CN111259097B - 一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法 - Google Patents
一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，步骤一、设备位置确定：根据光伏板安装部署特点和CAD设计图纸，结合现场情况确定三个标志性设备位置，本发明涉及光伏发电系统巡检技术领域。该应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，通过将厂站CAD电子图纸与离线谷歌地图相匹配，利用动态光伏板编组策略和继承式航点校核法，可以保证光伏板的实际地理信息及对应无人机航拍点的位置和偏航角，云台俯仰角参数，实现了高精度航点规划，保证了巡检照片的质量，无需租用绘图服务，仅需改造地图即可集成光伏信息，成本低，将光伏板进行编组并维护，缩短巡检周期，提高不同光伏厂站航点规划的普适性。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电系统巡检技术领域，具体是一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法。
背景技术
随着新能源光伏产业的不断发展，光伏运维的重要性日益提升，现在光伏电站的光伏阵列巡检、维修等任务十分繁重，为了实现远程集控、区域检修、场站安保的运维模式要求，巡检无人机随着市场需求的推动应运而生，无人机具有操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行等优点，在光电领域已广泛代替人工进行巡检，降低了劳动强度，提高作业人员的安全性，并极大降低了生产成本，现如今规模较大的太阳能发电站已经大规模的列装了无人机巡检设备，怎样合理规划无人机巡检航线，安全稳定的对无人机系统进行全自动化调度管理，使无人机完成既定任务和特定任务的前提下实现能耗最低，效率最高，质量最好，为后期图像分析提供高质量的影像数据，是现在急需解决的难题。
本方法将无人机巡检的航点与设备信息、经纬度坐标信息一对一绑定，既保证光伏板在航线规划时不重复，不遗漏，路线最优，同时又为通过巡检照片发现设备缺陷时的定位具体设备提供技术支撑，能够大幅提高巡检效率和质量，并且为实现全自动化无人干预无人机智能巡检提供技术支持。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，解决了无人机巡检光伏组航线规划存在后期基于影像数据定位具体缺陷设备，并且在进行巡检时航线规划容易重复，遗漏不能寻找到最优化的路线进行巡检的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，具体包括如下步骤：
步骤一、设备位置确定：根据光伏板安装部署特点和CAD设计图纸，结合现场情况确定三个标志性设备位置，精确测量对应的经纬度值，利用标志性设备位置的经纬度信息和在CAD图中的直角坐标系坐标点信息，找出CAD图纸直角坐标系与空间经纬度坐标系点位信息之间的换算关系，提取CAD图中包含光伏，箱变，控制室主要设备或建筑的图层，利用厂区CAD图纸获取光伏场站的二维投影图，并根据等高线获取光伏厂的空间地理信息，获取CAD图纸中特征点处的经纬度信息，将无人机飞抵CAD图中每一处箱变的正上方，记录箱变的经纬度，计算CAD图纸中的每一处的经纬度信息，CAD图纸中包含各个光伏板组串间的相对位置关系，利用经纬度和光伏组串之间的距离信息进行坐标换算，根据空间直角坐标系和三角函数计算坐标，确定光伏板的位置；
步骤二、实景地图生成：下载Google离线地图，找出地图中与CAD图纸中相同经纬度信息的点，利用ArcGIS地图编辑工具将CAD图纸图层对应的位置点与离线地图对应的位置点逐点对齐，将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线地图进行匹配，将匹配后的CAD图层与谷歌地图图层进行叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图，通过箱变的地理位置进行对齐后，通过计算各光伏板的地理位置坐标与地理信息进行修正，依据CAD图纸中等高线及对应山头的相对位置进行比较，对相差较远的修正对齐，将地图图层与CAD图层叠加，光伏板信息融入到离线地图中；
步骤三、生成编号：根据厂站CAD图纸信息，对光伏组串进行命名并依次编号，编号完成后将坐标转换后的CAD图纸中组串单元的四个顶点对应的经纬度信息存储进数据库；
步骤四、选取光伏组串：将数据库中光伏板信息在服务端页面展示，选取光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖一个航点所包含的光伏板，并且所拍照片高清晰度，为后续巡检照片图像分析提供高质量图像数据，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，然后进行无人机飞行动作初始化设置，设置图像拍摄的悬停时间；
步骤五、初步规划航线：根据光伏厂站设备部署情况，将已经设置好的航点按顺序进行勾选连接，形成能够巡航完一条完整的航线的无人机航点校核航线，然后返回更换电池；
步骤六、航点校核：根据初步规划好的航线，进行飞行航点校核，利用无人机遥控器及移动终端设备，按照初始化航线及默认设置，起飞至航线设定好的初始化航点附近，无人机在初始化航点附近保持悬停拍摄，将图像信息传送到移动终端设备，根据终端设备接收到的画面，对无人机飞行高度，偏航角以及云台俯仰角进行调整，确保画面满足热斑定位的清晰度和准确度，同时满足光伏组件编组范围的拍摄要求，获取调整后最优的无人机状态信息作为校核后的巡检航线，依次逐点进行拍摄校核；
步骤七、形成航线：最新的无人机航点信息将通过巡检数据接口同步更新至服务器数据库，形成最优的巡检航线，重复上述航点校核步骤，直至所有航点校核完毕。
优选的，所述步骤一中的在没有高精度光伏厂站地理信息测绘建模的基础上，采用光伏场站选定三个标志性设备进行精确定位，依据光伏厂站CAD图纸平面尺寸、光伏组串之间的距离信息进行坐标换算，根据空间直角坐标系和三角函数计算坐标，其具体计算公式为：
其中地球平均半径，/>为A点纬度，/>为B点纬度，/>为A点经度，/>为B点经度。
优选的，所述步骤二中将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线谷歌地图进行匹配叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图。
优选的，所述步骤三中对光伏组串进行命名编号，设置唯一编号，将组串单元四个顶点对应的经纬度信息存储到数据库，以便后续调取使用。
优选的，所述步骤四中对光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，设置图像拍摄的悬停时间。
优选的，所述步骤五中将已经设置好的航点按顺序进行勾选连接，需保证无人机电池能够巡航完一条完整的航线，保证最优的飞行航线。
优选的，所述步骤六中增加精细化航点校核环节，按照航点校核任务及默认设置，将无人机起飞至航线设定好的初始化航点附近，进行飞行航点校核，根据终端设备接收到的无人机拍摄的画面，对无人机飞行高度，偏航角以及云台俯仰角进行微调，调试热斑定位情况及拍摄范围，获取最优的无人机状态信息作为校核后的巡检航线。
优选的，所述步骤七中当无人机调整到拍摄角度后，航点校核人员在飞控软件端进行保存校核后的航点信息，最新的无人机航点信息将通过巡检数据接口同步更新至服务器数据库，重复上述校核步骤，直至所有航点校核完毕。
（三）有益效果
本发明提供了一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
（1）、该应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，通过在步骤一、设备位置确定：根据光伏板安装部署特点和CAD设计图纸，结合现场情况确定三个标志性设备位置，精确测量对应的经纬度值，利用标志性设备位置的经纬度信息和在CAD图中的直角坐标系坐标点信息，找出CAD图纸直角坐标系与空间经纬度坐标系点位信息之间的换算关系，在没有光伏厂站高精度地理测绘信息的情况下，依据三个标志性设备的经纬度信息测量和CAD平面图纸，转换计算获得各光伏板的空间经纬度信息，以便进行无人机巡检航线规划，所有航点增加了人工航点校核工作，每个航点的影像数据质量有保证，并且每次拍摄的角度、方向、高度都固定，能够为后期通过影像数据分析设备缺陷提供高质量的数据支撑；由于巡检产生的照片和影像与航点一一对应，航点与设备又逐一对应，当分析巡检影像数据发现设备缺陷时能够直接定位到对应的具体设备，为厂站管理和处理设备缺陷提供了有力保证，本方案通过将厂站CAD电子图纸与离线谷歌地图相匹配，利用动态光伏板编组策略和继承式航点校核法，可以保证光伏板的实际地理信息及对应无人机航拍点的位置和偏航角，云台俯仰角参数，实现了高精度航点规划，保证了巡检照片的质量。
（2）、该应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，通过在将数据库中光伏板信息在服务端页面展示，选取光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖一个航点所包含的光伏板，并且所拍照片高清晰度，为后续巡检照片图像分析提供高质量图像数据，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，然后进行无人机飞行动作初始化设置，设置图像拍摄的悬停时间，无需租用绘图服务，仅需改造地图即可集成光伏信息，成本低，将光伏板进行编组并维护，缩短巡检周期，提高不同光伏厂站航点规划的普适性。
（3）、该应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，通过在步骤二、实景地图生成：将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线地图进行匹配，将匹配后的CAD图层与谷歌地图图形进行叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图，通过将厂站CAD电子图纸与离线谷歌地图相匹配，利用动态光伏板编组策略和继承式航点校核法，可以保证光伏板的实际地理信息及对应无人机航拍点的位置和偏航角，云台俯仰角参数，实现了高精度航点规划，保证了巡检照片的质量。
附图说明
图1为本发明的流程图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图，本发明实施例提供一种技术方案：一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，具体包括如下步骤：
步骤一、设备位置确定：根据光伏板安装部署特点和CAD设计图纸，结合现场情况确定三个标志性设备位置，精确测量对应的经纬度值，利用标志性设备位置的经纬度信息和在CAD图中的直角坐标系坐标点信息，找出CAD图纸直角坐标系与空间经纬度坐标系点位信息之间的换算关系，提取CAD图中包含光伏，箱变，控制室主要设备或建筑的图层，利用厂区CAD图纸获取光伏场站的二维投影图，并根据等高线获取光伏厂的空间地理信息，获取CAD图纸中特征点处的经纬度信息，将无人机飞抵CAD图中每一处箱变的正上方，记录箱变的经纬度，计算CAD图纸中的每一处的经纬度信息，CAD图纸中包含各个光伏板组串间的相对位置关系，利用经纬度和光伏组串之间的距离信息进行坐标换算，根据空间直角坐标系和三角函数计算坐标，确定光伏板的位置：
其中地球平均半径 ，/>为A点纬度，/>为B点纬度，/>为A点经度，/>为B点经度；
步骤二、实景地图生成：下载Google离线地图，找出地图中与CAD图纸中相同经纬度信息的点，利用ArcGIS地图编辑工具将CAD图纸图层对应的位置点与离线地图对应的位置点逐点对齐，将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线地图进行匹配，将匹配后的CAD图层与谷歌地图图层进行叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图，通过箱变的地理位置进行对齐后，通过计算各光伏板的地理位置坐标与地理信息进行修正，依据CAD图纸中等高线及对应山头的相对位置进行比较，对相差较远的修正对齐，将地图图层与CAD图层叠加，光伏板信息融入到离线地图中，光伏板一般建设在偏远地区，卫星地图无法展示光伏地理信息，当前利用无人机测绘法成本高，不具有普适性，本发明提出将离线谷歌GIS地图进行改造，将厂区CAD设计图与谷歌离线地图进行匹配，从CAD图纸中标志性的三点（厂房坐标，和两个箱变坐标）找到谷歌地图对应的经纬度信息，将CAD图层与离线谷歌地图图层进行叠加，叠加后即形成含有光伏板信息的数字地图，无人机方可根据数字地图坐标信息进行规划航点；
步骤三、生成编号：根据厂站CAD图纸信息，对光伏组串进行命名并依次编号，编号完成后将坐标转换后的CAD图纸中组串单元的四个顶点对应的经纬度信息存储进数据库；
步骤四、选取光伏组串：将数据库中光伏板信息在服务端页面展示，选取光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖一个航点所包含的光伏板，并且所拍照片高清晰度，为后续巡检照片图像分析提供高质量图像数据，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，然后进行无人机飞行动作初始化设置，设置图像拍摄的悬停时间，目前设置为2秒，由于光伏板数量巨大，如果以单一光伏板或者组串中心作为一个航点，那么巡检周期将过长，本发明提出，将光伏板信息编组，将两个光伏组串编为一组，每一组的编组中设为航点，根据无人机镜头的物理参数设置合适的飞行高度，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖，这样将显著缩短巡检周期，此外由于编组策略由人动态设置（两个组串为一个编组或更多的组串为一个编组），因此可以保证不同规模光伏场站航点规划的通用；
步骤五、初步规划航线：根据光伏厂站设备部署情况，将已经设置好的航点按顺序进行勾选连接，形成能够巡航完一条完整的航线的无人机航点校核航线，然后返回更换电池；
步骤六、航点校核：根据初步规划好的航线，进行飞行航点校核，利用无人机遥控器及移动终端设备，按照初始化航线及默认设置，起飞至航线设定好的初始化航点附近，无人机在初始化航点附近保持悬停拍摄，将图像信息传送到移动终端设备，根据终端设备接收到的画面，对无人机飞行高度，偏航角以及云台俯仰角进行调整，确保画面满足热斑定位的清晰度和准确度，同时满足光伏组件编组范围的拍摄要求，获取调整后最优的无人机状态信息作为校核后的巡检航线，依次逐点进行拍摄校核，为提高巡检质量，便于后期巡检图片的数字分析，本发明提出一种继承式航点校核方法。航点校核加入和人为因素，其自动化程度有所降低，但是为避免为了巡检而巡检的错误观念，保证巡检结果高可用性，加入了人为的因素，在光伏组串编组过后，为保证无人机到达该点的拍着角度正确切满足清晰度要求，人工对航点的精度、纬度信息，无人机的偏航角度，云台俯仰角进行微调，并提出航点信息继承方案，即下一航点的信息和上一航点的信息类似，仅需要修改个别参数即可；
步骤七、形成航线：最新的无人机航点信息将通过巡检数据接口同步更新至服务器数据库，形成最优的巡检航线，重复上述航点校核步骤，直至所有航点校核完毕。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤一、设备位置确定：根据光伏板安装部署特点和CAD设计图纸，结合现场情况确定三个标志性设备位置，精确测量对应的经纬度值，利用标志性设备位置的经纬度信息和在CAD图中的直角坐标系坐标点信息，找出CAD图纸直角坐标系与空间经纬度坐标系点位信息之间的换算关系，提取CAD图中包含光伏，箱变，控制室主要设备或建筑的图层，利用厂区CAD图纸获取光伏场站的二维投影图，并根据等高线获取光伏厂的空间地理信息，获取CAD图纸中特征点处的经纬度信息，将无人机飞抵CAD图中每一处箱变的正上方，记录箱变的经纬度，计算CAD图纸中的每一处的经纬度信息，CAD图纸中包含各个光伏板组串间的相对位置关系，利用经纬度和光伏组串之间的距离信息进行坐标换算，根据空间直角坐标系和三角函数计算坐标，确定光伏板的位置；
步骤二、实景地图生成：下载Google离线地图，找出地图中与CAD图纸中相同经纬度信息的点，利用ArcGIS地图编辑工具将CAD图纸图层对应的位置点与离线地图对应的位置点逐点对齐，将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线地图进行匹配，将匹配后的CAD图层与谷歌地图图层进行叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图，通过箱变的地理位置进行对齐后，通过计算各光伏板的地理位置坐标与地理信息进行修正，依据CAD图纸中等高线及对应山头的相对位置进行比较，对相差较远的修正对齐，将地图图层与CAD图层叠加，光伏板信息融入到离线地图中；
步骤三、生成编号：根据厂站CAD图纸信息，对光伏组串进行命名并依次编号，编号完成后将坐标转换后的CAD图纸中组串单元的四个顶点对应的经纬度信息存储进数据库；
步骤四、选取光伏组串：将数据库中光伏板信息在服务端页面展示，选取光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖一个航点所包含的光伏板，并且所拍照片高清晰度，为后续巡检照片图像分析提供高质量图像数据，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，然后进行无人机飞行动作初始化设置，设置图像拍摄的悬停时间；
步骤五、初步规划航线：根据光伏厂站设备部署情况，将已经设置好的航点按顺序进行勾选连接，形成能够巡航完一条完整的航线的无人机航点校核航线；
步骤六、航点校核：根据初步规划好的航线，进行飞行航点校核，利用无人机遥控器及移动终端设备，按照初始化航线及默认设置，起飞至航线设定好的初始化航点附近，无人机在初始化航点附近保持悬停拍摄，将图像信息传送到移动终端设备，根据终端设备接收到的画面，对无人机飞行高度，偏航角以及云台俯仰角进行调整，确保画面满足热斑定位的清晰度和准确度，同时满足光伏组件编组范围的拍摄要求，获取调整后最优的无人机状态信息作为校核后的巡检航线，依次逐点进行拍摄校核；
步骤七、形成航线：最新的无人机航点信息将通过巡检数据接口同步更新至服务器数据库，形成最优的巡检航线，重复上述航点校核步骤，直至所有航点校核完毕。
2.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤一中的在没有高精度光伏厂站地理信息测绘建模的基础上，采用光伏场站选定三个标志性设备进行精确定位，依据光伏厂站CAD图纸平面尺寸、光伏组串之间的距离信息进行坐标换算，根据空间直角坐标系和三角函数计算坐标，其具体计算公式为：
，
其中地球平均半径 ，/>为A点纬度，/>为B点纬度，/>为A点经度，为B点经度。
3.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤二中将CAD设计图中标志性设备的经纬度信息与离线谷歌地图进行匹配叠加，形成现场光伏板位置部署的实景地图。
4.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤三中对光伏组串进行命名编号，设置唯一编号，将组串单元四个顶点对应的经纬度信息存储到数据库，以便后续调取使用。
5.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤四中对光伏组串进行编组，保证无人机单次拍摄可以完全覆盖，将编组中心坐标设为无人机初始化航点，设置图像拍摄的悬停时间。
6.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤五中将已经设置好的航点按顺序进行勾选连接，需保证无人机电池能够巡航完一条完整的航线，保证最优的飞行航线。
7.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤六中增加精细化航点校核环节，按照航点校核任务及默认设置，将无人机起飞至航线设定好的初始化航点附近，进行飞行航点校核，根据终端设备接收到的无人机拍摄的画面，对无人机飞行高度，偏航角以及云台俯仰角进行微调，调试热斑定位情况及拍摄范围，获取最优的无人机状态信息作为校核后的巡检航线。
8.根据权利要求1所述的一种应用于光伏产业无人机巡检的精细化航点校核方法，其特征在于：所述步骤七中当无人机调整到最佳拍摄角度后，航点校核人员在飞控软件端进行保存校核后的航点信息，最新的无人机航点信息将通过巡检数据接口同步更新至服务器数据库，重复上述校核步骤，直至所有航点校核完毕。
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