CN115166872B - 一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统 - Google Patents

一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统，所述检测方法包括：在所测区域风速和分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。如此设置，能够实时监测大气中的雪粒浓度、速度等参数，实现灾害预警。监测实时降雪强度，为所测区域的防雪除雪提供前端气象条件。根据前端监测结果，实时调整建筑物防雪组件参数，可减少屋面积雪厚度。同时，当所测区域为光伏电场时，可以预防现有光伏电场发生雪灾的可能性，减少光伏板积雪面积和雪荷载，保证安全并增加发电效率。

Description

一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统
技术领域
本发明涉及雪浓度检测技术领域，具体涉及到一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统。
背景技术
目前，在出现降雪现象时，现有技术中无法对空气中实时的雪粒子密度进行监测，通常情况下是通过实际的降水量来反推降雪等级、雪浓度等气象参数，但是该反推方法具有一定的延后性，无法正确反映特定时段降雪气象条件。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题为现有的反推方法具有一定的延后性，无法正确反映特定时段降雪气象条件的问题，从而提供了一种雪浓度的检测方法、检测装置及防雪系统。
根据第一方面本发明实施例提供了一种雪浓度的检测方法，所述检测方法包括：在所测区域达到预设风速和分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。
可选地，所述在所测区域分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像，包括：在通过气象预警模块检测到降雪来临后，通过光源系统将所述所测区域照亮；在将所述所测区域照亮之后，控制所述图像采集系统对所述所测区域进行图像采集，得到所测区域中示踪雪粒的运动图像。
可选地，所述光源的照明方向与所述高速摄像装置的拍摄方向垂直。
可选地，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器可以分别得到所述运动图像和雪质量参数。
可选地，所述控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，包括：控制所述图像识别系统对相邻两次曝光的所述运动图像进行识别，并提取所述位移参数。
可选地，所述基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场，包括：基于所述位移参数确定示踪雪粒的运动速度；通过所述示踪雪粒的运动速度得到所述所测区域的积雪速度分布，根据所述所测区域的积雪速度分布得到所述示踪雪粒的速度场。
可选地，控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，还得到瞬时单位体积内的雪粒数量、雪粒平均直径，并根据集雪盒中的雪粒质量输出雪粒密度。
本发明实施例还提供一种雪浓度的检测组件，所述检测组件包括：图像采集系统，用于在所测区域分布雪粒后，获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；图像识别系统，与所述图像采集系统通信连接；所述图像识别系统用于对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。
可选地，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器可以分别得到所述运动图像和雪质量参数。
可选地，所述检测组件还包括：光源系统，用于将所述所测区域照亮，形成光照平面。
可选地，所述光源系统包括：冷光灯，用于将所述所测区域照亮，形成光照平面；光敏传感器，与所述冷光灯通信连接，用于调整冷光灯的亮度。
可选地，所述检测组件还包括：设备控制模块，与图像采集系统、光源系统通信连接，所述设备控制模块用于控制所述图像采集系统和所述光源系统协调运作。
可选地，所述检测组件还包括：集雪盒，通过所述集雪盒和所述重力传感器自动测量单位面积上积雪质量。
本发明实施例还提供了一种防雪系统，该防雪系统包括：防雪组件，设置在防雪区域，所述防雪组件用于防止雪粒落入待测区域及清除落入所述待测区域的雪粒；所述防雪组件具有视频监测功能，可图像识别积雪范围，并提供预警信息；计算控制组件，与气象监测模块和所述防雪组件通信连接，所述计算控制组件用于预测降雪积雪情况、调整防雪组件的工作状态；上述任一实施例所述的检测组件，与所述计算控制组件通信连接。
可选地，所述防雪组件包括防雪栅和吹风装置，所述防雪栅布置在所述防雪区域，所述吹风装置适于将落入所述防雪区域的雪粒进行吹扫。
可选地，所述计算控制组件包括：计算装置，与所述气象监测模块通信连接，可接入来自所述气象监测模块的气象参数，并预测降雪、积雪情况，根据所述检测组件和所述防雪组件的反馈信息实调整防雪组件的功能；具有无线传输功能，可远程观看和操控降雪情况；控制装置，与所述气象监测模块通信连接，所述控制装置用于预测屋面积雪情况，自动调整防雪组件的功能，并根据防雪组件的反馈参数二次调节防雪组件；控制装置根据风向仪测量的自然风参数，自动调整所述防雪栅高度和角度；所述控制装置具有雪相传感器接口，自动计算和调整所述待测区域上吹风装置的风管风速和出风角度，将待测区域上的积雪吹离。
本发明实施例具有如下有益效果：
1.本发明实施例提供了一种雪浓度的检测方法，所述检测方法包括：在所测区域分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。如此设置，能够实时监测大气中的雪粒浓度、速度等参数，实现灾害预警。监测实时降雪强度，为所测区域的防雪除雪提供前端气象条件。根据前端监测结果，实时调整建筑物防雪组件参数，可减少屋面积雪厚度。同时，当所测区域为光伏电场时，可以预防现有光伏电场发生雪灾的可能性，减少光伏板积雪面积和雪荷载，保证安全并增加发电效率。
2.本发明实施例通过设置防雪系统，可以适用于光伏发电站在高寒地区的防雪和高沙尘地区的防尘，并监测实时气象参数，为光伏电站的设计提供气象依据。同时，根据前端监测结果，可以自动调整防雪组件的功能，减少人工作业，可减少屋面积雪厚度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1是本发明实施例防雪系统的整体示意图；
图2是本发明实施例防雪系统的整体结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
实施例1
如图1至图2所示，本发明提供了一种雪浓度的检测方法，所述检测方法具体包括以下步骤：
在所测区域达到预设风速和分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；
控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。
具体地，在通过气象预警模块检测到降雪和大风来临后，利用光源系统照射所测流场区域，通过光源系统将所述所测区域照亮，形成光照平面；在将所述所测区域照亮之后，控制所述图像采集系统对所述所测区域进行图像采集，得到所测区域中示踪雪粒的运动图像。具体来讲，可选地，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器可以分别得到所述运动图像和雪质量参数。使用高速摄像机获取示踪雪粒的运动图像，在一定光照区域内形成雪粒的阴影图像，高速摄像机捕捉示踪粒子的阴影，以获得相邻两次曝光的所述运动图像内粒子的位移情况，控制所述图像识别系统对相邻两次曝光的所述运动图像进行识别，并提取所述位移参数。从而得到雪颗粒的速度场。
如此设置，能够实时监测大气中的雪粒浓度、速度等参数，实现灾害预警。监测实时降雪强度，为所测区域的防雪除雪提供前端气象条件。根据前端监测结果，实时调整建筑物防雪组件参数，可减少屋面积雪厚度。同时，当所测区域为光伏电场时，可以预防现有光伏电场发生雪灾的可能性，减少光伏板积雪面积和雪荷载，保证安全并增加发电效率。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，气象预警模块检测到降雪来临后，控制系统打开大功率冷光灯，利用亮度较高的片光源将需要测量的区域照亮，当应用场景在光伏发电站时，该待测区域可以为光伏板，以便于图像拍摄系统对光伏板上积雪分布情况进行图像采集。同时，需要将所述光源的照明方向与所述高速摄像装置的拍摄方向垂直。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，图像识别系统可以从相邻两次曝光的所述运动图像内提取所测区域的速度场数据。通过图像分析处理系统对高速相机拍摄到的粒子图像进行互相关分析，可以通过所述位移参数确定示踪雪粒的运动速度。然后，再通过所述示踪雪粒的运动速度得到所述所测区域的积雪速度分布，根据所述所测区域的积雪速度分布得到所述示踪雪粒的速度场。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，还得到瞬时单位体积内的雪粒数量、雪粒平均直径，并根据集雪盒中的雪粒质量输出雪粒密度。除此之外，图像识别系统还具有图像剪辑、图像后处理、标定模块等功能。
实施例2
如图1至图2所示，本发明实施例还提供一种雪浓度的检测组件，所述检测组件包括图像采集系统和图像识别系统，图像采集系统用于在所测区域分布雪粒后，获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像。图像识别系统与所述图像采集系统通信连接，所述图像识别系统用于对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场。图像识别系统具有识别、计算、并输出雪浓度、雪质量、雪粒直径、风速、风向等降雪气象条件参数的功能。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器可以分别得到所述运动图像和雪质量参数。所述图像采集系统还设置有黑色背景板、风向仪、三脚架、可旋转底座、UPS电池。风向仪输出风向、风速参数、为可旋转底座提供旋转角度依据。并且，可根据自然风向自动或手动调节可旋转底座，使高速摄像装置始终能捕捉特定风向角下的雪粒子运动视频。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述检测组件还包括光源系统，光源系统用于将所述所测区域照亮，形成光照平面。具体地，所述光源系统包括冷光灯和光敏传感器，冷光灯用于将所述所测区域照亮，形成光照平面，以便于图像采集系统对光伏板上积雪分布情况进行图像采集。光敏传感器与所述冷光灯通信连接，用于调整冷光灯的亮度。可根据自然光调节灯光亮度，保持高速摄像装置的摄像头范围内亮度恒定。同时，需要将所述光源的照明方向与所述高速摄像装置的拍摄方向垂直。采集图像的时间间隔需要根据具体的测量条件来确定，但是在满足实际测量情况的条件要尽可能地使曝光脉冲短，这样有利于测量结果的准确性。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述检测组件还包括设备控制模块，设备控制模块与图像采集系统、光源系统通信连接，所述设备控制模块用于控制所述图像采集系统和所述光源系统协调运作。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述检测组件还包括集雪盒，通过所述集雪盒和所述重力传感器自动测量单位面积上积雪质量。
如此设置，能够实时监测大气中的雪粒浓度，实现灾害预警。监测实时降雪强度，为所测区域的防雪除雪提供前端气象条件。同时，当所测区域为光伏电场时，可以预防现有光伏电场发生雪灾的可能性，减少光伏板积雪面积和雪荷载，保证安全并增加发电效率。
实施例3
如图1至图2所示，本发明实施例还提供了一种防雪系统，该防雪系统包括防雪组件、计算控制组件以及上述任一实施例所述的检测组件。
具体地，防雪组件设置在防雪区域，所述防雪组件用于防止雪粒落入待测区域及清除落入所述待测区域的雪粒；所述防雪组件具有视频监测功能，可图像识别积雪范围，并提供预警信息。计算控制组件与气象监测模块和所述防雪组件通信连接，所述计算控制组件用于预测降雪积雪情况、调整防雪组件的工作状态。上述任一实施例所述的检测组件，与所述计算控制组件通信连接。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述防雪组件包括防雪栅和吹风装置，所述防雪栅布置在所述防雪区域，所述防雪栅为可移动式防雪栅，具有自动调整防雪栅高度和角度的功能。所述吹风装置适于将落入所述防雪区域的雪粒进行吹扫。所述吹风装置包括可旋转的吹风管、鼓风机、风压传感器，吹风管安装在发电站每排光伏板的迎风侧，风压传感器安装在风管出风口两侧，防雪导流栅与可调节高度支架安装在屋面迎风侧。吹风管是可旋转筒状结构，表面有出风孔洞。防雪栅为网状或板状结构，上有导流孔与导流板，可根据自然风速、风向调整吹风管出风口角度和风量。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述计算控制组件包括计算装置和控制装置。具体地，计算装置与所述气象监测模块通信连接，可接入来自所述气象监测模块的气象参数，并预测降雪、积雪情况，根据所述检测组件和所述防雪组件的反馈信息实调整防雪组件的功能。同时，还具有无线传输功能，可远程观看和操控降雪情况。控制装置与所述气象监测模块通信连接，所述控制装置用于预测屋面积雪情况，自动调整防雪组件的功能，并根据防雪组件的反馈参数二次调节防雪组件。控制装置根据风向仪测量的自然风参数，自动调整所述防雪栅高度和角度。所述控制装置具有雪相传感器接口，自动计算和调整所述待测区域上吹风装置的风管风速和出风角度，将待测区域上的积雪吹离。
本发明实施例通过设置防雪系统，可以适用于光伏发电站在高寒地区的防雪和高沙尘地区的防尘，并监测实时气象参数，为光伏电站的设计提供气象依据。同时，根据前端监测结果，可以自动调整防雪组件的功能，减少人工作业，可减少屋面积雪厚度。
实施例4
本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，以通过总线连接为例。
处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的检测方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的检测方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行上述实施例中任一项检测方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述任一实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
实施例5
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行任一项所述的检测方法。
其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(HardDisk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (13)

1.一种雪浓度的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
在所测区域达到预设风速和分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；
控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；所述控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，包括：控制所述图像识别系统对相邻两次曝光的所述运动图像进行识别，并提取所述位移参数；控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，还得到瞬时单位体积内的雪粒数量、雪粒平均直径，并根据集雪盒中的雪粒质量输出雪粒密度；
基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场；所述基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场，包括：基于所述位移参数确定示踪雪粒的运动速度；通过所述示踪雪粒的运动速度得到所述所测区域的积雪速度分布，根据所述所测区域的积雪速度分布得到所述示踪雪粒的速度场。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述在所测区域分布雪粒后，使用图像采集系统获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像，包括：
在通过气象预警模块检测到降雪来临后，通过光源系统将所述所测区域照亮；
在将所述所测区域照亮之后，控制所述图像采集系统对所述所测区域进行图像采集，得到所测区域中示踪雪粒的运动图像。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述光源系统的照明方向与所述图像采集系统的拍摄方向垂直。
4.根据权利要求1至3任一项所述的检测方法，其特征在于，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器分别得到所述运动图像和雪质量参数。
5.一种雪浓度的检测组件，其特征在于，所述检测组件包括：
图像采集系统，用于在所测区域达到预设风速和分布雪粒后，获取所述所测区域中示踪雪粒的运动图像；
图像识别系统，与所述图像采集系统通信连接；所述图像识别系统用于对所述运动图像进行识别，至少获得示踪雪粒的位移参数；所述控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，包括：控制所述图像识别系统对相邻两次曝光的所述运动图像进行识别，并提取所述位移参数；控制图像识别系统对所述运动图像进行识别，还得到瞬时单位体积内的雪粒数量、雪粒平均直径，并根据集雪盒中的雪粒质量输出雪粒密度；基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场；所述基于所述位移参数得到示踪雪粒的速度场，包括：基于所述位移参数确定示踪雪粒的运动速度；通过所述示踪雪粒的运动速度得到所述所测区域的积雪速度分布，根据所述所测区域的积雪速度分布得到所述示踪雪粒的速度场。
6.根据权利要求5所述的检测组件，其特征在于，所述图像采集系统包括高速摄像装置和重力传感器，通过所述高速摄像装置和所述重力传感器分别得到所述运动图像和雪质量参数。
7.根据权利要求6所述的检测组件，其特征在于，还包括：
光源系统，用于将所述所测区域照亮，形成光照平面。
8.根据权利要求7所述的检测组件，其特征在于，所述光源系统包括：
冷光灯，用于将所述所测区域照亮，形成光照平面；
光敏传感器，与所述冷光灯通信连接，用于调整冷光灯的亮度。
9.根据权利要求7所述的检测组件，其特征在于，还包括：
设备控制模块，与图像采集系统、光源系统通信连接，所述设备控制模块用于控制所述图像采集系统和所述光源系统协调运作。
10.根据权利要求8或9所述的检测组件，其特征在于，还包括：
集雪盒，通过所述集雪盒和所述重力传感器自动测量单位面积上积雪质量。
11.一种防雪系统，其特征在于，包括：
防雪组件，设置在防雪区域，所述防雪组件用于防止雪粒落入待测区域及清除落入所述待测区域的雪粒；所述防雪组件具有视频监测功能，可图像识别积雪范围，并提供预警信息；
计算控制组件，与气象监测模块和所述防雪组件通信连接，所述计算控制组件用于预测降雪积雪情况、调整防雪组件的工作状态；
权利要求5至10任一项所述的检测组件，与所述计算控制组件通信连接。
12.根据权利要求11所述的防雪系统，其特征在于，所述防雪组件包括防雪栅和吹风装置，所述防雪栅布置在所述防雪区域，所述吹风装置适于将落入所述防雪区域的雪粒进行吹扫。
13.根据权利要求12所述的防雪系统，其特征在于，所述计算控制组件包括：
计算装置，与所述气象监测模块通信连接，接入来自所述气象监测模块的气象参数，并预测降雪、积雪情况，根据所述检测组件和所述防雪组件的反馈信息实调整防雪组件的功能；具有无线传输功能，远程观看和操控降雪情况；
控制装置，与所述气象监测模块通信连接，所述控制装置用于预测屋面积雪情况，自动调整防雪组件的功能，并根据防雪组件的反馈参数二次调节防雪组件；控制装置根据风向仪测量的自然风参数，自动调整所述防雪栅高度和角度；所述控制装置具有雪相传感器接口，自动计算和调整所述待测区域上吹风装置的风管风速和出风角度，将待测区域上的积雪吹离。
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