CN111028378A - 一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统及巡检方法 - Google Patents
一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统及巡检方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统及巡检方法，系统包括：地面站和无人机系统，其中，所述无人机系统包括无人机、双相机、GPS定位系统、飞行轨迹控制系统、通信系统和避障测距系统；所述地面站包括飞行轨迹编制模块、通讯模块和数据处理分析模块。本发明利用无人机载的双相机可以清晰采集到光伏板表面的状况，减少了人工操作摄像系统的不稳定性，大大提高了工作效率和巡检工作的质量；另外，能同步检测光伏板的表面的温度状况及定位此时无人机的GPS位置，便于检测人员查找和定位存在缺陷处的光伏板位置。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统及巡检方法。
背景技术
渔光互补是指将养殖与光伏发电相结合，在鱼塘上面安装光伏组件，光伏组件下面的水域里可以进行养殖水产品，形成“上发电下养鱼”的新型发电模式。渔光互补式光伏发电模式开创性地把光伏和渔业这两个会占用大量土地资源的产业相结合，一举多得，不仅做到了空间上的立体全方位利用，节省了土地，还能生产出清洁能源，在现在这个环境污染严重的情况下，渔光一体光伏发电对环境也是一大利好。光伏组件的遮阳效果，可降低水面温度，减少水分蒸发，有了太阳能电池板的遮住毒辣的阳光照射，鱼虾被水烫死的概率也会大大降低。减少水面植物光合作用，在一定程度抑制了藻类的繁殖，提高了水质，为鱼类提供一个良好的生长环境。还可以带来额外的光伏发电收益，使养殖附加值成倍增加。因此，在我国新能源大发展的过程中，渔光互补式光伏电站得到大力推广运用。
但在渔光互补式光伏电站日常运行过程中，作为重要能源转化的部件—光伏电池板长期暴露在外环境中，不可避免地会遇到空中飘落的异物、鸟类停留时留下的粪便附着在光伏板上，导致太阳光伏板可能会出现分层、腐蚀、气泡、破裂、发黄或热斑等现象，从而会有各种故障频发，最终大大影响光伏板的使用寿命。因此，开展光伏电站的维护和故障诊断显得很有必要。
目前，已有利用无人机摄像技术于用光伏电站的维护和故障诊断，但在渔光互补式光伏电站运用中，存在光伏板拍摄不清、故障定位不准等问题。因此，发明一个成本低，覆盖范围广，可无人操作等条件，还可适应不同的环境，同时还能达到准确定位故障点的智能光伏电站巡检装置尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，便于精确查找和准确定位光伏板存在问题的具体位置。
为实现上述目的，本发明采用以下内容：
一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，包括：地面站和无人机系统，所述无人机系统包括无人机、双相机、GPS定位系统、飞行轨迹控制系统、通信系统和避障测距系统；
所述无人机在地面站的控制下进行飞行巡检工作；
所述双相机包括可见光相机和红外热像仪，所述可见光相机用于采集光伏板表面的图像数据，所述红外热像仪用于收集光伏板表面不同部位的温度数据；
所述GPS定位系统对无人机飞行过程中的位置进行定位及记录；
所述飞行轨迹控制系统用于控制无人机按设定的无人机飞行轨迹和飞行速度进行巡检；
所述通信系统用于将无人机采集到的数据及图像传输至地面站；
所述避障测距系统用于确定光伏板区上的净空距离，所述净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离；
所述地面站包括飞行轨迹编制模块、通讯模块和数据处理分析模块；
所述飞行轨迹编制模块负责计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，并根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度；
所述通讯模块实现地面站与无人机的实时联系，并且接收无人机传输的图像和数据；
所述数据处理分析模块负责对双相机采集到的图像和数据进行分析，快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施。
优选的是，所述无人机系统中的GPS定位系统、飞行轨迹控制系统和避障测距系统分别与飞行轨迹编制模块进行位置信息传输，通信系统负责与通讯模块进行通信，双相机负责与通讯模块进行图像数据传输。
所述数据处理分析模块用于将双相机采集到的图像转换成具有一定时间间隔的照片，并将照片与相应同时刻的无人机GPS位置合并成图片，通过对图片进行筛选分析，快速准确分析出光伏板的故障点。
一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其包括以下步骤：
根据渔光互补式光伏电站中光伏板周边最近四角的经纬度确定无人机飞行巡检的范围；
利用地面站的飞行轨迹编制模块计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度；
启动无人机，沿所述无人机飞行轨迹和设定的飞行速度进行巡检，同时启动双相机进行拍摄，并同步记录无人机的定位位置；
完成无人机巡检工作，将无人机中双相机采集到的图像和数据传送至地面站，地面站快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施。
优选的是，所述根据渔光互补式光伏电站光伏板区周边最近四角的经纬度确定无人机飞行巡检的范围之前，还包括：依据渔光互补式光伏电站光伏板区的最终施工图，确定光伏板安装的倾角以及光伏板的尺寸。
优选的是，所述利用地面站的飞行轨迹编制模块计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度之前，还包括：确定光伏板上的净空距离，所述净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离。
优选的是，所述双相机包括可见光相机和红外热像仪，所述可见光相机用于检测光伏板的表面状况，所述红外热像仪用于检测光伏板的表面温度。
优选的是，所述可见光相机上加装有一用于过滤自然光的附加镜头。
本发明的有益效果是：本发明利用无人机载的双相机可以清晰采集到光伏板表面的状况，减少了人工操作摄像系统的不稳定性，大大提高了工作效率和巡检工作的质量；另外，能同步检测光伏板的表面的温度状况及定位此时无人机的GPS位置，便于检测人员查找和定位存在缺陷处的光伏板位置。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统的结构框图；
图2是本发明的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法的流程图；
图3是数据分析处理模块的工作流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，包括：无人机系统和地面站两大部分，其中无人机系统包括无人机100、双相机200、GPS定位系统300、飞行轨迹控制系统400、通信系统500和避障测距系统600；
无人机100是在地面站的控制下进行飞行巡检工作的；无人机与地面站之间是通过无线方式进行通信的。
双相机200是用于对光伏板表面进行图像采集和温度记录的装置，双相机包括可见光相机210和红外热像仪220，其中，可见光相机210用于对光伏板表面状况的图像采集，主要是对光伏板表面是否出现分层、腐蚀、气泡、破裂、发黄或热斑等现象的检侧，由于水面波纹反射的强太阳光会使得拍摄不清晰，因此在可将光相机上加装有一用于过滤自然光的附加镜头，该镜头采用的塑料材质，能够有效过滤漫反射带来的强光，滤镜口径可随相机镜头调配；红外热像仪220用于收集光伏板表面不同部位的温度数据；
GPS定位系统300对无人机飞行过程中的位置进行定位及记录；便于地面站能实时掌握无人机的位置。
飞行轨迹控制系统400用于控制无人机按设定的无人机飞行轨迹和飞行速度进行巡检；
通信系统500用于将无人机采集到的数据及图像传输至地面站；
避障测距系统600用于确定光伏板上的净空距离，净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离；
地面站包括飞行轨迹编制模块700、通讯模块800和数据处理分析模块900，其中飞行轨迹编制模块700负责计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，并根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度；
通讯模块800实现地面站与无人机的实时联系，并且接收无人机传输的图像和数据；
数据处理分析模块900负责对双相机采集到的图像和数据进行分析，快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施；
可选的，无人机系统中的GPS定位系统300、飞行轨迹控制系统400和避障测距系统600分别与飞行轨迹编制模块700进行位置信息传输，通信系统500负责与通讯模块800进行通信，双相机200负责与通讯模块800进行图像数据传输；
可选的，数据处理分析模块900用于将双相机采集到的图像转换成具有一定时间间隔的照片，并将照片与相应同时刻的无人机GPS位置合并成图片。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其包括以下步骤：
S1：确定无人机飞行巡检范围。具体地，是根据渔光互补式光伏电站中光伏板周边最近四角的经纬度确定无人机飞行巡检的范围。
S2：编制无人机飞行轨迹。具体地，是利用地面站的飞行轨迹编制模块计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹。
S3：设定无人机飞行速度。先评估充满电后的无人机进行一次飞行的最大时间，在已确定无人机飞行轨迹的距离后，计算得出无人机的飞行速度，将该飞行速度设定为无人机飞行速度。
S4：启动无人机，同时启动双相机，并同步无人机定位位置。具体地，无人机沿无人机飞行轨迹和设定的飞行速度进行巡检，同时启动双相机进行拍摄，并同步记录无人机的定位位置。
S5：将双相机采集到的图像和数据传送至地面站，地面站找出故障点并制定出整改措施。具体地，完成无人机巡检工作，将无人机中双相机采集到的图像和数据传送至地面站，地面站快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施。
关于步骤S1，在确定无人机飞行巡检范围之前，还需要查阅所要巡检的渔光互补式光伏电站光伏板区的最终施工图，依据该施工图，确定光伏板安装的倾角以及光伏板的尺寸，保证无人机能够正对着光伏板，以及为后续确保双相机能够覆盖住整个光伏板作准备工作。
关于步骤S2，在编制无人机飞行轨迹之前，还需要确定光伏板区上的净空距离，该净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离，要保证双相机能够拍摄到光伏板的各个部位。
关于步骤S4，在步骤S1中已经确认过光伏板安装倾角以及光伏板的尺寸的基础上，要控制无人机以保持双相机的镜头是正对于光伏板的平面，这样的话，保证了双相机拍摄效果显得清晰和全面。
关于步骤S5，地面站中的数据处理分析模块的工作方法，具体地，请参阅图3，图3是数据分析处理模块的工作流程图；
步骤S51，图像接收。无人机系统中的双相机将在无人机巡检过程中实时拍摄光伏板表面状况的图像通过无线方式传送至地面站，地面站中的数据分析处理模块接收图像数据，该图像数据主要包括可见光相机采集的光伏表表面状况以及红外热像仪采集到的光伏板表面不同部位的温度数据。
步骤S52，图像处理。数据分析处理模块将可见光相机与红外热像仪拍摄的图像视频转换成具有一定时间间隔的多个照片，并将照片与相应同时刻的无人机巡检GPS位置合并成一张张图片。
步骤S53，图像识别。对步骤S52中合成的图片进行识别，主要是筛选出在单个光伏板的不同位置表现出温度波动大的图片，对这类图片进行重点分析。
步骤S54，图像分析。在步骤S53中已经筛选出了异常图片，异常图片中包含有红外热像仪拍摄到的光伏板不同位置表现出温度波动大的图像，再对该异常图片中包含的可见光相机拍摄的图像进行查看，光伏板不同位置温度波动大的原因会与光伏板面破损、有热斑、有异物有关，根据该异常图片中的GPS定位位置进而发现有故障点的光伏板。
步骤S55，制定整改措施，故障的光伏板可以更换或是表面清理，安排技术人员对有故障的光伏板进行适应性处理。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，其特征在于，包括地面站和无人机系统，所述无人机系统包括无人机、双相机、GPS定位系统、飞行轨迹控制系统、通信系统和避障测距系统；
所述无人机在地面站的控制下进行飞行巡检工作；
所述双相机包括可见光相机和红外热像仪，所述可见光相机用于采集光伏板表面的图像数据，所述红外热像仪用于收集光伏板表面不同部位的温度数据；
所述GPS定位系统对无人机飞行过程中的位置进行定位及记录；
所述飞行轨迹控制系统用于控制无人机按设定的无人机飞行轨迹和飞行速度进行巡检；
所述通信系统用于将无人机采集到的数据及图像传输至地面站；
所述避障测距系统用于确定光伏板上的净空距离，所述净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离；
所述地面站包括飞行轨迹编制模块、通讯模块和数据处理分析模块；
所述飞行轨迹编制模块负责计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，并根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度；
所述通讯模块实现地面站与无人机的实时联系，并且接收无人机传输的图像和数据；
所述数据处理分析模块负责对双相机采集到的图像和数据进行分析，快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施。
2.根据权利要求1所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，其特征在于，所述无人机系统中的GPS定位系统、飞行轨迹控制系统和避障测距系统分别与飞行轨迹编制模块进行位置信息传输，通信系统负责与通讯模块进行通信，双相机负责与通讯模块进行图像数据传输。
3.根据权利要求1所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，其特征在于，所述数据处理分析模块用于将双相机采集到的图像转换成具有一定时间间隔的照片，并将照片与相应同时刻的无人机GPS位置合并成图片，通过对图片进行筛选分析，快速准确分析出光伏板的故障点。
4.一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其特征在于，该巡检方法用于实现权利要求1至3任一项所述的用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检系统，其包括以下步骤：
根据渔光互补式光伏电站中光伏板周边最近四角的经纬度确定无人机飞行巡检的范围；
利用地面站的飞行轨迹编制模块计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度；
启动无人机，沿所述无人机飞行轨迹和设定的飞行速度进行巡检，同时启动双相机进行拍摄，并同步记录无人机的定位位置；
完成无人机巡检工作，将无人机中双相机采集到的图像和数据传送至地面站，地面站快速准确分析出光伏板的故障点并制定出整改措施。
5.根据权利要求4所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其特征在于，所述根据渔光互补式光伏电站光伏板区周边最近四角的经纬度确定无人机飞行巡检的范围之前，还包括：依据渔光互补式光伏电站光伏板区的最终施工图，确定光伏板安装的倾角以及光伏板的尺寸。
6.根据权利要求4所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其特征在于，所述利用地面站的飞行轨迹编制模块计算出各个光伏板的中心经度值以编制出无人机飞行轨迹，根据无人机飞行轨迹的距离设定无人机的飞行速度之前，还包括：确定光伏板区上的净空距离，所述净空距离为无人机中双相机覆盖式拍摄光伏板的安全距离。
7.根据权利要求4所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其特征在于，所述双相机包括可见光相机和红外热像仪，所述可见光相机用于检测光伏板的表面状况，所述红外热像仪用于检测光伏板的表面温度。
8.根据权利要求7所述的一种用于渔光互补式光伏电站的无人机巡检方法，其特征在于，所述可见光相机上加装有一用于过滤自然光的附加镜头。
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