CN114394234A - 一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置及测量方法,该装置包括无人机、气象测量模块、边缘智能计算模块、供电模块和无线传输模块以及岸基集控系统,所述无人机有多架间隔预设的距离呈阵列分布在空中,并与岸基集控系统无线通讯连接,所述岸基集控系统集成有气象数据管理传输单元和岸基飞控单元,所述气象测量模块、边缘智能计算模块、供电模块和无线传输模块集成在无人机中,对任意海域坐标点实时派遣无人机阵列,无人机阵列实时测量,实现海上测风塔的效果;本发明采用智能算法控制无人机阵列的飞行,实现智能往返和充电,能够对不同需求高度的各种气象因素进行测量,同时规避极端天气所带来的风险,建立可移动式海上测风塔。
Description
技术领域
本发明涉及风力风电气象环境监测的技术领域,尤其是指一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置及测量方法。
背景技术
随着风力发电机组向海上推进,海上气象环境的测试成为风电发展的关键。目前陆上风电测风主要采用测风塔进行数据采集,而海上测试主要采用漂浮式测风塔进行测量。海上漂浮式测风塔属于海洋漂浮式设备,通过锚链实现海上锚泊。一旦安装在特定地点,漂浮式测风塔只能在特定区域进行测量,测量局限性大。
目前,海上漂浮式雷达造价高且安装成本大;安装后的海上测风塔受到海风、海浪和潮流的影响,一直处于漂移状态,使得气象测量的精度受到影响,同时不规则的震荡影响传感器的精度和灵敏度,不利于风电气象资源的采集和监测。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术中的不足,提供了一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置及测量方法,对任意海域坐标点实时派遣无人机阵列,无人机阵列实时测量,实现海上测风塔的效果,突破漂浮式测风塔的地域局限。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置,包括无人机、气象测量模块、边缘智能计算模块、供电模块和无线传输模块以及岸基集控系统,其中:
所述无人机有多架间隔预设的距离呈多个阵列分布在空中,并与岸基集控系统无线通讯连接;
所述岸基集控系统集成有气象数据管理传输单元和岸基飞控单元;
所述气象测量模块集成在无人机中,用于测量综合性气象指标及对无人机的精准定位;
所述边缘智能计算模块集成在无人机中,用于智能感知环境、存储环境数据以及对无人机路径规划;
所述供电模块集成在无人机中,用于为无人机供电;
所述无线传输模块集成在无人机中,用于各个无人机及各个模块之间的通信。
进一步,所述气象测量模块集成有用于测量综合性气象指标的360°多层级气象监测仪器和用于测量无人机阵列布置距离的毫米波雷达;所述综合性气象指标包括风速、风向、温度、湿度和气压。
进一步,所述边缘智能计算模块包括数据采集模块和飞行控制模块,并与岸基集控系统通讯连接;所述数据采集模块集成有数据采集传感器、采集器和存储器,所述飞行控制模块集成有飞控姿态传感器、飞控信号接收单元、飞控单元和执行单元。
进一步,所述无人机包括旋翼、旋翼支撑臂和停泊支撑件;所述旋翼支撑臂安装在停泊支撑件的顶部,所述旋翼安装在旋翼支撑臂的顶部。
本发明所提供的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,包括以下步骤:
S1、确定测试目标
选定目标测量海域及测量点的三维坐标,编排无人机阵列写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列,同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动;
S2、安全检查
确定测试目标后,在起飞前检查无人机,确保无人机气象测量和飞控功能运转正常;
S3、执行任务
确认无人机运转正常后,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,进行气象测量;
S4、无人机的信号无线传输、极端环境处理及智能电量处理
在气象测量的过程中,无人机阵列具备安全电量控制,能够回到基地完成自动充电,同时各个无人机通过物联网协议进行实时通讯,进行气象数据传输,并对远端的气象进行感知,规避极端气候;
S5、返航
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标。
进一步,在步骤S1中,具体执行以下操作:
确定测量点的经度、维度和高度坐标;根据目标测量海域及测量点的坐标,编排无人机阵列并将该阵列编排的设计程序写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列;同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动。
进一步,在步骤S2中,具体执行以下操作:
确定测试目标后,在起飞前检查无人机,通过岸基集控系统的终端,实时查看无人机的电量和坐标信息,并进行原地起飞测试,确保无人机气象测量和飞控功能运转正常。
进一步,在步骤S3中,具体执行以下操作:
确认无人机运转正常后,岸基集控系统的岸基飞控单元执行飞行计划,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,投送海上气象测量的无人机阵列达到预设的坐标点,通过无人机内集成的毫米波雷达智能感知距离,形成气象测量所需求的阵列和姿态,开启无人机内集成的360°多层级气象监测仪器,进行气象测量。
进一步,在步骤S4中,具体执行以下操作:
在气象测量的过程中,无人机通过物联网协议进行实时通讯,并通过岸基集控系统对飞控信号进行记录和存储;同时,无人机阵列通过组网后的网络模式,实现预设间隔时长的气象数据的传输;
每个无人机阵列批次具备安全电量控制,根据预设的电量补充规则,保证无人机阵列在电量供应不充足的情况下,能够回到基地完成自动充电;
在气象测量过程中,无人机阵列会对远端的气象进行感知,并能捕捉极端气候,基于智能感知算法和路径规划,无人机阵列能够自动逃离预设的海域,对极端气候进行规避。
进一步,在步骤S5中,具体执行以下操作:
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,岸基集控系统能够在任意时刻对程序修改和下达返航指令,完成无人机阵列对海上气象监测的任务;同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、本发明采用无人机阵列,主要实现对任意地域的无人机阵列实时派遣、实时测量,突破漂浮式测风塔的地域局限,造价低且便于部署;
2、本发明采用智能算法控制无人机阵列的飞行,能够对不同需求高度的各种气象因素进行测量,同时规避极端天气所带来的风险,建立可移动式海上测风塔;
3、本发明采用无人机阵列和多批次智能部署,实现智能往返目的地、智能充电以及智能测量。
附图说明
图1为无人机的结构示意图。
图2为无人机与岸基集控系统的控制框图。
图3为边缘智能计算模块的结构示意图。
图4为无人机阵列工作时的示意图。
图5为无人机阵列的海上风电气象测量方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图4所示,为本实施例所提供的基于无人机阵列的海上风电气象测量装置包括无人机、气象测量模块1、边缘智能计算模块、供电模块和无线传输模块2以及岸基集控系统6,其中:
所述无人机有多架呈多个阵列分布在空中,并与岸基集控系统6无线通讯连接;所述无人机包括旋翼3、旋翼支撑臂4和停泊支撑件5;所述旋翼支撑臂4安装在停泊支撑件5的顶部,所述旋翼3安装在旋翼支撑臂4的顶部;其中,在单台无人机旋翼影响范围的直径为D(D=机身长度+2*旋翼叶片长度),由于无人机运行尾流影响等因素,在单台无人机活动区域影响区域0~2D内,测量精度会产生误差,在大于2D区域皆能够准确测量;在实际部署方面,为获得准确的测量数据,同时保证无人的安全稳定运行,无人机的单台风机的垂直间隔和水平间隔的安全举例控制在2D以上。
所述岸基集控系统6集成有气象数据管理传输单元和岸基飞控单元;
所述气象测量模块1集成在无人机中,用于测量综合性气象指标及对无人机的精准定位;所述气象测量模块1集成有用于测量综合性气象指标的360°多层级气象监测仪器和用于测量无人机阵列布置距离的毫米波雷达;所述综合性气象指标包括风速、风向、温度、湿度和气压。
所述边缘智能计算模块集成在无人机中,用于智能感知环境、存储环境数据以及对无人机路径规划;所述边缘智能计算模块包括数据采集模块和飞行控制模块,并与岸基集控系统6通讯连接;所述数据采集模块集成有数据采集传感器、采集器和存储器,所述飞行控制模块集成有飞控姿态传感器、飞控信号接收单元、飞控单元和执行单元。
所述供电模块集成在无人机中,用于为无人机供电;
所述无线传输模块2集成在无人机中,用于各个无人机及各个模块之间的通信。
参见图5所示,下面为本实施例所提供的基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,包括以下步骤:
S1、确定测试目标
选定目标测量海域及测量点的三维坐标,编排无人机阵列写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列,同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动,具体执行以下操作:
确定测量点的经度、维度和高度坐标;根据目标测量海域及测量点的坐标,编排无人机阵列并将该阵列编排的设计程序写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列;同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动。
S2、安全检查
确定测试目标后,在起飞前检查无人机,确保无人机气象测量和飞控功能运转正常,具体执行以下操作:
确定测量点的经度、维度和高度坐标;根据目标测量海域及测量点的坐标,编排无人机阵列并将该阵列编排的设计程序写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列;同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动。
S3、执行任务
确认无人机运转正常后,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,进行气象测量,具体执行以下操作:
确认无人机运转正常后,岸基集控系统的岸基飞控单元执行飞行计划,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,投送海上气象测量的无人机阵列达到预设的坐标点,通过无人机内集成的毫米波雷达智能感知距离,形成气象测量所需求的阵列和姿态,开启无人机内集成的360°多层级气象监测仪器,进行气象测量。
S4、无人机的信号无线传输、极端环境处理及智能电量处理
在气象测量的过程中,无人机阵列具备安全电量控制,能够回到基地完成自动充电,同时各个无人机通过物联网协议进行实时通讯,进行气象数据传输,并对远端的气象进行感知,规避极端气候,具体执行以下操作:
在气象测量的过程中,无人机通过物联网协议进行实时通讯,并通过岸基集控系统对飞控信号进行记录和存储;同时,无人机阵列通过组网后的网络模式,实现预设间隔时长的气象数据的传输;
每个无人机阵列批次具备安全电量控制,根据预设的电量补充规则,保证无人机阵列在电量供应不充足的情况下,能够回到基地完成自动充电;
在气象测量过程中,无人机阵列会对远端的气象进行感知,并能捕捉极端气候,基于智能感知算法和路径规划,无人机阵列能够自动逃离预设的海域,对极端气候进行规避。
S5、返航
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标,具体执行以下操作:
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,岸基集控系统能够在任意时刻对程序修改和下达返航指令,完成无人机阵列对海上气象监测的任务;同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置,其特征在于:包括无人机、气象测量模块、边缘智能计算模块、供电模块和无线传输模块以及岸基集控系统,其中:
所述无人机有多架间隔预设的距离呈多个阵列分布在空中,并与岸基集控系统无线通讯连接;
所述岸基集控系统集成有气象数据管理传输单元和岸基飞控单元;
所述气象测量模块集成在无人机中,用于测量综合性气象指标及对无人机的精准定位;
所述边缘智能计算模块集成在无人机中,用于智能感知环境、存储环境数据以及对无人机路径规划;
所述供电模块集成在无人机中,用于为无人机供电;
所述无线传输模块集成在无人机中,用于各个无人机及各个模块之间的通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置,其特征在于:所述气象测量模块集成有用于测量综合性气象指标的360°多层级气象监测仪器和用于测量无人机阵列布置距离的毫米波雷达;所述综合性气象指标包括风速、风向、温度、湿度和气压。
3.根据权利要求1所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置,其特征在于:所述边缘智能计算模块包括数据采集模块和飞行控制模块,并与岸基集控系统通讯连接;所述数据采集模块集成有数据采集传感器、采集器和存储器,所述飞行控制模块集成有飞控姿态传感器、飞控信号接收单元、飞控单元和执行单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置,其特征在于:所述无人机包括旋翼、旋翼支撑臂和停泊支撑件;所述旋翼支撑臂安装在停泊支撑件的顶部,所述旋翼安装在旋翼支撑臂的顶部。
5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、确定测试目标
选定目标测量海域及测量点的三维坐标,编排无人机阵列写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列,同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动;
S2、安全检查
确定测试目标后,在起飞前检查无人机,确保无人机气象测量和飞控功能运转正常;
S3、执行任务
确认无人机运转正常后,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,进行气象测量;
S4、无人机的信号无线传输、极端环境处理及智能电量处理
在气象测量的过程中,无人机阵列具备安全电量控制,能够回到基地完成自动充电,同时各个无人机通过物联网协议进行实时通讯,进行气象数据传输,并对远端的气象进行感知,规避极端气候;
S5、返航
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,在步骤S1中,具体执行以下操作:
确定测量点的经度、维度和高度坐标;根据目标测量海域及测量点的坐标,编排无人机阵列并将该阵列编排的设计程序写入岸基集控系统,形成可调控的海上风电气象测量的无人机阵列;同时,安排另一批次的可调控的海上风电气象测量的无人机阵列处于充电桩上待启动。
7.根据权利要求5所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,在步骤S2中,具体执行以下操作:
确定测试目标后,在起飞前检查无人机,通过岸基集控系统的终端,实时查看无人机的电量和坐标信息,并进行原地起飞测试,确保无人机气象测量和飞控功能运转正常。
8.根据权利要求5所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,在步骤S3中,具体执行以下操作:
确认无人机运转正常后,岸基集控系统的岸基飞控单元执行飞行计划,控制无人机阵列的起飞前往目标测量海域,投送海上气象测量的无人机阵列达到预设的坐标点,通过无人机内集成的毫米波雷达智能感知距离,形成气象测量所需求的阵列和姿态,开启无人机内集成的360°多层级气象监测仪器,进行气象测量。
9.根据权利要求5所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,在步骤S4中,具体执行以下操作:
在气象测量的过程中,无人机通过物联网协议进行实时通讯,并通过岸基集控系统对飞控信号进行记录和存储;同时,无人机阵列通过组网后的网络模式,实现预设间隔时长的气象数据的传输;
每个无人机阵列批次具备安全电量控制,根据预设的电量补充规则,保证无人机阵列在电量供应不充足的情况下,能够回到基地完成自动充电;
在气象测量过程中,无人机阵列会对远端的气象进行感知,并能捕捉极端气候,基于智能感知算法和路径规划,无人机阵列能够自动逃离预设的海域,对极端气候进行规避。
10.根据权利要求5所述的一种基于无人机阵列的海上风电气象测量装置的测量方法,其特征在于,在步骤S5中,具体执行以下操作:
测量任务完成后,无人机阵列按照预定好的返航路线进行返航,岸基集控系统能够在任意时刻对程序修改和下达返航指令,完成无人机阵列对海上气象监测的任务;同时,另一批次的无人机阵列执行步骤S1至S4,完成对前一班次气象测量阵列的换岗操作,实现指定海域的不间断气象测量的目标。
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2021
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