)量就越多。但如果相機(jī)分辨率不夠高，圖像就會(huì)不清晰，從而導(dǎo)致無法辨別電池板內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)輸出異常的位置。
從無人直升機(jī)配備的相機(jī)來看，考慮到在維持所需畫質(zhì)的同時(shí)，拍攝盡量多的電池板，40m的高度最合適。
每張圖像能拍東西方向的2.5行太陽能電池板。這樣一次可拍攝2行，如果有10行，理論上只需沿東西方向飛行5次即可拍完，可提高效率。
但據(jù)稱目前很難實(shí)現(xiàn)。因相機(jī)的方向和太陽能電池板的角度問題，電池板的表面會(huì)反射光，或者倒映云彩等，有時(shí)圖像拍得不清晰，為保證準(zhǔn)確性，需要對(duì)電池板從不同角度進(jìn)行拍攝，因此是一行一行地拍攝。
圖像是紅外相機(jī)和普通相機(jī)同時(shí)拍攝的。由此可確認(rèn)熱分布存在異常的部分以及該部分的電池板表面狀態(tài)。該公司稱，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和試用服務(wù)中，已經(jīng)掌握了諸如： 熱點(diǎn)發(fā)生（圖9）、鳥糞附著（圖10）、隨電池單元輸出異常（發(fā)電元件，圖11）的旁路二極管回避、被雜草覆蓋導(dǎo)致輸出功率部分降低（圖12）、接線盒故 障導(dǎo)致電池板整體停止發(fā)電（圖13）、玻璃破碎等問題。玻璃破碎一般很難通過圖像辨別，但無人直升機(jī)采用的是1920×1080像素的高分辨率相機(jī)，因此 能夠辨別出來。
