核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和缺陷检查方法

摘要

本发明公开了一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和缺陷检查方法，其中，缺陷检查系统包括：无人机系统，包括无人机和搭载在无人机上的三维激光扫描仪、激光测距仪以及高清相机，其中，三维激光扫描仪用于对无人机所处位置周围空间进行扫描，绘制周围的三维图像；激光测距仪用于精确测量无人机到内层安全壳外表面的距离；高清相机用于拍摄被检测混凝土表面的照片；以及地面计算机系统，用于控制无人机的位置、根据三维激光扫描仪的三维图像确定无人机的准确位置、确定高清相机拍摄的照片在安全壳上的准确位置，以及处理高清相机拍摄的照片并提取缺陷特征，若为缺陷，则将照片、缺陷信息、缺陷位置存储到数据库中。

说明书

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和缺陷检查方法。

背景技术

核电站安全壳是带有准球形穹顶的圆柱形预应力钢筋混凝土结构，是阻挡来自燃料的裂变产物和一回路放射性物质进入环境的最后一道屏障。反应堆发生失水事故(LOCA：Loss of Coolant Accident)后，释放出来的大量放射性和高温高压汽水混合物可被安全壳包容和隔离，防止对核电站周围居民产生危害。

按照结构来分，核电站安全壳一般可以分为单层混凝土安全壳和双层混凝土安全壳，其中，典型的双层混凝土安全壳包括：外层安全壳、内层安全壳和公用阀基，内外层安全壳的环形空间是环廊，在内层安全壳外表面安装有环廊平台。内层安全壳外表面容易出现各种缺陷，影响核电站的安全运行，因此需要检查内层安全壳混凝土外表面的缺陷，包括混凝土表面裂缝、锈蚀、蜂窝麻面、漏筋等。

对于单层安全壳，可利用安全壳的环梁作为支点使用吊篮，工作人员在吊篮中对安全壳混凝土外表面进行检查。此方法一般与人工脚手架方案结合使用，但是仅可用于没有遮挡、干扰的筒体区域。双层安全壳环廊的宽度一般仅为2m左右，无法使用远程检测方案。因此，双层安全壳环廊区域内层安全壳外表面的缺陷检查，仅可使用脚手架+人工检查的方法。

采用脚手架+人工检查方法时，双层安全壳的内层安全壳外表面缺陷检查依靠人工肉眼目视，使用脚手架靠近混凝土表面检查其缺陷。人工检查缺陷时，一般要求在光照良好的情况下，肉眼离混凝土表面距离50cm左右进行作业。人工目视方法简单可靠，技术要求不高，但是需要搭设约850m

有鉴于此，确有必要提供一种方便可靠的核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和缺陷检查方法。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种方便可靠的核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和缺陷检查方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统，其包括：

无人机系统，包括无人机和搭载在无人机上的三维激光扫描仪、激光测距仪以及高清相机，其中，三维激光扫描仪用于对无人机所处位置周围空间进行扫描，绘制周围的三维图像；激光测距仪用于精确测量无人机到内层安全壳外表面的距离；高清相机用于拍摄被检测混凝土表面的照片；以及

地面计算机系统，用于控制无人机的位置、根据三维激光扫描仪的三维图像确定无人机的准确位置、确定高清相机拍摄的照片在安全壳上的准确位置，以及处理高清相机拍摄的照片并提取缺陷特征，若为缺陷，则将照片、缺陷信息、缺陷位置存储到数据库中。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统的一种改进，所述无人机的负载大于5kg。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统的一种改进，所述无人机系统设有照明设备。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统的一种改进，所述地面计算机系统预设有环廊区域的三维图纸，根据无人机的三维扫描数据判断无人机的准确位置，确定无人机的高清相机拍摄的照片在安全壳上的准确位置。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统的一种改进，所述无人机系统设有无人机无线数据通讯模块，所述地面计算机系统设有与无人机无线数据通讯模块通讯的地面计算机无线数据通讯模块。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法，其包括以下步骤：

1)通过地面计算机系统控制无人机起飞至一个区域，通过无人机搭载的三维激光扫描仪扫描周围空间的三维图像和自身在三维图像中的相对坐标，并将三维图像和坐标数据传送至地面计算机系统；

2)地面计算机系统将三维图像和地面计算机系统中预设的环廊三维模型进行对比，获得三维图像在三维模型中的位置，确认无人机所在三维模型中的绝对坐标；

3)调整无人机姿态，将高清相机对准被检混凝土外表面后拍照，并将照片数据传送至地面计算机系统；

4)地面计算机系统分析回传的照片，确定是否有缺陷；若有缺陷，则将缺陷照片、缺陷位置、缺陷属性存入数据库；以及

5)控制无人机移动至下一区域进行检查，直至完成整个环廊区域安全壳外表面检查。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法的一种改进，步骤3)进一步包括：通过无人机搭载的激光测距仪测量无人机到墙面的距离，调整无人机位置，使高清相机到混凝土表面的距离为指定距离。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法的一种改进，所述指定距离为定焦焦距。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法的一种改进，所述无人机系统设有无人机无线数据通讯模块，所述地面计算机系统设有地面计算机无线数据通讯模块，通过无人机无线数据通讯模块和地面计算机无线数据通讯模块的通讯实现图像、坐标和照片数据的传送。

作为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法的一种改进，所述无人机系统设有照明设备，用于在环廊区域光照不足时提供高清相机工作所需的光照。

相对于现有技术，本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和检查方法具有以下优点：

使用无人机检查缺陷，不再需要脚手架+人工检查方案中大面积搭设脚手架，方便可靠；

使用无人机搭载的三维激光扫描仪扫描并生成环廊局部三维模型，并和预设三维模型进行比对，计算出无人机的绝对位置，进而推算出缺陷的绝对位置，实现了缺陷的准确定位。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和检查方法及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统中无人机系统的结构示意图。

图2为本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统的使用状态示意图。

附图标记

无人机及其吊舱-10；无人机本体-100；无人机旋翼-102；三维激光扫描仪-104；激光测距仪-106；高清相机-108；无人机无线数据传输模块-110；

地面计算机系统-20。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1和图2所示，本发明提供了一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统，其包括：

无人机系统10，包括无人机和搭载在无人机上的三维激光扫描仪104、激光测距仪106以及高清相机108，其中，三维激光扫描仪104用于对无人机所处位置周围空间进行扫描，绘制周围的三维图像；激光测距仪106用于精确测量无人机到内层安全壳外表面的距离；高清相机108用于拍摄被检测混凝土表面的照片；以及

地面计算机系统20，用于控制无人机的位置、根据三维激光扫描仪104的三维图像确定无人机的准确位置、确定高清相机108拍摄的照片在安全壳上的准确位置，以及处理高清相机108拍摄的照片并提取缺陷特征，若为缺陷，则将照片、缺陷信息、缺陷位置存储到数据库中。

请参照图1所示，无人机系统10采用市面上通用的无人机，包括无人机本体100和无人机机翼102，优选采用四旋翼及以上的稳定性高、负载大于5kg的无人机。无人机系统10设有无人机无线数据传输模块110，用于和地面计算机系统20的地面计算机系统无线数据传输模块(未图示)之间通讯，实现图像、照片和位置等数据的传送。此外，如果环廊区域光照不足，无人机系统10还可以根据需要配备照明设备，以为高清相机108工作提供所需的光照。

地面计算机系统20用于控制无人机的位置，根据本发明的一个优选实施方式，地面计算机系统20预设有环廊区域的三维图纸，根据无人机的三维扫描数据判断无人机的准确位置，确定无人机的高清相机108拍摄的照片在安全壳上的准确位置。地面计算机系统20还对高清相机108拍摄的照片进行数据处理，提取缺陷特征；若为缺陷，则将照片、缺陷信息、缺陷位置存储到数据库中。

请参照图2所示，本发明还提供了一种核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查方法，其包括以下步骤：

缺陷检查前的系统准备：

在地面计算机系统20中预设环廊三维模型(也可以是其他工作场景)，以便系统在工作时可判断无人机的准确位置，以及所拍照片的准确位置；

缺陷特征数据：用于分析无人机系统10中的高清相机108所拍照片是否含有缺陷、缺陷类型等数据；

系统调试：确认无人机系统10是否能正常工作，确认地面计算机系统20是否能正常工作；

缺陷检查的具体操作

1)通过地面计算机系统20控制无人机起飞至一个区域，通过无人机搭载的三维激光扫描仪104扫描周围空间的三维图像和自身在三维图像中的相对坐标，并将三维图像和坐标数据传送至地面计算机系统20；

2)地面计算机系统20将三维图像和地面计算机系统中预设的环廊三维模型进行对比，获得三维图像在三维模型中的位置，确认无人机所在三维模型中的绝对坐标；

3)调整无人机姿态，将高清相机对准被检混凝土外表面后拍照，通过无人机搭载的激光测距仪106测量无人机到墙面的距离(若三维激光扫描仪104精度足够高，这一步可以省略)，调整无人机位置，使高清相机到混凝土表面的距离为指定距离(一般为定焦焦距)；高清相机108拍照，并将照片数据传送至地面计算机系统20；

4)地面计算机系统20分析回传的照片，确定是否有缺陷；若有缺陷，则将缺陷照片、缺陷位置、缺陷属性存入数据库；以及

5)完成一个区域的检查后，控制无人机移动至下一区域进行检查，直至完成整个环廊区域安全壳外表面检查。

根据本发明的一个优选实施方式，无人机系统10设有无人机无线数据通讯模块110，地面计算机系统20设有地面计算机无线数据通讯模块，通过无人机无线数据通讯模块110和地面计算机无线数据通讯模块的通讯实现图像、坐标和照片数据的传送。此外，如果环廊区域光照不足，无人机系统可以根据需要配备照明设备，以为高清相机108工作提供所需的光照。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电站双层安全壳环廊区域缺陷检查系统和检查方法具有以下优点：

使用无人机检查缺陷，不再需要脚手架+人工检查方案中大面积搭设脚手架，方便可靠；

使用无人机搭载的三维激光扫描仪扫描并生成环廊局部三维模型，并和预设三维模型进行比对，计算出无人机的绝对位置，进而推算出缺陷的绝对位置，实现了缺陷的准确定位。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。