CN104704299B - 确定潜在太阳能安装表面积的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种确定太阳能电池板潜在安装表面的装置及方法。该方法包括从顶部图像数据库提取各自位置的至少一个顶部图像；识别所述至少一个顶部图像内至少一个表面的轮廓；确定与所述表面轮廓有关的图形，所述图形包括至少一个面；基于所述至少一个面确定太阳能电池板的潜在安装面积；及显示覆盖在所述顶部图像上的潜在安装面积。
Description
相关申请的交叉引用
本申请为2013年8月25日提交的国际专利申请PCT/IL2013/050715的继续案，其要求2012年8月28日申请的美国临时专利申请No.61/693,787的权益，该专利的内容通过引用而并入本申请中。
技术领域
本公开一般涉及确定适合安装太阳能电池板的位置的系统和方法，更具体地说，本发明涉及用于确定构筑物太阳能电池板安装表面积的系统和方法。
背景技术
世界能源需求增加，能源越来越难获取，需要再生能源强化技术。因此，能源逐渐缺乏，并且需要越来越复杂的技术来得以弥补。除传统能源之外，可以利用其它替代能源产生系统。这些系统包括水力发电、能量热转化和机械转化、风力和太阳能。为了满足世界日益增加的能源需求，增加太阳能的使用量是必然的。
太阳能系统发电或加热水的有效性取决于利用太阳能的具体位置。肉眼评估和手动估计可以对太阳能产生点的效率和有效性提供一些指示，但是效率低下，并且频繁出错。
目前在先有技术中，评估构筑物放置太阳能电池板的潜力以产生动力的评估方法劳动强度较大。典型的房屋评估包括利用各种仪器及爬到指定表面上，通过估计可能产生的功率(通常是以KW－小时形式)来评估太阳能动力潜力。这种评估还要考虑其它构筑物和物体所产生的阴影的影响。基于估计的功率产生和任何潜在的阴影，评估预期的投资回报率。如果构筑物具有必要的几何规格及合理的年日光照射量，然后，推荐符合要求投资回报率(ROI)的某一尺寸的太阳能系统。但是，这一过程耗时较多，成本相对高昂。
值得注意的是，评估构筑物放置太阳能电池板的潜力的数字解决方案在相关技术中有所讨论，例如，一个解决方案在名称为“Method and systems for ProvisioningEnergy Systems(提供能量系统的方法和系统)”的美国专利US 8,417,061有所描述。但是，这种先有技术的解决方案通常需要手动操作，成本高昂，无法提供瞬时的、全球的覆盖率。此外，这种先有技术的解决方案易受人为误差的影响，因此会由于太阳能电池板安装的低效而导致功率的损失。
另一个先有技术解决方案，即名称为“System and Method for Identifying theSolar Potential of Rooftops(确定屋顶太阳能潜力的系统和方法)”的美国专利US 7,500,391描述了一种确定某一屋顶是否符合某一太阳能潜力标准的自动系统。但是，其中所描述的实施例取决于输入的三维地图数据。获得及维持这些三维地图数据的成本非常高。此外，这些三维地图数据需要增强的计算资源来得以存储和处理，因此会降低执行所述三维地图数据的系统的效率。
因此，提供一种经济高效、自动确定潜在太阳能安装表面积的解决方案，克服先有技术的局限性是非常有利的。
附图说明
本发明的主题在说明书结尾的权利要求书中特别进行了指出和清楚地进行了说明。根据下述详细说明及附图，本发明所公开实施例的上述目的和其它目的、特征和优点将显而易见。
图1是用于说明多个公开的实施例的系统的示意图；
图2是流程图，根据一个实施例描述了确定太阳能潜在安装表面积的方法；
图3a是构筑物在实施例所利用的第一位置的顶部图像；
图3b是构筑物在实施例所利用的第二位置的顶部图像；
图4是根据投影确定构筑物相对高度的实施例的示意图；
图5a是确定屋顶图形的示意图；及
图5b是确定屋顶图形的示意图。
具体实施方式
本发明公开的实施例只是本发明创新性教导许多有益用途的实例，注意到这一点是非常重要的。一般说来，本申请说明书的陈述并不一定限制任何各种要求保护的实施例。此外，有些陈述可能适用于某些发明特征，但并不适用于其它发明特征。通常，除非特别声明，单数元件可能是复数，反之亦然，并不会丧失通用性。在图中，在几个视图中，类似的数字指的是类似的部分。
多个示例性实施例包括用于确定太阳能电池板潜在安装表面的系统及方法。接收一个位置的地址并提取所述位置的顶部图像。识别所述位置内表面的轮廓(例如屋顶)。与轮廓表面(outlined surface)有关的图形及太阳能电池板的潜在安装面积根据轮廓面积确定。所述系统进一步将这一信息与其它类型的信息(包括日光路径及经济刺激措施)相结合，从而确定提议太阳能系统的发电能力及经济可行性。在一个实施例中，所述系统以所述位置顶部图像上的覆盖量的形式显示潜在安装面积。
参考图1，图1描述了用于评估有效太阳能表面的系统100的多个实施例的示例性和非限制性示意方框图。服务器110与网络120连接。网络120可以是无线网、蜂窝或有线网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、因特网、万维网(WWW)、类似网络及这些网络的任何组合。服务器110配置用于接收一位置。所述位置可能为，但不限于，地址或者地理坐标。服务器110通过130-N与多个数据源(DS)130-1通信连接(这里共同地称之为数据源130或者分别地称之为数据源130)。数据源130配置用于收集和提供地图图像。所述图像可来自于如地图及类似数据源。
在本发明的一个实施例中，系统100可以进一步包括能够储存多个地球地图图像的数据库140。服务器110包括与存储器114连接的处理单元112。存储器114储存指令，当处理单元112执行这些指令时，配置服务器110从一个或多个数据源130提取一个位置的顶部图像。存储器114进一步包含指令，当处理单元112执行这些指令时，配置服务器110对提取的图像进行分析，识别图形及至少一个相关表面。存储器114进一步包含指令，当处理单元112执行这些指令时，配置服务器110，对提取的图像进行分析，识别所提取图像内构筑物的表面轮廓。
通过识别各条直线，并对构成与表面(例如，屋顶)轮廓有关的多边形的各条直线组合进行匹配，在每个表面轮廓内，搜索与表面有关的图形，从而做到这一点。在另一个实施例中，通过统计学上审查通常与屋顶有关的轮廓角度，将识别的各条直线与通常与屋顶有关的轮廓角度进行对比，从而实现这种确定。
根据与表面有关的图形，处理单元112配置用于确定安装太阳能电池板的表面。图形每个面内可用面积的确定，例如，是通过识别表面的结构均匀性来实现的。在一个实施例中，通过确定视点变换和表面法线(例如，可以利用统计评估来确定这两者)，可以确定表面的倾斜度。在另一个实施例中，通过比较具体位置各构筑物的相关信息数据库，例如，包含道路或其它构筑物技术图形的数据库，可以对视点变换进行估计。确定变换和法线后，重新审查面积，确定其是否符合矩形构架，并在识别的屋顶和太阳能电池板的矩形构架之间确定一个最佳位置。根据全球可以利用的标准图像来确定安装太阳能电池板的屋顶的潜力，该方法经济高效，克服了先有技术的缺点。
在一个实施例中，根据位置，确定日照时间周期。例如，可以利用该位置的日照地图、太阳路径地图、天气状况地图、数字地面模型或它们的组合(但并不局限于这些)进行这种确定。识别该位置内的构筑物后，处理单元112执行存储器114内保存的指令，配置系统100，识别与该位置内物体有关的阴影。根据物体投射的阴影，可以确定物体的高度，下面将参考图4对此进行进一步的说明。
在另一个实施例中，识别与该位置周围物体有关的阴影，并据此确定周围构筑物的高度。然后，可以确定这些物体投射在太阳能电池板潜在安装面积上的阴影量，从而确定其有效效率。在另一个实施例中，存储器114进一步包含指令，当处理单元112执行这些指令时，配置服务器110，显示与表面有关的太阳能电池板潜在安装面积的覆盖量。
图2是一个示例性和非限制性流程图200，根据一个实施例描述了确定太阳能潜在安装表面的方法。为了确定一个位置安装太阳能电池板的潜力，在S210中，接收到这个位置。所述位置可以包括，例如，位置地址，地理坐标等等。地址可以包括街道地址(例如，在特定的城市，州，和/或国家的街道门牌号)、地理坐标等，但并不局限于这些。
在S220中，例如，从数据源130提取该位置的顶部图像。通过利用顶部图像(其相对于3D地图数据更便宜且更易获取)来自动确定太阳能电池板潜在安装表面，使用者能够容易且高效地接收用于放置他们的太阳能电池板的好的潜在位置，以及全部的潜在表面。在S230中，识别该位置至少一个表面的轮廓。在S235中，确定与安装太阳能电池板构筑物的至少一个表面有关的图形。所述凸形包括至少一个面。
在S240中，确定表面倾斜度。在一个实施例中，确定与位置周围物体有关的阴影，及据此确定周围物体的相对高度。基于包含在图形内的面积大小，可基于所述相对高度来计算实际高度。基于物体的阴影来确定其相对高度将进一步参考图4在下文中进行说明。
在S245中，例如，通过考虑由在表面上的物体或者在表面附近的物体产生的阴影、所述太阳能电池板的安装位置等，来确定太阳能电池板的潜在安装面积。
在任选的S250中，以所提取图像的覆盖量的形式显示与表面有关的太阳能电池板潜在安装面积覆盖量。在S260中，检查是否已经接收到用于太阳能电池板的潜在位置的其它位置，如果是，利用S210继续执行操作；否则的话，执行操作结束。
图3a描述了在第一位置的示例性和非限制性的构筑物310a的第一顶部图像300a。根据一个实施例，顶部图像300a用于确定太阳能安装表面积。顶部图像300a示出了安装太阳能电池板的均匀构筑物310a屋顶。此外，还可以看到构筑物320a的阴影，可用于进一步确定构筑物310a的高度，这将在下文进一步进行描述。
图3b描述了在第二位置的示例性和非限制性的构筑物的第二顶部图像300b。根据一个实施例，顶部图像300b用于确定太阳能安装表面积。顶部图像300b示出了非均匀构筑物310b屋顶。物体320b固定在非均匀构筑物310b屋顶上，减少了太阳能电池板的潜在安装表面。利用物体310b投射的阴影330a可以确定该物体的高度，该物体在周围其它表面上投射阴影，将参考图4在下文中对此进一步进行说明。
图4描述了示例性和非限制性图400，解释了按照一个实施例，根据物体的阴影尺寸确定物体的高度。在图中，400“x”是正实数，x表示物体离太阳的地面距离，其中x>0。S1和S2代表第一高度(如高度“a”)的第一构筑物投射的阴影，及第二高度(如高度“2a”)的第二构筑物投射的阴影。这种确定通过下述公式1进行，其中“h”表示太阳的高度，出于计算的目的，由于太阳与物体之间的相对距离巨大，太阳的高度“h”可以假设为无限大。因此，可以进行下述计算：
2s1≌s2 公式1
熟悉本领域的技术人员将很容易理解的是，上面的公式表明，高度为“2a”的物体投射的阴影是高度为“a”的物体的两倍。通过这种计算，可以确定在指定表面上投射阴影的物体及周围物体的相对高度，基于由物体所投射阴影的相对尺寸。通过了解一个物体投射在指定表面上的阴影图，可以确定太阳能电池板发电表面积的有效性。根据，例如，在白天由阴影所覆盖的表面部分，效果可能会降低。在一个实施例中，为了确定物体的绝对高度，一个高度已知的物体可在图形内被识别出来。这个已知的高度可以是以前测定的高度，或者是记录中提供的高度。
根据一个实施例，图5a和5b描述了与所用的均匀表面500a和500b相关的屋顶图形510a和510b的顶视图的示例性和非限制性示意图。在一个实施例中，各直线组合可能被识别和匹配，从而确定具有矩形形状的屋顶的轮廓。在每个矩形中，屋顶图形被识别。图形510a和510b只是通常看到的屋顶形状的实例，数据库可以包含其它可以识别为潜在太阳能电池板安装屋顶的形状。
本发明这里所公开的各实施例以硬件、固件、软件或它们的组合实施。此外，软件优选以应用程序实施，应用程序安装在由各部分，或某些装置与/或装置组合组成的程序存储单元上或计算机可读介质上。应用程序可以上传到包含任何合适架构的机器上，并由该机器执行。该机器优选在具有硬件，如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、存储器与输入/输出接口的计算机平台上实施。计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。此处描述的各种处理和功能可以是由CPU执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分，或者是它们的任何组合，不管是否清楚示出此种计算机或处理器。此外，计算机平台可连接各种其它外围设备，如数据存储单元和打印单元。此外，非瞬时性计算机可读介质是除瞬时性传播信号外的任何计算机可读介质。
此处列举的所有实例及条件语言旨在用于教导目的，帮助读者理解本公开的实施例的原理及发明人的理念，进一步对技术进行阐释，并且应解释为并不局限于此类具体列举的实例和条件。此外，此处列举的本发明的原理、方面及实施例的所有陈述，以及它们的具体实例，旨在包含其结构性和功能性的相当物。此外，此类相当物包括目前已知的相当物以及将来开发的相当物，即开发的不管其结构如何，但执行相同功能的任何元件。
熟悉本领域的技术人员将很容易注意到，可以实现本公开的其它实施例，但并不背离本公开的范围。所有此类实施例均包括在本公开中。本公开的范围应仅由其权利要求书限制。
Claims (19)
1.一种确定太阳能电池板潜在安装表面的方法，包括：
从顶部图像数据库提取一位置的至少一个顶部图像；
识别所述至少一个顶部图像内至少一个表面的轮廓；
确定与所述表面轮廓有关的图形，所述图形组成表面轮廓的至少一个面；
基于所述至少一个面确定太阳能电池板的潜在安装面积；及
显示覆盖在所述顶部图像上的潜在安装面积；
其中通过统计学上审查通常和屋顶有关的轮廓角度，将识别的各条直线与通常和屋顶有关的轮廓角度进行对比，确定太阳能电池板的潜在安装面积，
其中轮廓的确定进一步包括：
识别固定在所述表面上的至少一个物体；
识别与至少一个物体有关的阴影；其中进一步基于所述识别的阴影确定所述面；
确定所述阴影对所述太阳能电池板的有效性的影响；以及
根据阴影影响，校正预期的太阳能电池板功率输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置通过以下几项中的至少一项进行确定：街道地址、地理坐标。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
识别所述位置的至少一个物体；及
识别与所述至少一个物体有关的阴影。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
确定所述阴影对所述太阳能电池板的有效性的影响；及
根据阴影影响，校正预期的太阳能电池板功率输出。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定所述至少一个面的倾斜度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述倾斜度的确定进一步包括：确定视点变换和地面法线。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定所述位置的日照时间周期。
8.根据权利要求7所述的方法，其中确定日照时间周期是基于任何来源于下述途径的信息：日照地图、太阳路径地图、数字地面模型和天气状况地图。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：确定表面的结构均匀性，其中基于所述表面的结构均匀性来确定潜在安装面积。
10.一种非瞬时性计算机可读介质，其上储存促使一个或多个处理单元执行权利要求1所述方法的指令。
11.一种确定太阳能电池板潜在安装表面的装置，所述装置包括：
处理单元；
与所述处理单元连接且包含指令的存储器，当处理单元执行这些指令时，配置所述装置，从而：从顶部图像数据库提取一位置的至少一个顶部图像；识别所述至少一个顶部图像内至少一个表面的轮廓；确定与所述表面轮廓有关的图形，所述图形组成表面轮廓的至少一个面；基于所述至少一个面确定太阳能电池板的潜在安装面积；及显示覆盖在所述顶部图像上的潜在安装面积；其中通过统计学上审查通常和屋顶有关的轮廓角度，将识别的各条直线与通常和屋顶有关的轮廓角度进行对比，确定太阳能电池板的潜在安装面积，
其中所述装置进一步配置为：
识别所述位置的固定在所述至少一个表面上的至少一个物体；及
识别与所述至少一个物体有关的阴影。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述位置通过街道地址和地理坐标确定。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置进一步配置为：
确定阴影对太阳能电池板的有效性的影响；及
根据阴影影响，校正预期的太阳能电池板功率输出。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置进一步配置为：确定至少一个面的倾斜度。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述装置进一步配置为：确定视点变换和地面法线。
16.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置进一步配置为：
识别固定在表面上的至少一个物体；
识别与固定在表面上的至少一个物体有关的阴影；其中进一步基于所述识别的阴影确定所述面；
确定所述阴影对所述太阳能电池板的有效性的影响；以及
根据阴影影响，校正预期的太阳能电池板功率输出。
17.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置进一步配置为：确定位置的日照时间周期。
18.根据权利要求17所述的装置，其中确定日照时间周期是基于至少来源于下述途径的信息：日照地图、太阳路径地图、天气状况地图和数字地面模型。
19.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置进一步配置为：确定表面的结构均匀性，其中基于所述表面的结构均匀性来确定潜在安装面积。
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