CN107220666A - 一种多目云测量系统及方法 - Google Patents

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沈平
陈煜达
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Abstract

本发明涉及一种多目云测量系统及方法，包括至少三台图像采集设备，图像采集设备通过网络连接中央服务器，将监控区域上空的云团的图像信息发送给中央服务器,中央服务器通过计算分析,提取云团的特征信息,最终将分析计算的结果提交应用，图像采集设备与中央服务器设有交换机，通过交换机将图像采集设备与中央服务器之间信息进行交互。本发明系统的结构简单、设计合理，通过本系统中图像采集设备的实时图像信息的采集，并通过中央服务器的数据分析与转换，为聚光场上空云团状态量化提供了基础，同时通过对历史数据进行数据挖掘，从而能够对该地区的云团能够做到较好的短时预测；通过常年累月的数据采集，为日常运营的优化提供数据支撑。

Description

一种多目云测量系统及方法
【技术领域】
本发明涉及一种多目云测量系统及方法，属于云检测技术领域。
【背景技术】
塔式光热太阳能聚光场是将低能流太阳辐射能进行汇聚, 在集热器上形成高能流太阳辐射能, 从而达到较高光热转化效率。在日常运营过程中, 天空中的大面积云团会对照到到聚光场的太阳辐射能造成阻挡, 使得聚光场投入到集热器的光路瞬间消失或消减,因此对聚光场上空的大云团测量和分析对系统运营有其重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种多目云测量系统及方法，能够很好的检测聚光场上方的云，从而对塔式光热太阳能聚光场的实时云监测与短时云预测提供参考量化依据。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明所述的一种多目云测量系统，其特征在于：包括至少三台图像采集设备，所述的图像采集设备通过网络连接中央服务器，将监控区域上空的云团的图像信息发送给中央服务器, 中央服务器通过计算分析, 提取云团的特征信息, 最终将分析计算的结果提交应用，所述的图像采集设备与中央服务器设有交换机，通过交换机实现图像采集设备与中央服务器之间的信息进行交互。
在本发明中：所述的图像采集设备包括广角相机、平台、透明玻璃罩、遮阳球、支架、两轴传动机构和控制器，所述的控制器具有GPS时钟同步功能，所述的两轴传动机构上水平设有平台，平台上设有透明玻璃罩，透明玻璃罩内设有广角相机，所述的遮阳球固定在支架上，支架固定在两轴传动机构的一端，所述的两轴传动机构通过连接线连接控制器，控制器实现两轴连续跟踪, 保证遮阳球、相机镜头、太阳成在一条直线上，同时控制器与中央服务器的通讯, 将采集到的实时图像信息上传给中央服务器。
在本发明中：所述两轴传动机构包括俯仰轴减速机、电机和方位轴减速机，所述的支架固定在俯仰轴上, 支架可以绕俯仰轴旋转, 也可绕方位轴旋转, 保证太阳光不会直接照射到广角相机的镜头内。
在本发明中：所述广角相机配有滤光片, 滤光滤掉杂散光。
一种基于多目云测量方法，包括如下步骤：
（1）、获取当前时刻t, 初始化图像采集设备的编号为cam_id=1；
其中：图像采集设备按照既定采样周期Δt进行图像采集的时间序列集合, 记为T={t1, t2, …, tM}, 集合元素ti表示采集时刻, 下标表示采集时刻的先后次序；图像采集设备数量用符号NUM_CAM 表示；图像采集设备编号集合：CAM_ID={1, 2, …, NUM_CAM }；云团数量：NUM_CLD(cam_id, t)表示图像采集设备cam_id在t时刻视场范围内的云团数量；云团编号集合：CLD_ID={1, 2, …, NUM_CLD(cam_id, t)}表示图像采集器cam_id 在t时刻的云团编号的集合；采样次数阀值：NUM_SMP, 中央服务器用于判定云团运动轨迹的采集次数阀值；
（2）、图像采集设备cam_id完成图像采集，获取图像信息为Raw(t, cam_id)；
（3）、图像采集设备cam_id对Raw(t, cam_id)数据进行预处理, 获得云团编号集合CLD_ID(t, cam_id)和云团特征信息CLD_FT(t, cam_id)；
（4）、图像采集设备cam_id将CLD_ID(t, cam_id)、CLD_FT (t, cam_id)通过网络上传给中央服务器；
（5）、图像采集设备编号cam_id = cam_id + 1；
（6）、若cam_id>NUM_CAM，则继续，否则返回步骤（2）；
（7）、t=t+Δt, 返回步骤（1）。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明系统的结构简单、设计合理，通过本系统中图像采集设备的实时图像信息的采集，并通过中央服务器的数据分析与转换，为聚光场上空云团状态量化提供了基础，同时通过对历史数据进行数据挖掘，从而能够对该地区的云团能够做到较好的短时预测；由本发明的系统和方法，通过常年累月的数据采集，为日常运营的优化提供数据支撑。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的检测系统示意图；
图2是本发明中图像采集设备的示意图。
图中：1.图像采集设备；2.中央服务器；3.交换机；4.平台；5.透明玻璃罩；6.广角相机；7.遮阳球；8.支架；9.控制器；10.连接线；11.电机；12.俯仰轴减速机；13.方位轴减速机。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1-2所示，一种多目云测量系统，其特征在于：包括至少三台图像采集设备1，所述的图像采集设备1通过网络连接中央服务器2，将监控区域上空的云团的图像信息发送给中央服务器2, 中央服务器2通过计算分析, 提取云团的特征信息, 最终将分析计算的结果提交应用，所述的图像采集设备1与中央服务器2设有交换机3，通过交换机3实现图像采集设备1与中央服务器2之间的信息进行交互。所述的图像采集设备1包括广角相机6、平台4、透明玻璃罩5、遮阳球7、支架8、两轴传动机构和控制器9，所述的控制器9具有GPS时钟同步功能，所述的两轴传动机构上水平设有平台4，平台4上设有透明玻璃罩5，透明玻璃罩5内设有广角相机6，所述的遮阳球7固定在支架8上，支架8固定在俯仰轴减速机12的俯仰轴上，所述的两轴传动机构通过连接线10连接控制器9，控制器9实现两轴连续跟踪, 保证广角相机6的镜头一直处于遮阳球7的阴影中，同时控制器9与中央服务2器的通讯, 将采集到的实时图像信息上传给中央服务器2。所述平台4既不会绕俯仰轴旋转，也不会饶方位轴旋转，相对地面保持静止。所述两轴传动机构包括俯仰轴减速机12、电机11和方位轴减速机13，所述的支架8固定在俯仰轴上, 支架8可以绕俯仰轴旋转, 也可绕方位轴旋转, 保证太阳光不会直接照射到广角相机6的镜头内，所述广角相机6配有滤光片, 可以滤光滤掉杂散光。
一种基于多目云测量方法，包括如下步骤：
（1）、获取当前时刻t, 初始化图像采集设备的编号为cam_id=1；
其中：图像采集设备按照既定采样周期Δt进行图像采集的时间序列集合, 记为T={t1, t2, …, tM}, 集合元素ti表示采集时刻, 下标表示采集时刻的先后次序；图像采集设备数量用符号NUM_CAM表示；图像采集设备编号集合：CAM_ID={1, 2, …, NUM_CAM}；云团数量：NUM_CLD(cam_id, t)表示图像采集设备cam_id在t时刻视场范围内的云团数量；云团编号集合：CLD_ID={1, 2, …, NUM_CLD(cam_id, t)}表示图像采集器cam_id 在t时刻的云团编号的集合；采样次数阀值：NUM_SMP, 中央服务器用于判定云团运动轨迹的采集次数阀值；
（2）、图像采集设备cam_id完成图像采集，获取图像信息为Raw(t, cam_id)；
（3）、图像采集设备cam_id对Raw(t, cam_id)数据进行预处理, 获得云团编号集合CLD_ID(t, cam_id)和云团特征信息CLD_FT(t, cam_id)；
（4）、图像采集设备cam_id将CLD_ID(t, cam_id)、CLD_FT (t, cam_id)通过网络上传给中央服务器；
（5）、图像采集设备编号cam_id = cam_id + 1；
（6）、若cam_id>NUM_CAM，则继续，否则返回步骤（2）；
（7）、t=t+Δt, 返回步骤（1）。
在本发明中所述的中央服务器的数据处理流程如下：
（1）、初始化预测队列Predict Queue={};
（2）、获取当前时刻 ;
（3）、初始化图像采集器编号cam_id=1;
（4）、服务器收到图像采集器cam_id上传的数据CLD_ID(t, cam_id)、CLD_FT(t, cam_id);
（5）、图像采集器编号cam_id = cam_id + 1;
（6）、若cam_id >NUM_CAM，则继续后续步骤，否则返回步骤2);
（7）、服务器将时刻所有的信息整理成表Data Sheet(t);
（8）、若Predict Queue集合元素数量<NUM_SMP,则将Data Sheet(t)添加到PredictQueue的队尾, 跳至步骤10), 否则先清掉Predict Queue的队列头，再将Data Sheet(t)添加到Data Sheet(t)的队尾, 继续后续步骤;
（9）、通过图像特征匹配技术, 综合分析队列Predict Queue中所有信息,完成云团编号匹配, 并通过解算获得所有云团的位置坐标、高度、尺寸等参数;
（10）、t=t+Δt , 返回步骤（2）。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (5)

1.一种多目云测量系统，其特征在于：包括至少三台图像采集设备，所述的图像采集设备通过网络连接中央服务器，将监控区域上空的云团的图像信息发送给中央服务器, 中央服务器通过计算分析, 提取云团的特征信息, 最终将分析计算的结果提交应用，所述的图像采集设备与中央服务器设有交换机，通过交换机实现图像采集设备与中央服务器之间的信息进行交互。
2.根据权利要求1所述一种多目云测量系统，其特征在于：所述的图像采集设备包括广角相机、平台、透明玻璃罩、遮阳球、支架、两轴传动机构和控制器，所述的控制器具有GPS时钟同步功能，所述的两轴传动机构上水平设有平台，平台上设有透明玻璃罩，透明玻璃罩内设有广角相机，所述的遮阳球固定在支架上，支架固定在两轴传动机构的一端，所述的两轴传动机构通过连接线连接控制器，控制器实现两轴连续跟踪, 保证相机镜头一直处于遮阳球的阴影中，同时控制器与中央服务器的通讯, 将采集到的实时图像信息上传给中央服务器。
3. 根据权利要求2所述的一种多目云测量系统，其特征在于：所述两轴传动机构包括俯仰轴减速机、电机和方位轴减速机，所述的支架固定在俯仰轴上, 支架可以绕俯仰轴旋转, 也可绕方位轴旋转, 保证太阳光不会直接照射到广角相机的镜头内。
4. 根据权利要求2所述的一种多目云测量系统，其特征在于：所述广角相机配有滤光片, 滤光滤掉杂散光。
5.一种基于多目云测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、获取当前时刻t, 初始化图像采集设备的编号为cam_id=1；
其中：图像采集设备按照既定采样周期Δt进行图像采集的时间序列集合, 记为T={t1,t2, …, tM}, 集合元素ti表示采集时刻, 下标表示采集时刻的先后次序；图像采集设备数量用符号NUM_CAM表示；图像采集设备编号集合：CAM_ID={1, 2, …, NUM_CAM}；云团数量：NUM_CLD(cam_id, t)表示图像采集设备cam_id在t时刻视场范围内的云团数量；云团编号集合：CLD_ID={1, 2, …, NUM_CLD(cam_id, t)}表示图像采集器cam_id 在t时刻的云团编号的集合；采样次数阀值：NUM_SMP, 中央服务器用于判定云团运动轨迹的采集次数阀值；
（2）、图像采集设备cam_id完成图像采集，获取图像信息为Raw(t, cam_id)；
（3）、图像采集设备cam_id对Raw(t, cam_id)数据进行预处理, 获得云团编号集合CLD_ID(t, cam_id)和云团特征信息CLD_FT(t, cam_id)；
（4）、图像采集设备cam_id将CLD_ID(t, cam_id)、CLD_FT (t, cam_id)通过网络上传给中央服务器；
（5）、图像采集设备编号cam_id = cam_id + 1；
（6）、若cam_id>NUM_CAM，则继续，否则返回步骤（2）；
（7）、t=t+Δt, 返回步骤（1）。
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