CN115933730A - 一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法，旨在解决现有无人机无法精准确定故障点位置；且故障点标记多以二维图像为主，无法在巡检中发现故障点的同时进行标记的问题，包括如下步骤：S1、选定光伏电站巡检区域并为无人机规划巡检运行路线；S2、无人机按照巡检运行路线飞行并倾斜摄影；S3、生成巡检区域的三维模型，依据三维模型规划无人机巡检航线及拍照点；S4、无人机起飞后按照航线飞行并利用机载红外相机进行巡检红外摄像，故障点目标定位；S5、确定故障点位置信息，并生成带有故障框选的红外照片；S6、生成含有上述信息的巡检报告。本发明尤其适用于光伏电站无人机巡检，具有较高的社会使用价值和应用前景。

Description

一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法

技术领域

本发明涉及光伏巡检技术领域，具体涉及一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法。

背景技术

随着新能源行业的发展，光伏装机容量的不断扩大，光伏巡检的需求量也日益增大。传统的光伏巡检是由工作人员亲自到现场进行巡检，全检周期长，部分电站存在抽检甚至不检的情况，且巡检结果是以纸介质方式记录，然后再人工录入到计算机中，可能会产生录入误差，所以无人机巡检逐渐成为了光伏巡检的趋势所在，

现有的无人机巡检模式较为单一，只能根据可见光和红外热成像观测，通过观察识别，大致推断出故障点范围，无法精准确定故障点位置；且故障点标记多以二维图像为主，无法在巡检中发现故障点的同时进行标记，也无法生成包含故障点在内的精确故障报告。为此，我们提出了一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法。

发明内容

本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法，包括如下步骤：

S1、选定光伏电站巡检区域并为无人机规划巡检运行路线；

S2、无人机按照巡检运行路线飞行并使用机载相机对巡检区域进行倾斜摄影；

S3、将所述倾斜摄影照片导出并使用软件生成巡检区域所处光伏电站的三维模型，依据三维模型规划无人机巡检航线及拍照点，并将无人机巡检航线及拍照点导入至无人机中；

S4、无人机起飞后按照航线飞行并利用机载红外相机进行巡检红外摄像，机载电脑对实时拍摄的红外照片进行异常识别，发现异常后对红外光斑位置进行故障点目标定位；

S5、依据所得出的故障点目标定位确定故障点位置信息，并在无人机巡检红外摄像时，对故障点区域进行框选以生成带有故障框选的红外照片；

S6、巡检结束后，无人机生成含有上述信息的巡检报告。

可选地，所述步骤S5中，故障点目标定位确定故障点位置信息包括如下步骤：

S501、通过激光测距建立故障点目标的像空间辅助坐标系坐标，并联合吊舱方位角、吊舱俯仰角、吊舱安置角和吊舱机体坐标共同确定故障点目标的机体坐标系坐标；

S502、根据无人机姿态角、航向角来确定故障点目标的站心地平坐标系坐标；

S503、根据无人机经纬高确定无人机的地心直角坐标系坐标；

S504、联合故障点目标的像空间辅助坐标系坐标、机体坐标系坐标、站心地平坐标系坐标，以及无人机的地心直角坐标系坐标综合计算得出故障点目标的地心直角坐标系坐标，从而解算出故障点目标的大地坐标。

可选地，所述步骤S501中，故障点目标的像空间辅助坐标表示公式如(1)为：

式(1)中，激光测距值为Dis，(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标。

可选地，所述步骤S502中，依据像空间辅助坐标系解算，故障点目标的机体辅助坐标系坐标与像空间辅助坐标系之间的转换关系表示公式如(2)为：

式(2)中，故障点目标的机体坐标系定义为左手系，原点位于无人机质心，X轴指向机头，Y轴指向无人机右侧，Z轴竖直向上；(X0,Y0,Z0)为吊舱在机体坐标系中的坐标，此值由实际量测得到；(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标；(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体辅助坐标系坐标；A为旋转矩阵，K为吊舱安置角改正旋转矩阵。

可选地，所述旋转矩阵A的表示公式如(3)为：

式(3)中，Yaw为吊舱相对于无人机机头的方位角，以右偏为正；P为吊舱相对于无人机的俯仰角，以抬头为正，以低头为负；R为吊舱相对于无人机的滚转角。

可选地，所述吊舱为两轴光电吊舱，吊舱相对于无人机的滚转角R等于零。

可选地，所述吊舱安置角改正旋转矩阵K的表示公式如(4)为：

式(4)中，y为吊舱航向安置角，以右偏为正；p为吊舱俯仰安置角，以抬头为正，以低头为负；r为吊舱滚转安置角，以右侧抬高为正。

可选地，所述步骤503中，无人机的地心直角坐标系坐标依据无人机纬度、经度、高度计算，由大地坐标系转换获得。

可选地，所述步骤S504中，故障点目标的机体坐标系坐标与站心地平坐标系坐标的转换关系表示公式如(5)为：

式(5)中，故障点目标的地心直角坐标定义为右手系，以参考椭球中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴；(X3，Y3，Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；

(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体坐标系坐标；θ为无人机航向角，

为无人机俯仰角，

为无人机滚转角。

可选地，所述步骤504中，故障点目标大地坐标解算表示公式如(6)为：

式(6)中，(XA,YA,ZA)为无人机的地心直角坐标系坐标；(X3,Y3,Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；(X4,Y4,Z4)为故障点目标的地心直角坐标系坐标；B为无人机纬度；L为无人机经度。

本发明实施例提供了一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法，具备以下有益效果：

1、本发明在现有的无人机巡检技术的基础上，对故障点的定位算法进行精进，以实现更精确的定位故障点坐标，有效改善故障点定位不够精准的问题，为检修人员，提供更加准确的故障点坐标，大大减少了运维成本，提高了光伏电站的运维工作效率。

2、本发明改善了当前无人机巡检模式较为单一的问题，通过更加完善的故障点定位算法，联合故障点目标像空间坐标系、故障点目标机体坐标系、故障点目标站心地平坐标系，以及无人机的地心直角坐标系等多重坐标系，精准解算出故障点位置。

3、本发明改进了当前的故障点标记模式，在巡检的同时生成电站三维模型并在发现故障点的同时进行标记，最后生成包含故障点在内的精确故障报告。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明的光伏电站无人机巡检及故障定位方法流程图；

图2为本发明中故障点目标定位确定故障点位置信息的流程图；

图3为本发明中故障点目标的像空间辅助坐标系示意图；

图4为本发明中故障点目标的机体坐标系示意图；

图5为本发明中故障点目标的站心地平坐标系与无人机的地心直角坐标系组合示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-5和实施例对本发明进一步说明：

实施例1

一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法，参照附图1-5，包括如下步骤：

S1、选定光伏电站巡检区域并为无人机规划巡检运行路线；

S2、无人机按照巡检运行路线飞行并使用机载相机对巡检区域进行倾斜摄影；

S3、将所述倾斜摄影照片导出并使用软件生成巡检区域所处光伏电站的三维模型，依据三维模型规划无人机巡检航线及拍照点，并将无人机巡检航线及拍照点导入至无人机中；

S4、无人机起飞后按照航线飞行并利用机载红外相机进行巡检红外摄像，机载电脑对实时拍摄的红外照片进行异常识别，发现异常后对红外光斑位置进行故障点目标定位；

S5、依据所得出的故障点目标定位确定故障点位置信息，并在无人机巡检红外摄像时，对故障点区域进行框选以生成带有故障框选的红外照片；

S6、巡检结束后，无人机生成包含故障点目标在内的精确故障巡检报告。

本实施例中，参照附图2展示故障点目标定位确定故障点位置信息的流程图，所述步骤S5中，故障点目标定位确定故障点位置信息包括如下步骤：

S501、通过激光测距建立故障点目标的像空间辅助坐标系坐标，并联合吊舱方位角、吊舱俯仰角、吊舱安置角和吊舱机体坐标共同确定故障点目标的机体坐标系坐标；

S502、根据无人机姿态角、航向角来确定故障点目标的站心地平坐标系坐标；

S503、根据无人机经纬高确定无人机的地心直角坐标系坐标，本实施例中，无人机的地心直角坐标系坐标依据无人机纬度、经度、高度计算，由大地坐标系转换获得；

S504、联合故障点目标的像空间辅助坐标系坐标、机体坐标系坐标、站心地平坐标系坐标，以及无人机的地心直角坐标系坐标综合计算得出故障点目标的地心直角坐标系坐标，从而解算出故障点目标的大地坐标(经纬高)。

本实施例中，参照附图3，所述步骤S501中，故障点目标的像空间辅助坐标表示公式如(1)为：

式(1)中，激光测距值为Dis，(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标；

本实施例中，参照附图4，依据像空间辅助坐标系解算，故障点目标的机体辅助坐标系坐标与像空间辅助坐标系之间的转换关系表示公式如(2)为：

式(2)中，故障点目标的机体坐标系定义为左手系，原点位于无人机质心，X轴指向机头，Y轴指向无人机右侧，Z轴竖直向上；(X0,Y0,Z0)为吊舱在机体坐标系中的坐标，此值由实际量测得到；(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标；(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体辅助坐标系坐标；A为旋转矩阵，K为吊舱安置角改正旋转矩阵。

其中，所述旋转矩阵A的表示公式如(3)为：

式(3)中，Yaw为吊舱相对于无人机机头的方位角，以右偏为正；P为吊舱相对于无人机的俯仰角，以抬头为正，以低头为负；R为吊舱相对于无人机的滚转角；本实施例中，所述吊舱为两轴光电吊舱，吊舱相对于无人机的滚转角R等于零；

其中，所述吊舱安置角改正旋转矩阵K的表示公式如(4)为：

式(4)中，y为吊舱航向安置角，以右偏为正；p为吊舱俯仰安置角，以抬头为正，以低头为负；r为吊舱滚转安置角，以右侧抬高为正。

本实施例中，故障点目标的机体坐标系坐标与站心地平坐标系坐标的转换关系表示公式如(5)为：

式(5)中，故障点目标的地心直角坐标定义为右手系，以参考椭球中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴；(X3，Y3，Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；

(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体坐标系坐标；θ为无人机航向角，

为无人机俯仰角，

为无人机滚转角。

本实施例中，所述步骤504中，故障点目标的大地坐标解算表示公式如(6)为：

式(6)中，(XA,YA,ZA)为无人机的地心直角坐标系坐标，无人机的地心直角坐标系坐标依据无人机纬度、经度、高度计算，由大地坐标系转换获得；

(X3,Y3,Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；(X4,Y4,Z4)为故障点目标的地心直角坐标系坐标；B为无人机纬度；L为无人机经度。

根据本发明上述实施例的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，在现有的无人机巡检技术的基础上，对故障点的定位算法进行精进，以实现更精确的定位故障点坐标，有效改善故障点定位不够精准的问题，为检修人员，提供更加准确的故障点坐标，大大减少了运维成本，提高了光伏电站的运维工作效率；

改善了当前无人机巡检模式较为单一的问题，通过更加完善的故障点定位算法，联合故障点目标像空间坐标系、故障点目标机体坐标系、故障点目标站心地平坐标系，以及无人机的地心直角坐标系等多重坐标系，精准解算出故障点位置；

且改进了当前的故障点标记模式，在巡检的同时生成电站三维模型并在发现故障点的同时进行标记，最后生成包含故障点在内的精确故障报告。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选定光伏电站巡检区域并为无人机规划巡检运行路线；

S2、无人机按照巡检运行路线飞行并使用机载相机对巡检区域进行倾斜摄影；

S3、将所述倾斜摄影照片导出并使用软件生成巡检区域所处光伏电站的三维模型，依据三维模型规划无人机巡检航线及拍照点，并将无人机巡检航线及拍照点导入至无人机中；

S4、无人机起飞后按照航线飞行并利用机载红外相机进行巡检红外摄像，机载电脑对实时拍摄的红外照片进行异常识别，发现异常后对红外光斑位置进行故障点目标定位；

S5、依据所得出的故障点目标定位确定故障点位置信息，并在无人机巡检红外摄像时，对故障点区域进行框选以生成带有故障框选的红外照片；

S6、巡检结束后，无人机生成含有上述信息的巡检报告。

2.如权利要求1所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤S5中，故障点目标定位确定故障点位置信息包括如下步骤：

S501、通过激光测距建立故障点目标的像空间辅助坐标系坐标，并联合吊舱方位角、吊舱俯仰角、吊舱安置角和吊舱机体坐标共同确定故障点目标的机体坐标系坐标；

S502、根据无人机姿态角、航向角来确定故障点目标的站心地平坐标系坐标；

S503、根据无人机经纬高确定无人机的地心直角坐标系坐标；

S504、联合故障点目标的像空间辅助坐标系坐标、机体坐标系坐标、站心地平坐标系坐标，以及无人机的地心直角坐标系坐标综合计算得出故障点目标的地心直角坐标系坐标，从而解算出故障点目标的大地坐标。

3.如权利要求2所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤S501中，故障点目标的像空间辅助坐标表示公式如(1)为：

式(1)中，激光测距值为Dis，(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标。

4.如权利要求3所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤S502中，依据像空间辅助坐标系解算，故障点目标的机体辅助坐标系坐标与像空间辅助坐标系之间的转换关系表示公式如(2)为：

式(2)中，故障点目标的机体坐标系定义为左手系，原点位于无人机质心，X轴指向机头，Y轴指向无人机右侧，Z轴竖直向上；(X0,Y0,Z0)为吊舱在机体坐标系中的坐标；(X1,Y1,Z1)为故障点目标的像空间辅助坐标系坐标；(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体辅助坐标系坐标；A为旋转矩阵，K为吊舱安置角改正旋转矩阵。

5.如权利要求4所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述旋转矩阵A的表示公式如(3)为：

式(3)中，Yaw为吊舱相对于无人机机头的方位角，以右偏为正；P为吊舱相对于无人机的俯仰角，以抬头为正，以低头为负；R为吊舱相对于无人机的滚转角。

6.如权利要求5所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述吊舱为两轴光电吊舱，吊舱相对于无人机的滚转角R等于零。

7.如权利要求6所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述吊舱安置角改正旋转矩阵K的表示公式如(4)为：

式(4)中，y为吊舱航向安置角，以右偏为正；p为吊舱俯仰安置角，以抬头为正，以低头为负；r为吊舱滚转安置角，以右侧抬高为正。

8.如权利要求2所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤503中，无人机的地心直角坐标系坐标依据无人机纬度、经度、高度计算，由大地坐标系转换获得。

9.如权利要求2所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤S504中，故障点目标的机体坐标系坐标与站心地平坐标系坐标的转换关系表示公式如(5)为：

式(5)中，故障点目标的地心直角坐标定义为右手系，以参考椭球中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴；(X3，Y3，Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；

(X2,Y2,Z2)为故障点目标的机体坐标系坐标；θ为无人机航向角，

为无人机俯仰角，

为无人机滚转角。

10.如权利要求2所述的光伏电站无人机巡检及故障定位方法，其特征在于：所述步骤504中，故障点目标大地坐标解算表示公式如(6)为：

式(6)中，(XA,YA,ZA)为无人机的地心直角坐标系坐标；(X3,Y3,Z3)为故障点目标的站心地平坐标系坐标；(X4,Y4,Z4)为故障点目标的地心直角坐标系坐标；B为无人机纬度；L为无人机经度。

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