CN109818574A

CN109818574A - 基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法

Info

Publication number: CN109818574A
Application number: CN201711179003.6A
Authority: CN
Inventors: 陈尧; 魏琳; 王角
Original assignee: Nanjing Mould Unreal Sky Science And Technology Of Aviation Co Ltd
Current assignee: Nanjing Mould Unreal Sky Science And Technology Of Aviation Co Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，包括无人机和地面端。所述无人机，负责挂载红外摄像机对光伏太阳能板区域航摄，包括系统控制、无人机自动任务、图像识别和数码航摄四大模块；所述数码航摄模块，包括红外摄像机；所述地面端，可以浏览光伏太阳能板上热斑和位置信息等，发送飞控指令等。所述方法，包括步骤：通过UAV对光伏太阳能板区域航摄，确定UAV飞行参数，建立光伏太阳能板位置和编号对应关系的数据库；无人机挂载红外摄像机采集红外数据；图形识别模块实时识别热斑；若有，通过查找所述位置信息数据库，确定热斑所在光伏太阳能板上的编号，并发送给地面端。通过本发明，能够及时修复光伏太阳能板的热斑。

Description

基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机应用、视觉识别/模式识别技术、热斑检测技术领域，尤其涉及到基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法。

背景技术

本发明中包含的英文简称如下：

UAV：Unmanned Aerial Vehicles无人机

IMU：Inertial measurement unit惯性测量单元

GPS：Global Positioning System全球定位系统

UCS：UAV Control System无人机控制系统

GCS：Ground Control Station地面控制站

DEM：Digital Elevation Model数字高程模型

DOM：Digital Orthophoto Map数字正射影像图

DSM：Digital Surface Model数字地表模型

光伏太阳能板长期使用中，难免有鸟禽排泄物、浮土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在光伏太阳能板上形成了阴影。由于局部阴影的存在，光伏太阳能板中某些电池单片的电流以及电压发生了变化。从而导致光伏太阳能板局部电流与电压之积增大，使光伏太阳能板的局部温度上升，这种现象叫“热斑”。热斑现象的产生对光伏太阳能板有一定的损害性，故需要通过巡检来及时发现产生热斑现象的光伏太阳能板。目前，大多数光伏太阳能板都是人工巡检，且人工巡检工作量较大，巡检效率也较低，从而不能及时有效地进行光伏太阳能板的热斑检测。

针对以上问题，现有技术中也作了许多改进，例如中国专利申请号为201710046412.2的发明申请专利公开了一种光伏组件热斑检测的方法以及系统，设置于无人机上的图像采集装置采集光伏电站的待检测区域的光伏组件的多幅图像，上述图像至少包含红外图像；图像处理装置获取上述图像，将上述图像进行图像拼接，得出上述待检测区域的全景图像，对上述全景图像进行热斑检测，得出检测结果。通过无人机上的图像采集装置采集光伏电站的光伏组件图像，即利用无人机巡检光伏电站，然后利于图像处理技术对光伏组件图像进行处理，以完成热斑检测。然而，该发明专利需要拼接图像，很可能做不到实时检测。

发明内容

为了克服已有技术中存在的缺陷，本发明提供了基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，及时了解光伏太阳能板产生的热斑情况和及时修复。

基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述系统，包括无人机管理系统和地面端。

所述无人机管理系统，负责无人机的飞行任务指派和后勤工作，包括无人机。

所述地面端，可以浏览到光伏太阳能板上热斑和位置信息等，以及将飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

进一步地，所述无人机，负责挂载红外摄像机对待巡检的光伏太阳能板区域航摄，包括系统控制模块、无人机自动任务模块、数码航摄仪模块、模式识别模块和通信模块；而且，系统控制模块分别与无人机自动任务模块、数码航摄模块、图像识别模块和通信模块相互连接。

进一步地，所述系统控制模块，接收地面端(如地面移动终端)发送过来的控制命令与数据，经计算处理，输出控制指令给无人机执行机构。

进一步地，所述无人机自动任务模块，自动地为无人机生成各种飞行航线，另外，无人机还可以人工操控。

进一步地，所述数码航摄模块，包括红外摄像机。

进一步地，所述图像识别模块，负责对热斑进行识别，以及确定该热斑的纬度和经度信息。

进一步地，所述通信模块，负责无人机与地面端之间的无线通信，例如，无人机航拍视频/图片的实时传输到地面端，以及地面端的飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

进一步地，所述红外摄像机，负责航摄光伏太阳能板，并实时传送机图像识别模块，包括GPS模块。

进一步地，所述GPS模块，能够给出红外图像的纬度和经度信息。

基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过UAV预先在待检测光伏太阳能板区域试飞，确定UAV飞行参数，以及建立光伏太阳能板纬度及经度和它的编号的对应关系的位置信息数据库。

(2)无人机挂载红外摄像机采集红外数据

(3)图形识别模块实时识别光伏太阳能板的热斑(或坏板)

(4)光伏太阳能板有热斑？若无转(2)

(5)若有，根据红外图像上的纬度和经度，通过查找所述位置信息数据库，则确定热斑所在光伏太阳能板上的编号，并发送给地面端，例如，地面移动终端。

基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，包括无人机和地面端。所述无人机，负责挂载红外摄像机对待巡检的光伏太阳能板区域航摄，包括系统控制模块、无人机自动任务模块、图像识别模块和数码航摄模块；所述数码航摄模块，包括红外摄像机；所述地面端，可以浏览到光伏太阳能板上热斑和位置信息等，以及将飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。所述方法，其特征在于，包括步骤：通过UAV预先在待检测光伏太阳能板区域试飞，确定UAV飞行参数，以及建立光伏太阳能板纬度及经度和它的编号的对应关系的位置信息数据库；无人机挂载红外摄像机采集红外数据；图形识别模块实时识别光伏太阳能板的热斑；光伏太阳能板有无识别到热斑；若有，根据红外图像上的纬度和经度，通过查找所述位置信息数据库，则确定热斑所在光伏太阳能板上的编号，并发送给地面端。通过本发明，能够及时修复光伏太阳能板的热斑。

附图说明

图1为本发明所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法的框架示意图。

图2为本发明所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法的模块功能示意图。

图3为本发明所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法的流程示意图。

具体实施方式

下面是根据附图和实例对本发明的进一步详细说明：

图1为本发明所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法的框架示意图。所述系统，包括无人机管理系统150和地面端160。

所述无人机管理系统150，负责无人机170的飞行任务指派和后勤工作，包括无人机170。

所述地面端160，可以浏览到光伏太阳能板上热斑和位置信息等，以及将飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

所述无人机170，包括系统控制模块110、无人机自动任务模块120、数码航摄模块135、图像识别模块130和通信模块140；而且，系统控制模块110分别与无人机自动任务模块120、数码航摄模块130和通信模块140相互连接。

进一步地，所述系统控制模块110，接收地面端(如地面移动终端)发送过来的控制命令与数据，经计算处理，输出控制指令给无人机执行机构。

进一步地，所述无人机自动任务模块120，自动地为无人机生成各种飞行航线，另外，无人机还可以人工操控。

进一步地，所述数码航摄模块135(或航摄仪171)，包括红外摄像机175、航摄像机180。

进一步地，所述通信模块140，负责无人机与地面端之间的无线通信，例如，无人机航拍红外视频/图片的实时传输到地面端，以及地面端的飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

进一步地，所述红外摄像机175，包括GPS模块，负责航摄光伏太阳能板，并实时传送给红外视频给机载图像识别模块130。

进一步地，所述GPS模块，能够给出红外视频图像的纬度和经度信息。

无人机巡检光伏太阳能板的待检测区域时，需要提前设定好无人机相应的飞行参数以及红外视频图像采集装置的图像采集参数。这样，无人机可以根据预先设定飞行参数进行巡检，而视频图像采集装置可以根据预设的视频图像采集参数进行视频图像采集。

上述视频图像采集参数可以是指视频图像采集装置的航拍角度，即图像采集装置的镜头与光伏组件表面的角度。一般地，为了采集完整清晰的光伏组件表面图像，以提高后续图像处理的准确率，可以将航拍角度调整为与光伏太阳能板表面垂直。当然，也可以将航拍角度设定为其它的数值，在此不作限定。

上述飞行参数可以包括无人机的飞行路线参数即图像采集路线参数和无人机的飞行高度参数，飞行路线参数可以包括无人机飞行路线的起始点坐标以及终点坐标；飞行高度参数可以是指无人机在进行巡检时，所飞行的高度，例如，为30m。

通过红外摄像机的GPS模块，可以实时地给出红外摄像机的纬度和经度。

可以将待检测区域划分为多个子区域，通过确定每个子区域的飞行路线及图形采集路线，以确定完整的视频图像采集路线，例如，当待检测区域内有40组光伏太阳能板，分为四排，每排有十组光伏太阳能板，此时，可以将每一排作为一个子区域，一共有4个子区域，可以设定第一个子区域的飞行路线为从左到右，第二个子区域的飞行路线为从右到左，

第三个子区域的飞行路线为从左到右，而第四个子区域的飞行路线为从右到左，并且采集的顺序依次为第一个子区域、第二个子区域、第三个子区域以及第四个子区域，那么，最后完整的飞行路线也就确定了。

进一步地，在将待检测区域划分为多个子区域后，为了后续步骤更好地确定产生热斑效应的光伏太阳能板的位置，可以人为地为每个子区域的光伏太阳能板加上标记铭牌。加上的标志铭牌可以遵循一定的规律，其标志铭牌所处的位置可以是光伏太阳能板的右小角，或者是左上角，亦或者是其它位置。例如，当待检测区域内有40组光伏太阳能板，分为四排，每排有十组光伏组件，此时，可以将每一排作为一个子区域，分别为A、B、C以及D区域，将A区域的左边第一组光伏太阳能板标记为A1，且将A1在白纸上，固定于第一组光伏太阳能板的左上角，依次地将A区域的光伏太阳能板标记为A2、A3…A10，相应地，其它区域的光伏太阳能板进行类似的标识。当然，标记铭牌上的标志符号还可以为其它，例如，罗马数字，并不限于上述所提及的。

标记铭牌所处的位置以及面积应尽量地合理，以保障视频图像采集装置可以采集到完整清晰的光伏太阳能板的视频图像。

上述飞行参数、光伏太阳能板纬度及经度和视频图像采集参数可以通过预先试飞以确定，即人为地利用地面端远程控制无人机进行试拍，通过所采集到的视频图像数据，选取确定出较好的飞行参数以及建立光伏太阳能板纬度及经度和它的编号的对应关系的位置信息数据库。

将飞行参数、光伏太阳能板纬度及经度和视频图像采集参数确定之后，可以通过地面端100将飞行参数、光伏太阳能板纬度及经度和图像采集参数发送至无人机，无人机可以根据接收到的参数信息，进行自动巡检和对图像进行实时地识别，并能够及时给出热斑所在的光伏太阳能板的编号。当然，也可以人工手动操控，无人机进行巡检，即通过与无人机配套的地面端，控制无人机的红外图像采集路线以及飞行高度等。当在自动巡检过程中，出现意外时，可以切换到手工操控，即自动巡检以及人为操控巡检可以自由切换。

图3为本发明所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法的流程示意图。所述方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过UAV预先在待检测光伏太阳能板区域试飞，确定UAV飞行参数，以及建立光伏太阳能板纬度及经度和它的编号的对应关系的位置信息数据库311。

(2)无人机挂载红外摄像机采集红外数据321。

(3)图形识别模块实时识别光伏太阳能板的热斑331，若是视频，可以对其中的一帧图像进行识别。

(4)光伏太阳能板有热斑？若无转(2)341。

(5)若有，根据红外图像上的纬度和经度，通过查找所述位置信息数据库，则确定热斑所在光伏太阳能板上的编号，并发送给地面端351。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被视为本发明的专利范围所涵盖。

Claims

1.本发明提供了基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述系统，包括无人机管理系统和地面端。

2.如权利要求1所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述无人机管理系统，负责无人机的飞行任务指派和后勤工作，包括无人机。

3.如权利要求1所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述地面端，可以浏览到光伏太阳能板上热斑和位置信息等，以及将飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

4.如权利要求2所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述无人机，负责挂载红外摄像机对待巡检的光伏太阳能板区域航摄，包括系统控制模块、无人机自动任务模块、数码航摄仪模块、模式识别模块和通信模块；而且，系统控制模块分别与无人机自动任务模块、数码航摄模块、图像识别模块和通信模块相互连接。

5.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述系统控制模块，接收地面端(如地面移动终端)发送过来的控制命令与数据，经计算处理，输出控制指令给无人机执行机构。

6.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述无人机自动任务模块，自动地为无人机生成各种飞行航线，另外，无人机还可以人工操控。

7.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述数码航摄模块，包括红外摄像机。

8.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述图像识别模块，负责对热斑进行识别，以及确定该热斑的纬度和经度信息。

9.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述通信模块，负责无人机与地面端之间的无线通信，例如，无人机航拍视频/图片的实时传输到地面端，以及地面端的飞控指令实时发送到无人机的系统控制模块等。

10.如权利要求7所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述红外摄像机，负责航摄光伏太阳能板，并实时传送机图像识别模块，包括GPS模块。

11.如权利要求10所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述GPS模块，能够给出红外图像的纬度和经度信息。

12.如权利要求4所述的基于无人机航摄技术光伏太阳能板热斑检测的系统和方法，所述方法，其特征在于，包括如下步骤：

(2)无人机挂载红外摄像机采集红外数据

(3)图形识别模块实时识别光伏太阳能板的热斑

(4)光伏太阳能板有热斑？若无转(2)

(5)若有，根据红外图像上的纬度和经度，通过查找所述位置信息数据库，则确定热斑所在光伏太阳能板上的编号，并发送给地面端。