CN104571140A - 一种光伏组件巡检拍照控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉太阳能领域，尤其是一种光伏组件巡检拍照控制系统及其控制方法。所述光伏组件巡检拍照控制系统，用于监测光伏组件，包括：飞行本体；飞行控制模块，控制所述飞行本体的飞行倾斜角度和飞行方向；拍照组件，所述拍照组件固定连接在所述飞行本体下方，用于拍摄所述光伏组件，并形成拍摄数据信息；调整组件，其设置在所述飞行本体上，用于调整所述拍照组件的角度；测距组件，其设置在所述飞行本体上，用于实时测量所述拍照组件与所述光伏组件的直线距离；地面工作站，用于显示所述拍摄数据信息和提供所述飞行控制模块、拍照组件和调整组件的工作参数。本发明结构简单，操作容易，准确度高，易于实施。

Description

一种光伏组件巡检拍照控制系统

技术领域

本发明涉及太阳能领域，尤其是一种光伏组件巡检拍照控制系统。

背景技术

为了获得最佳的太阳光直射，如图1所示，一般光伏组件1的安装角度是根据安装地的维度和周边环境情况而计算确定。在大多数情况下，光伏组件1都通过安装支架2固定，光伏组件与地面存在一定的安装倾角。随着使用时间的增加和周边环境的影响，太阳能组件有可能产生裂纹等缺陷，影响组件的发电效率。检测服役中的光伏组件1缺陷的有效手段是采用红外热像仪，通过拍摄得到的红外热像图中不同部位温度的差异进行判断是否存在缺陷及定位缺陷位置。目前，在对太阳能电站的光伏组件1进行缺陷红外巡检时，测试人员一般手持红外热像仪进行拍摄，受组件安装高度、位置等因素的影响，很难拍摄到理想的红外热像图。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光伏组件巡检拍照控制系统，主要目的在于实现倾斜光伏组件的清晰红外热像图的拍摄。

为了达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

通过一种光伏组件巡检拍照控制系统，用于监测光伏组件，所述光伏组件包括两个倾斜边和两个水平边，包括：飞行本体；飞行控制模块，控制所述飞行本体的飞行倾斜角度和飞行方向；拍照组件，所述拍照组件固定连接在所述飞行本体下方，用于拍摄所述光伏组件，并形成拍摄数据信息；调整组件，其设置在所述飞行本体上，用于调整所述拍照组件的角度；测距组件，其设置在所述飞行本体上，用于实时测量所述拍照组件与所述光伏组件的直线距离；地面工作站，用于显示所述拍摄数据信息和提供所述飞行控制模块、拍照组件和调整组件的工作参数。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，所述拍照组件和测距组件设置在同一平面上。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，所述拍照组件包括可见光摄像单元和红外热成像单元。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，在所述飞行本体上还设有存储单元，用于存储所述拍摄数据信息；

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，在所述飞行本体上设有信息传递模块，所述信息传递模块用于向所述地面工作站传递摄数据信息。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，所述测距组件为激光测距单元。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，在所述飞行本体上还设有全球定位系统。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，所述调整组件包括吊舱或相机云台。

上述的光伏组件巡检拍照控制系统中，在所述调整模块内设有伺服驱动模块。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现。

通过一种光伏组件巡检拍照控制系统的控制方法，包括如下步骤，测量光伏组件倾斜边的长度b和光伏组件的倾斜角度α；通过调整组件调整拍照组件与所述光伏组件倾斜面平行；通过飞行控制模块控制飞行本体水平飞行，飞行方向为所述太阳能光伏组件倾斜边延伸方向，测量所述飞行本体飞行高度H；所述地面工作站计算所述拍照组件至光伏组件的垂直距离L，所述测距组件实时测量拍照组件与光伏组件的直线距离Li，将Li与L进行比较：若Li≠L，则飞行本体继续飞行，若Li＝L，则飞行本体保持悬停，启动所述拍照组件进行拍照过程，然后所述飞行本体继续飞行或停止飞行。

上述的光伏组件巡检拍照控制方法中，在所述飞行本体以水平方式飞行时，首先所述飞行控制模块控制所述飞行本体至光伏组件中心上方。

借由上述技术方案，本发明提出的一种光伏组件巡检拍照控制系统及其制备方法至少具有下列优点：

本发明采用激光测距单元实时得到被测光伏组件与红外热成像单元之间的垂直距离，由于光伏组件的安装角度、飞行本体的飞行高度均为已知或可测数据，从而可以通过判断被测光伏组件与红外热成像单元之间的垂直距离的大小来判断飞行本体是否位于光伏组件的中线位置，为得到最理想的光伏组件的红外热像图提供了控制思路，确保太阳能光伏电站巡检结果的可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明拍摄光伏组件的安装示意图；

图2为本发明的拍照组件和调整组件的结构示意图；

图3为本发明的拍照组件运动轨迹示意图；

图4为本发明的拍照组件至光伏组件垂直距离计算示意图；

图5为本发明的光伏组件巡检拍照控制系统的控制方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种光伏组件巡检拍照控制系统及其控制方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明的一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，用于监测光伏组件1，所述光伏组件1包括两个倾斜边和两个水平边，包括：飞行本体；飞行控制模块，控制所述飞行本体的飞行倾斜角度和飞行方向；拍照组件，所述拍照组件固定连接在所述飞行本体下方，用于拍摄所述光伏组件1，并形成拍摄数据信息；调整组件，其设置在所述飞行本体上，用于调整所述拍照组件的角度；测距组件，其设置在所述飞行本体上，用于实时测量所述拍照组件与所述光伏组件1的直线距离；地面工作站，用于显示所述拍摄数据信息和提供所述飞行控制模块、拍照组件和调整组件的工作参数。

如图2所示，所述光伏组件巡检拍照控制系统中，所述红外热成像单元5安装于飞行本体下方，通过地面工作站的操控系统对所述红外热成像单元5和飞行本体进行控制，在拍摄有倾角的光伏组件1时，为了获得不变形的红外热像图，通过所述调整组件将拍摄角度与所述光伏组件1平面垂直，也就是，所述外热成像单元的镜头与光伏组件1平行。

本发明所公开的光伏组件巡检拍照控制系统，进行所述光伏组件的红外成像拍摄时，能够得到理想的红外热像图，将所述外热成像单元的镜头的中心线与所述光伏组件1的中心线重叠设置时再进行拍摄。

如图5所示，本发明所公开的光伏组件巡检拍照控制系统的控制方法的步骤如下：1)测量光伏组件倾斜边的长度b和光伏组件的倾斜角度α；2)通过调整组件调整拍照组件与所述光伏组件倾斜面平行；3)通过飞行控制模块控制飞行本体以水平方式飞行，飞行方向为所述太阳能光伏组件倾斜边延伸方向，测量所述飞行本体飞行高度H；4)所述地面工作站计算所述拍照组件至光伏组件的垂直距离L，5)所述测距组件实时测量拍照组件与光伏组件的直线距离Li，将Li与L进行比较：若Li≠L，则飞行本体继续飞行，若Li＝L，则飞行本体保持悬停，启动所述拍照组件进行拍照过程，然后所述飞行本体继续飞行。

作为可以变换的实施方式，在所述飞行本体以水平方式飞行时，首先所述飞行控制模块控制所述飞行本体至光伏组件中心上方。

所述飞行本体的飞行路径可以沿折线行驶也可以沿直线行驶。

具体实施时，所述飞行本体可以为有人驾驶飞机和无人机。下面以无人机为例，进行进一步说明。

如图3所示，在开始无人机巡检作业前，首先确定光伏组件或光伏阵列1的安装角度α，并调整吊舱或相机云台3使激光测距单元4、红外热成像单元5、可见光摄像单元6在无人机水平飞行状态时的镜头中心线与被测光伏组件或光伏阵列1相垂直。此时红外热成像单元5的镜头中心线与水平面的夹角记为β。

无人机沿着光伏组件或光伏阵列1进行飞行作业，机载激光测距单元4实时测试被侧面与红外热成像单元5的镜头之间的距离L1、L2……Ln(Li)，无人机的飞行高度值H可由机载GPS单元得到。当无人机飞行到光伏组件或光伏阵列1的中心线位置时，此时图中的AO长度为光伏组件或光伏阵列1长度的1/2，即为b/2。那么，在△AOC中，OC的长度可通过下式计算得到：

$l=\left|\mathrm{OC}\right|=\frac{b}{2}\×\tan \mathrm{\α}---\left(1\right)$

其中，b为光伏组件或光伏阵列1的长度；α为光伏组件或光伏阵列1的安装角度。

在△CDE中，斜边CE的长度可通过下式计算得到：

$l+L=\left|\mathrm{CE}\right|=\frac{\left|\mathrm{ED}\right|}{\sin \mathrm{\β}}=H\×\cos \mathrm{\β}---\left(2\right)$

其中，H为无人机的飞行高度；β为红外热成像单元5的镜头与水平面之间的夹角，β＝90°-α，将式(1)代入式(2)即得到：

$\frac{b}{2}\×\tan \mathrm{\α}+L=H\×\sec \mathrm{\α}---\left(3\right)$

即飞行高度为H的无人机飞行到光伏组件或光伏阵列1的中心线位置时，红外热成像单元5的镜头与被测光伏组件或光伏阵列1的垂直距离L为：

$L=H\×\sec \mathrm{\α}-\frac{b}{2}\×\tan \mathrm{\α}---\left(4\right)$

式中，光伏组件或光伏阵列1的长度b、光伏组件或光伏阵列1的安装角度α均为固定值，在巡检作业是事先输入到测控程序中，无人机飞行高度H可通过无人机的飞控系统实时得到。

那么，通过式(4)便可以计算出无人机飞行到光伏组件或光伏阵列1的中心线位置时红外热成像单元5的镜头与被测光伏组件或光伏阵列1的垂直距离L，将该值设定为控制值，并将激光测距单元4实时测得的距离Li与该值进行对比，当激光测距单元4测得的距离Li＝L时，控制无人机停止飞行，保持悬停状态，并反馈给地面工作站，地面工作站通过地面工作站的信息传递模块的发射端向无人机的信息传递模块接收端发射控制指令，并通过与信息传递模块连接的数据线控制红外热成成像单元进行拍照，并再通过信息传递模块将红外热像图数据传输到地面站的地面工作站中进行查看、存储、分析等，也可存储于机载的便携式存储设备中，待结束巡检作业任务后导入到计算机中进行后续的分析处理。

本发明采用激光测距单元实时得到被测光伏组件与红外热成像单元之间的垂直距离，并将该距离与无人机到达被测对象中心位置时二者之间的理论垂直距离向比较，来进行判断无人机是否处于最理想的拍摄位置，确保得到最佳的拍摄图像，以保证检测结果的准确可靠。本发明原理简单，操作容易，准确度高，易于实施。

具体实施时，所述飞行本体为无人机。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，所述拍照组件和测距组件设置在同一平面上。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，所述拍照组件包括可见光摄像单元6和红外热成像单元5。所述可见光摄像单元6拍摄的数据信息传递给所述地面工作站；所述红外热成像单元5用于拍摄所述光伏组件的红外热像图。

所述地面工作站根据所述可见光摄像单元6拍摄的数据信息，向所述飞行本体提供继续飞行的第一信息参数和终止飞行的第二信息参数。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，在所述飞行本体上还设有存储单元，用于存储所述拍摄数据信息。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，在所述飞行本体上设有信息传递模块，所述信息传递模块用于向所述地面工作站传递摄数据信息。

具体实施时，所述信息传递模块还可以传递飞行本体的飞行参数信息。所述飞行参数信息包括飞行本体的飞行倾斜角度、飞行方向、飞行高度等信息。

所述信息传递模块可以通过有线或无线方式进行信息传递。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，所述测距组件为激光测距单元4。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，在所述飞行本体上还设有全球定位系统。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，所述调整组件包括吊舱或相机云台3。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，在所述调整模块内设有伺服驱动模块。

本发明的光伏组件巡检拍照控制系统还可以对光伏阵列进行拍摄，所述的光伏阵列为成阵列排列的多个光伏组件。具体工作过程为同时对整个光伏阵列拍摄，或分别对每一个所述光伏组件进行拍摄。

本发明的另一实施例公开了一种光伏组件巡检拍照控制系统，与上述实施例相比，本实施例中，选用带有激光测距单元4的无人机机载吊舱或多轴云台，激光测距单元4的镜头与红外热成像单元5的镜头在同一个平面，并配备一个可见光摄像单元6辅助进行观测，可见光摄像单元6、热红外成像单元和激光测距单元4集成在一起安装在吊舱内或相机云台3上，吊舱或相机云台3固定安装与无人机的下端。

所述吊舱或相机云台3在无人机地面工作站的操作下，通过电台向其发射控制指令，控制吊舱或相机云台3的伺服驱动模块控制其转动和转向。在开始无人机巡检作业前，首先确定安装在支架2上的光伏组件1的安装角度，并调整吊舱和相机云台3使可见光摄像单元6、红外热成像单元5和激光测距单元4在无人机水平飞行状态时的镜头中心线与被测光伏组件1或阵列垂直。

所述激光测距单元4在无人机飞行作业时，可将实时测得的与光伏组件1之间的距离反馈到地面工作站，所述地面工作站内置程序对该距离进行实时运算，并将结果反馈给无人机的飞行控制模块，当该距离大于设定值时，控制无人机继续向前飞行，当该距离等于设定值时，控制无人机停止飞行，保持悬停状态，并反馈给地面工作站，地面工作站的发射端向无人机的信息传递模块接收端发射控制指令，并通过与信息传递模块连接的数据线控制红外热成成像单元进行拍照，并再通过信息传递模块将红外热像图数据传输到地面站的地面工作站中进行查看、存储、分析等，也可存储于机载的便携式存储设备中，待结束巡检作业任务后导入到计算机中进行后续的分析处理。

通过采用激光测距单元4实时得到被测光伏组件1与红外热成像单元5之间的垂直距离，由于光伏组件1的安装角度、无人机的飞行高度均为已知或可测数据，从而可以通过判断被测光伏组件1与红外热成像单元5之间的垂直距离的大小来判断无人机是否位于光伏组件1的中线位置，为得到最理想的光伏组件1的红外热像图提供了控制思路，确保太阳能光伏电站巡检结果的可靠性。

如图1所示，本发明针对带有一定安装角度的太阳能光伏组件或光伏阵列，安装角度为α，一个光伏组件(或阵列)的宽度记为a，长度记为b。

如图2所示，本发明的任务负载包括吊舱或相机云台3、激光测距单元4、红外热成像单元5、可见光摄像单元6和测试装置防护罩7。其中，吊舱或相机云台3可选用多轴陀螺稳定光电吊舱或多轴相机云台，通过螺栓固定安装于无人机的下端；激光测距单元4可选用0-100m激光测距模块，通过数据线与无人机机载信息传递模块相连；红外热成像单元5为一非制冷高分辨率的红外热成像仪机芯，为确保拍摄照片的分辨率，可选用320×240及以上分辨率的红外热成像仪机芯，可见光摄像单元6可选用普通或高清摄像仪，该两个成像单元均通过数据线与无人机机载信息传递模块相连。

图3、图4为本发明的所述拍照组件至光伏组件的距离L计算示意图，通过所述激光测距单元4在无人机飞行作业时，可将实时测得的与光伏组件之间的距离反馈到无人机的地面工作站，地面工作站对该距离进行判断并反馈给无人机的飞行控制模块，如果该距离不等于设定值，控制无人机继续向前飞行，如果一旦与设定值相等，则控制无人机停止并保持悬停，地面工作站通过信息传递模块向红外热成像单元5发出拍照指令，这时拍摄得到的照片为被测光伏组件或光伏阵列1的正视红外照片，为最理想状态下的图像。拍摄结束后，继续控制无人机向前飞行作业，继续下一个光伏组件或光伏阵列的检测。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种光伏组件巡检拍照控制系统，用于监测光伏组件，所述光伏组件包括两个倾斜边和两个水平边，其特征在于包括：

飞行本体；

飞行控制模块，控制所述飞行本体的飞行倾斜角度和飞行方向；

拍照组件，所述拍照组件固定连接在所述飞行本体下方，用于拍摄所述光伏组件，并形成拍摄数据信息；

调整组件，设置在所述飞行本体上，用于调整所述拍照组件的角度；

测距组件，设置在所述飞行本体上，用于实时测量所述拍照组件与所述光伏组件的直线距离；

地面工作站，用于显示所述拍摄数据信息和提供所述飞行控制模块、拍照组件和调整组件的工作参数。

2.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

所述拍照组件和测距组件设置在同一平面上。

3.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

所述拍照组件包括可见光摄像单元和红外热成像单元。

4.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

在所述飞行本体上还设有存储单元，用于存储所述拍摄数据信息；或

在所述飞行本体上设有信息传递模块，所述信息传递模块用于向所述地面工作站传递摄数据信息。

5.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

所述测距组件为激光测距单元。

6.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

在所述飞行本体上还设有全球定位系统。

7.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

所述调整组件包括吊舱或相机云台。

8.根据权利要求1所述的光伏组件巡检拍照控制系统，其特征在于，

在所述调整模块内设有伺服驱动模块。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述的光伏组件巡检拍照控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤，

测量光伏组件倾斜边的长度b和光伏组件的倾斜角度α；

通过调整组件调整拍照组件与所述光伏组件倾斜面平行；

通过飞行控制模块控制飞行本体水平飞行，飞行方向为所述太阳能光伏组件倾斜边延伸方向，测量所述飞行本体飞行高度H；

所述地面工作站计算所述拍照组件至光伏组件的垂直距离L， $L=H\×\sec \mathrm{\α}-\frac{b}{2}\×\tan \mathrm{\α};$

所述测距组件实时测量拍照组件与光伏组件的直线距离Li，将Li与L进行比较：若Li≠L，则飞行本体继续飞行，若Li＝L，则飞行本体保持悬停，启动所述拍照组件进行拍照过程，然后所述飞行本体继续飞行或停止飞行。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

在所述飞行本体以水平方式飞行时，首先所述飞行控制模块控制所述飞行本体至光伏组件中心上方。