CN110131907A - 一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统 - Google Patents

一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统 Download PDF

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倪杭飞
江远财
白帆
曾明
胡中
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Abstract

本发明公开了一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统，其方法包括如下步骤：判断定日镜是否发生故障；根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径；其中，判断定日镜是否故障的步骤包括：计算太阳光经定日镜镜面反射的反射向量；沿反射向量的相反方向路径，采集定日镜图像；根据定日镜图像判断定日镜是否故障：若定日镜图像中未出现太阳光斑或定日镜图像中出现的太阳光斑偏离定日镜图像的中心位置，则认为定日镜故障。本发明实现对定日镜镜场的故障检测及维修路径引导，降低成本的同时还提高故障检测精度及检修效率。

Description

一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统
技术领域
本申请涉及塔式光热电站领域，特别涉及一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统。
背景技术
在能源领域，太阳能作为一种清洁的可再生能源得到越来越多的应用，在太阳能发电领域，太阳能发电方式有光伏发电和光热发电两种。随着科学技术的发展，特别是计算机控制技术的兴起，太阳能热发电技术成为了光伏发电技术之后的新兴太阳能利用技术，塔式太阳能热发电是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳直射光的能量聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，以蒸汽驱动汽轮机发电。
塔式太阳能热发电是采用大量的定日镜将太阳光聚集到一个装在塔顶的吸热器上,通过加热里面的流体推动涡轮转动来发电，由于太阳光线入射角度随天体运动不断变化，为了保证定日镜能准确反射到集热器上，需要对定日镜角度进行实时调整以反射太阳光。
然而，在定日镜长期运行过程中，不可避免的会因为内外力的因素导致定日镜发生故障，而有些故障可能无法直接被控制系统捕获，因此，需要周期性地对定日镜进行检测并安排人员进行维修。
常规的定日镜异常检测主要有2种方法，一种方法是在定日镜上安装传感器，获取定日镜当前定日镜转角信息，再将这些信息与理论角度进行对比即可判断定日镜是否故障，这种方法可以快速判断故障信息，但是需要在每面镜子上加装传感器，对安装要求较高并且有很高的制造成本；第二种方法是在镜场四周架设相机，通过两个相机获取同一时刻同一定日镜图像进行解析计算定日镜当前角度，从而判断定日镜是否异常，这种方式需要定日镜配合相机转至特殊角度进行检测，并且需要每面定日镜都能被两个以上相机视野所覆盖，需要安装较多相机且需要做大量测试和计算，此外该方法需要精确识别目标定日镜条镜边，在实际较为恶劣的成像环境中，识别准确率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统，实现对定日镜镜场的故障检测及维修路径引导，降低成本的同时还提高故障检测精度及检修效率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种定日镜镜场自动故障检修导航方法，包括如下步骤：判断定日镜是否发生故障；根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径；其中，所述判断定日镜是否发生故障包括如下步骤：计算太阳光经定日镜镜面反射的反射向量；沿所述反射向量的相反方向路径，采集定日镜图像；根据所述定日镜图像判断定日镜是否故障：若所述定日镜图像中未出现太阳光斑或所述定日镜图像中出现的太阳光斑偏离所述定日镜图像的中心位置，则认为定日镜故障。
优选地，在所述规划检修路径后，还包括步骤：根据所述检修路径，定位至各故障定日镜。
优选地，所述检修路径为针对整个定日镜镜场的故障定日镜的检修路径或定日镜镜场指定区域的故障定日镜的检修路径。
优选地，在确定待检修的故障定日镜后，所述检修路径为检修所有故障定日镜的最优路径。
优选地，所述检修路径基于深度优先搜索算法计算。
本发明还提供了一种定日镜镜场自动故障检修导航系统，包括若干无人机、故障检测模块和路径规划模块，其中，每台所述无人机上安装有图像采集装置，所述图像采集装置由所述无人机搭载至预定位置并采集定日镜图像，并将所述定日镜图像发送给所述故障检测模块；所述故障检测模块基于所述定日镜图像判断定日镜是否故障，并将所述定日镜是否故障信息发送给所述路径规划模块；所述路径规划模块根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径。
优选地，所述无人机为多台，每台所述无人机搭载所述图像采集装置采集定日镜镜场指定区域的定日镜图像。
优选地，所述无人机还用于根据所述检修路径，引导检修人员定位至各故障定日镜。
优选地，所述无人机在引导检修人员定位至各定日镜的过程中，当检测到与检修人员的距离大于一定阈值时，所述无人机向检修人员发送异常信息。
优选地，所述无人机到达一面故障定日镜后，将悬停或降落待机等待，直到检修人员发送检修完毕信号，所述无人机才继续移动至下一面故障定日镜位置。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明实施例实现对定日镜镜场的故障检测并规划检修路径，提高了故障检测精度及检修效率。
2、本发明实施例定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统需配置的检修装置成本低，且操作过程简单，可有效降低定日镜镜场检修的硬件成本和人力成本。
3、本发明实施例通过大阳光反射成像判断定日镜是否故障，计算量小，识别准确率较高，且不影响定日镜正常运行，灵活性较好。
4、本发明实施例还提供检修导航功能，引导检修人员定位至故障定日镜，提高了检修效率，且无需检修人员预先熟悉定日镜镜场分布情况。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明实施例定日镜镜场自动故障检修导航方法流程图；
图2为本发明实施例确定定日镜是否故障的方法流程图；
图3为本发明实施例确定定日镜是否故障的原理示意图；
图4为本发明实施例规划检修路径的方法流程图；
图5为本发明实施例检修路径的位置关系示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种定日镜镜场自动故障检修导航方法及系统进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
实施例1
请参考图1，本发明提供了一种定日镜镜场自动故障检修导航方法，包括如下步骤：
S100：判断定日镜是否发生故障；
这里，以判断一个定日镜是否故障的过程为例，对步骤S100判断定日镜是否发生故障进行阐述，请参考图2和图3，在确定待判断是否故障的定日镜后，获取预先测量并存储的该定日镜的位置坐标Pptm(xptm,yptm,zptm)、水平角α、方位角β，以及定日镜镜场的时刻与太阳位置的对应关系表，根据该关系表，可以根据当前所处的时刻计算出对应的太阳位置，然后进行如下计算：
S1001：计算太阳光经定日镜镜面反射后的反射向量，包括以下步骤：
a.计算定日镜法向向量vm＝(xm,ym,zm)，其中，xm＝cos(β)*sin(α)，ym＝sin(β)*sin(α)，ym＝-cos(α)；
b.获取当前太阳位置Ps(xs,ys,zs)，计算太阳光入射向量vms＝Pptm-Ps；
c.入射向量vms绕定日镜法向向量vm旋转180度，得到太阳光出射向量其中，R(θ)为绕法向向量vm旋转的旋转矩阵：
S1002：沿反射向量的相反方向路径，在Pe位置处采集定日镜图像，其中，Pe＝Pptm-kvme，k的取值决定了图像采集点至定日镜的距离；
S1003：根据所述定日镜图像判断定日镜是否故障：若所述定日镜图像中未出现太阳光斑或所述定日镜图像中出现的太阳光斑偏离所述定日镜图像的中心位置，则认为定日镜故障。
S101：根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径；
请参考图4和图5，具体路径设计方法如下：
S1011：将整个定日镜镜场或定日镜镜场指定区域划分成若干子检修区1：若待规划的检修路径针对整个定日镜镜场的故障定日镜，则对整个定日镜镜场进行划分；若待规划的检修路径为针对定日镜镜场指定区域的故障定日镜，则针对该指定区域进行划分。具体地，可根据定日镜镜场的实际地理情况及镜场分布情况进行划分，并确定每个子检修区域的中心坐标2，并规划子检修区域间的可通行通道，记为检修通道；
S1012：提取存在故障定日镜的子检修区域1，记为故障区域3；
S1013：以一定日镜镜场入口或检修人员当前位置为检修起点4；若检修人员正位于定日镜镜场中，且该检修人员在当前待规划的检修路径确定后即按照该路径开展检修工作，也可以以检修人员的当前位置作为检修起点4；
S1014：以S1013确定的检修起点4作为起点，结合预设的检修通道，使用深度优先搜索算法计算所有故障区域中心坐标的故障区域间最优路径；
S1015：基于S1014确定的故障区域间最优路径的相邻故障区域间的方位信息，确定每个故障区域的入口6和出口7；
S1016：以每个故障区域的入口6为起点，结合预设的检修通道，使用深度优先搜索算法计算每个故障区域的故障区域内最优路径；
S1017：基于S1014确定的故障区域间最优路径和基于S1016确定的故障区域内最优路径，确定最终的检修路径5。
作为一种实施例，检修路径为针对针对整个定日镜镜场的故障定日镜的检修路径或定日镜镜场指定区域的故障定日镜的检修路径，即根据定日镜镜场的实际检修需要，可定制化的选择对特定区域的定日镜进行检测并规划检修路径。
作为一种实施例，在确定待检修的故障定日镜后，检修路径为检修所有故障定日镜的最优路径；
本实施例中，检修路径基于深度优先搜索算法计算。
作为一种实施例，在所述规划检修路径后，还包括步骤：
S102：根据检修路径，引导检修人员高效地定位至定日镜镜场中离散的故障定日镜，以便检修人员快速找到待检修的故障定日镜，提高检修效率。
实施例2
基于实施例1的定日镜镜场自动故障检修导航方法，本实施例提供一种定日镜镜场自动故障检修导航系统，包括无人机、图像采集装置、故障检测模块和路径规划模块，其中，
每台所述无人机上安装有图像采集装置，同时，无人机上还安装有定位装置和通信模块，无人机可在定日镜镜场内自动巡航，图像采集装置由无人机搭载至定日镜镜场内预定位置并采集定日镜图像；
图像采集装置采集定日镜图像后，定日镜图像通过通信模块发送给故障检测模块；
在具体应用过程中，可根据定日镜镜场的实际情况，设置多台无人机和图像采集装置，每台无人机搭载一图像采集装置采集定日镜镜场指定区域的定日镜图像，以提高镜场巡检效率；
故障检测模块安装于定日镜镜场控制室，故障检测模块预先测量并存储的该定日镜的位置坐标Pptm(xptm,yptm,zptm)、水平角α、方位角β，以及定日镜镜场的时刻与太阳位置的对应关系表，故障检测模块基于定日镜图像判断定日镜是否故障：若所述定日镜图像中未出现太阳光斑或所述定日镜图像中出现的太阳光斑偏离所述定日镜图像的中心位置，则认为定日镜故障，否则，认为定日镜正常，最后，将定日镜是否故障信息发送给路径规划模块；
路径规划模块存储有预先规划的子检修区域及各子检修区域的中心坐标，路径规划模块根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径。
本实施例中，无人机根据检修路径，引导检修人员高效地定位至定日镜镜场中离散的故障定日镜，以便检修人员快速找到待检修的故障定日镜，提高检修效率。这里，检修人员可以为自然人，也可以为机器人等。
具体地，定日镜镜场控制室通过通信模块发送检修路径给无人机，无人机按照检修路径引导检修人员定位至故障定日镜位置；
在引导检修人员定位至各定日镜的过程中，无人机按照检修路径在检修人员前上方移动，当检测到与检修人员的距离大于一定阈值时，无人机将悬停等待并向检修人员的手持设备发送异常信息，这里，检修人员的手持设备上配有通信模块和定位装置；无人机到达某一故障定日镜后，将悬停或降落待机等待，直到检修人员通过手持设备发送检修完毕信号，无人机方可继续工作，继续移动至下一面故障定日镜位置。
定日镜镜场自动故障检修导航系统工作时，无人机搭载图像采集装置围绕镜场针对具体定日镜采集图像，故障检测模块基于采集图像确定故障定日镜，并通过通信模块发送故障信息至检修人员的手持设备及路径规划模块，路径规划模块设计检修路径，并引导检修人员移动至故障定日镜处对定日镜故障进行排查；在完成一条检修路径上的故障定日镜的检修后，无人机可直接启动引导检修人员进入下一检修路径上的故障定日镜的检修。本发明通过引入无人机实现对定日镜的高效率故障检测，帮助检修人员直观高效地定位故障定日镜所在位置并且能有效规划定日镜检修顺序，可以有效提高检修人员的检修效率。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种定日镜镜场自动故障检修导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
判断定日镜是否发生故障；
根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径；
其中，所述判断定日镜是否发生故障包括如下步骤：
计算太阳光经定日镜镜面反射的反射向量；
沿所述反射向量的相反方向路径，采集定日镜图像；
根据所述定日镜图像判断定日镜是否故障：若所述定日镜图像中未出现太阳光斑或所述定日镜图像中出现的太阳光斑偏离所述定日镜图像的中心位置，则认为定日镜故障。
2.根据权利要求1所述的定日镜镜场自动故障检修导航方法，其特征在于，在所述规划检修路径后，还包括步骤：根据所述检修路径，定位至各故障定日镜。
3.根据权利要求1所述的定日镜镜场自动故障检修导航方法，其特征在于，所述检修路径为针对整个定日镜镜场的故障定日镜的检修路径或定日镜镜场指定区域的故障定日镜的检修路径。
4.根据权利要求1所述的定日镜镜场自动故障检修导航方法，其特征在于，在确定待检修的故障定日镜后，所述检修路径为检修所有故障定日镜的最优路径。
5.根据权利要求1所述的定日镜镜场自动故障检修导航方法，其特征在于，所述检修路径基于深度优先搜索算法计算。
6.一种定日镜镜场自动故障检修导航系统，其特征在于，包括若干无人机、故障检测模块和路径规划模块，其中，
每台所述无人机上安装有图像采集装置，所述图像采集装置由所述无人机搭载至预定位置并采集定日镜图像，并将所述定日镜图像发送给所述故障检测模块；
所述故障检测模块基于所述定日镜图像判断定日镜是否故障，并将所述定日镜是否故障信息发送给所述路径规划模块；
所述路径规划模块根据故障定日镜的坐标及预设的检修通道，规划检修路径。
7.根据权利要求6所述的定日镜镜场自动故障检修导航系统，其特征在于，所述无人机为多台，每台所述无人机搭载所述图像采集装置采集定日镜镜场指定区域的定日镜图像。
8.根据权利要求6所述的定日镜镜场自动故障检修导航系统，其特征在于，所述无人机还用于根据所述检修路径，引导检修人员定位至各故障定日镜。
9.根据权利要求8所述的定日镜镜场自动故障检修导航系统，其特征在于，所述无人机在引导检修人员定位至各定日镜的过程中，当检测到与检修人员的距离大于一定阈值时，所述无人机向检修人员发送异常信息。
10.根据权利要求8所述的定日镜镜场自动故障检修导航系统，其特征在于，所述无人机到达一面故障定日镜后，将悬停或降落待机等待，直到检修人员发送检修完毕信号，所述无人机才继续移动至下一面故障定日镜位置。
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