CN213659248U - 一种新能源场实景三维定位巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：所述巡检系统包括无人机以及分别与所述无人机通信连接的上位机、地面控制器和UWB定位基站，在所述无人机上搭载有飞行控制器、高清晰摄像头、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器和第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述拍摄装置和高清晰摄像头可旋转地安装在所述无人机下方，所述拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器、第一无线通信模块和第二无线通信模块分别与所述飞行控制器连接。本实用新型能对新能源场实景进行三维定位巡检，并获取光伏发电组件缺陷信息，一次作业获取多种数据，实现多功能一体化检测，能大大提高了巡检效率。

Description

一种新能源场实景三维定位巡检系统

技术领域

本申请属于新能源场站巡检技术领域，特别涉及光伏发电场站巡检技术领域，尤其涉及一种新能源场实景三维定位巡检系统。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，对再生能源的开发和利用备受关注，再生能源的利用已成为人类对新能源需求的重要组成部分，并不断得到发展，而再生能源场站项目的选址一般都在平原、山坡、工业大型厂房屋顶等无明显阳光遮挡的区域，并且具有组件多、占地面积广的特征，为适应智能化能源场站以及无人值守光伏电站发展需求，需要对能源场站区域进行全天候、全方位和全自主智能巡检，为现场生产指挥、运检过程管控、运检策略优化提供技术支撑。而目前单一的无人机巡检的应用确实给新能源场站巡检工作带来了一些实际便利，同时也存在一些缺陷和不足，这些缺陷和不足主要表现在，巡检路径的信号定位不够准确，自主判断的能力较差，难难以实现全覆盖、极端环境适应能力不强、难以开展较复杂工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新能源场实景三维定位巡检系统，根据本实用新型的巡检系统能对新能源场实景进行三维定位巡检，获取光伏发电组件缺陷信息，一次作业获取多种数据，实现多功能一体化检测，能大大提高了巡检数据的采集效率。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本实用新型的一个方面，提供一种新能源场实景三维定位巡检系统，所述巡检系统包括无人机以及分别与所述无人机通信连接的上位机、地面控制器和UWB定位基站，在所述无人机上搭载有飞行控制器、高清晰摄像头、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器和第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述拍摄装置和高清晰摄像头可旋转地安装在所述无人机下方，所述高清晰摄像头、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、第一无线通信模块和第二无线通信模块设置于所述无人机内部，所述拍摄装置、 UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器、第一无线通信模块和第二无线通信模块分别与所述飞行控制器连接，所述地面控制器通过第一无线通信模块与所述飞行控制器通信连接，所述UWB定位基站通过UWB定位标签与所述飞行控制器通信连接，所述飞行控制通过第二通信模块与所述上位机进行无线通信连接。

上述方案进一步优选的，在所述无人机上还搭载有温湿度传感器、风速传感器、光照传感器和姿态传感器，所述温湿度传感器、风速传感器、光照传感器、姿态传感器和分别与所述飞行控制器通信连接。

上述方案进一步优选的，在所述无人机上还搭载有声光报警器，所述声光报警器与所述飞行控制器连接。

上述方案进一步优选的，所述激光测距传感器与所述高清晰摄像头位于同一水平高度，所述高清晰摄像头高度低于缺陷拍摄装置的高度，所述高清晰摄像头可旋转360°地安装在所述无人机下方，所述缺陷拍摄装置可旋转 180°地安装在所述无人机下方。

上述方案进一步优选的，所述缺陷拍摄装置包括紫外成像仪和红外成像仪，所述高清晰摄像头、紫外成像仪和红外成像仪与所述飞行控制器相连接。

上述方案进一步优选的，所述UWB定位基站包括支撑壳体、缓冲支撑板和设置在支撑壳体的和定位天线，该缓冲支撑板设置在所述支撑壳体的表面，在所述支撑壳体内设置有中央处理器、数据存储器、供电模块、第三无线通信模块和多个UWB定位模块，每个UWB定位模块分别连接一个定位天线，在所述缓冲支撑板表面设置有一对电极板，所述供电模块的电源输出端分别与中央处理器的电源端、数据存储器的电源端、第三无线通信模块的电源端、 UWB定位模块的电源端和电极板进行电气连接，所述数据存储器、第三无线通信模块和UWB定位模块分别与所述中央处理器连接，所述电极板与所述供电模块之间连接有继电器开关，该继电器开关的控制端与所述中央处理器连，在无人机的支撑脚底端外部套设有金属套接触端子。

上述方案进一步优选的，在所述缓冲支撑板的底面与所述支撑壳体的上表面之间设置有感应开关，所述感应开关的信号输出端所述中央处理器连接。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、对使新能源场站(光伏电站)运行状况实施巡检和综合数据统一处理，不需要工作人员在现场进行巡检，从而减少了现场工作时间和劳动强度小，从而满足新能源场站生产管理的需求，提高新能源场智能化巡检水平，并为日常养护管理提供科学的决策依据；

(2)、本实用新型通过对新能源场实景进行三维定位巡检，集成了高清晰摄像头、红外热像仪、紫外成像仪等多种传感器设备，获取光伏发电组件缺陷信息，可实现超低空、超视距情况下的全自主飞行巡检，一次作业获取多种数据，实现多功能一体化检测，实现了光伏电站无人值守的全天候、全方位、全自主智能巡检，能大大提高了巡检数据数据采集效率，也便于工作人员掌握各类巡检数据，不仅提升了自动化巡检水平，有效提高了光伏发电组件的巡检效率和处理效率。

(2)、本实用新型能有效引导无人机的停靠降落进行充电和定位巡检，实现对无人机的巡检充电，保证无人机正常工作，提高了光伏电站的自动运维水平，提高了自动化程度，减少了人员巡检的误差，省时省力，提高了新能源场站的光伏快速巡检。

附图说明

图1是本实用新型的一种新能源场实景三维定位巡检系统的巡检示意图；

图2是本实用新型的一种新能源场实景三维定位巡检系统的系统原理图；

图3是本实用新型的UWB定位基站4的结构示意图；

图4是本实用新型的UWB定位基站4的定位原理图；

附图中，无人机1，上位机2，地面控制器3，UWB定位基站4，高清晰摄像头5，紫外成像仪6，红外成像仪7，支撑壳体40，缓冲支撑板41，定位天线42，电极板43，感应开关44，中央处理器400，数据存储器401，供电模块402，第三无线通信模块403，UWB定位模块404，继电器开关405，光伏发电组件100。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

结合图1和图2，本实用新型提供了一种新能源场实景三维定位巡检系统，所述巡检系统包括无人机1以及分别与所述无人机1通信连接的上位机2、地面控制器3和UWB定位基站4，在所述无人机1上搭载有飞行控制器4、高清晰摄像头5、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器和第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述拍摄装置和高清晰摄像头可旋转地安装在所述无人机下方，所述高清晰摄像头5、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、第一无线通信模块和第二无线通信模块设置于所述无人机内部，所述拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器、第一无线通信模块和第二无线通信模块分别与所述飞行控制器连接，所述地面控制器通过第一无线通信模块与所述飞行控制器通信连接，所述UWB定位基站通过UWB定位标签与所述飞行控制器通信连接，所述飞行控制通过第二通信模块与所述上位机进行无线通信连接；所述激光测距传感器与所述高清晰摄像头5位于同一水平高度，所述高清晰摄像头5高度低于缺陷拍摄装置的高度，所述高清晰摄像头可旋转360°地安装在所述无人机1下方，所述缺陷拍摄装置可旋转180°地安装在所述无人机下方，所述缺陷拍摄装置包括紫外成像仪6和红外成像仪7，所述高清晰摄像头5、紫外成像仪6和红外成像仪7 分别与所述飞行控制器相连接，所述飞行控制器采用基于32位ARM9微处理器芯片，该ARM9微处理器芯片内置64KB的ROM，32KB的SRAM，32位的扩展总线，主频最高可达到133MHz，从而保证了数据处理器的数据处理能力和外部扩展资源，所述第二无线通信模块为GSM/GPRS无线通信模块、 LoRA无线通信模块、Zigbee无线通信模块、WIFI无线通信模块和3G/4G通信模块中的一种或多种，在本实用新型中，所述UWB定位基站4按照一定空间距离设置在所述新能源站场内，例如，在相邻的光伏组件100之间设置UWB 定位基站4，所述飞行控制器通过控制高清晰摄像头5转动并对光伏发电组件 100进行远距离或近距离巡检拍摄光伏发电场所有场景，以获取真实的光伏发电组件的三维场景图，分别通过不断旋转紫外成像仪6和红外成像仪7，红外成像仪获取光伏发电组件100目标区域的红外图像，可实现光伏组件热成像的收集，检测其红外图像是否有热斑现象；通过紫外成像仪用于检测光伏发电组件100电弧光中的紫外线，是否有放电现象，将获取的三维场景图、红外图像和紫外线巡检数据实时传输至上位机2，上位机2根据该三维场景图对光伏发电组件100的缺陷进行分析，从而在三维场景图中及时找出故障点，所述地面控制器3为无线遥控器，该地面控制器3通过第一通信模块进行通信以便对所述无人机1进行飞行控制，例如调整其飞行高度、飞行姿态、飞行轨迹/路线，所述第一通信模块可以采用433MHz无线通信模块或Zigbee无线通信模块。

在本实用新型中，如图1和图2所示，无人机1在巡检过程中，当无人机1飞至光伏发电组件100上方时，激光测距传感器检测无人机1与光伏发电组件100的距离，并将无人机1的距离发送至无人机1上搭载的飞行控制器4进行飞行判断，从而通过飞行控制器4控制无人机1飞行的状态，通过红外成像仪获取光伏发电组件100目标区域的红外图像，可实现光伏组件热成像的收集，并将将红外图像发送至上位机2进行分析处理，检测其红外图像是否有热斑现象；通过紫外成像仪用于检测光伏发电组件100电弧光中的紫外线，获取光伏发电组件100的放电图像进行采集，在不同温湿度、光照强度下，由于光伏发电组件100收到天气因素的影响，光伏发电组件的放电会有所不同，此时，通过三维场景图、红外图像和放电图像进行对比分析，分析和判断光伏组件的放电位置，将起到巡检的安全性和可靠性，无人机1 将热斑的红外图像、放电图像和拍摄的三维场景图发送至上位机2，此时， GPS定位模块通过获取无人机1在红外图像拍摄时间所处位置的地理位置信息，并将地理位置信息发送至上位机，至此完成光伏发电组件100的巡检过程；在所述无人机上还搭载有温湿度传感器、风速传感器、光照传感器和姿态传感器，所述温湿度传感器、风速传感器、光照传感器、姿态传感器和分别与所述飞行控制器通信连接，所述温湿度传感器用于检测光伏发电场周围环境的温湿度数据，所述风速传感器用于检测无人机飞行时的风速，所述光照传感器用于检测光伏发电场的光照强度，在所述无人机上还搭载有声光报警器，所述声光报警器与所述飞行控制器连接，对飞行的异常状况、热斑缺陷和放电现象进行报警，可满足极端环境下的复杂巡检工作。

在本实用新型中，如图1、图2、图3和图4所示，将UWB定位基站4 按一定间距分布于新能源场站(光伏发电站)内，UWB定位标签和将UWB定位基站4之间进行通信，完成UWB定位基站与无人机之间的定位，所述UWB 定位基站4包括支撑壳体40、缓冲支撑板41和设置在支撑壳体40的和定位天线42，该缓冲支撑板41设置在所述支撑壳体40的表面，在所述支撑壳体 40内设置有中央处理器400、数据存储器401、供电模块402、第三无线通信模块403和多个UWB定位模块404，所述中央处理器采用STM32F103C8T6 芯片，所述无人机1为多旋翼无人1，每个UWB定位模块404分别连接一个定位天线42，在所述缓冲支撑板41表面设置有一对电极板43，所述供电模块402的电源输出端分别与中央处理器400的电源端、数据存储器401的电源端、第三无线通信模块403的电源端、UWB定位模块404的电源端和电极板43进行电气连接，所述数据存储器401、第三无线通信模块403和UWB 定位模块404分别与所述中央处理器连接，所述电极板43与所述供电模块402 之间连接有继电器开关405，该继电器开关405的控制端与所述中央处理器连，在无人机1的支撑脚底端外部套设有金属套接触端子11，在所述缓冲支撑板 41的底面与所述支撑壳体40的上表面之间设置有感应开关44，所述感应开关44的信号输出端所述中央处理器400连接。本实用新型中，当中央处理器 400输出控制信号启动UWB定位模400后并使用单个UWB定位模块与UWB 定位标签进行通信，所述UWB定位模块404为DW1000超宽带芯片，通过定位天线42将定位基站的位置信号发射至无人机1上的UWB定位标签，无人机1上的UWB定位标签收到UWB基站4发送的定位信号，无人机1收到定位信号后并向UWB基站4发出所在飞行位置的应答信号，UWB定位基站 4收到应答信号后，以确定无人机1与UWB基站4之间的距离，并将距离通过第三无线通信模块403发送至中央处理器400，从而可以对无人机1在光伏发电组件100巡检时进行位置距离定位，保证UWB定位基站4和无人机1 之间的数据传输，也保证了无人机精确的飞行航线或停靠位置。无人机1通过高清晰摄像头5、紫外成像仪6和红外成像仪7拍摄的图像，再根据UWB 定位标签获取对应UWB定位基站进行巡检，从而获取拍摄红外热斑的具体所在位置与UWB定位基站4的相对位置距离，并将位置距离信息通过第三无线通信模块403发送至无人机1，通过中央处理器400与UWB定位模块404进行定位实现无人机1与UWB定位基站4的距离测量，此外，由于无人机1 在巡检过程中，由于无人机1的续航里程有限，无人机1将向距离最近的UWB 定位基站4位置飞行并降落在缓冲支撑板41上，在无人机1的支撑脚底端的金属套接触端子11将与电极板43(正电极板和负电极板)接触，所述电极板43 通过导线与无人机内的供电池连接，缓冲支撑板41由于被挤压与感应开关44 接触并输出感应信号至中央处理器400，此时中央处理器400接收到感应信号后，并输出控制信号使继电器开关405导通，供电模块402(由供电电源和充电控制器组成)通过继电器开关405、电极板43与无人机内的供电池连接，并对无人机进行充电，也保证了无人机充电的安全性，同时提升了无人机的续航里程，当充电完成后，将充电完成信息通过第三无线通信模块(WIFI通信模块或蓝牙通信模块或LoRa无线通信模块)发送至中央处理器400，从而实现引导无人机1的停靠降落进行充电和定位巡检，省时省力，提高了新能源场站的光伏快速巡检。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：所述巡检系统包括无人机以及分别与所述无人机通信连接的上位机、地面控制器和UWB定位基站，在所述无人机上搭载有飞行控制器、高清晰摄像头、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器和第一无线通信模块和第二无线通信模块，所述拍摄装置和高清晰摄像头可旋转地安装在所述无人机下方，所述高清晰摄像头、缺陷拍摄装置、UWB定位标签、第一无线通信模块和第二无线通信模块设置于所述无人机内部，所述拍摄装置、UWB定位标签、GPS定位模块、激光测距传感器、第一无线通信模块和第二无线通信模块分别与所述飞行控制器连接，所述地面控制器通过第一无线通信模块与所述飞行控制器通信连接，所述UWB定位基站通过UWB定位标签与所述飞行控制器通信连接，所述飞行控制通过第二通信模块与所述上位机进行无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：在所述无人机上还搭载有温湿度传感器、风速传感器、光照传感器和姿态传感器，所述温湿度传感器、风速传感器、光照传感器、姿态传感器和分别与所述飞行控制器通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：在所述无人机上还搭载有声光报警器，所述声光报警器与所述飞行控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：所述激光测距传感器与所述高清晰摄像头位于同一水平高度，所述高清晰摄像头高度低于缺陷拍摄装置的高度，所述高清晰摄像头可旋转360°地安装在所述无人机下方，所述缺陷拍摄装置可旋转180°地安装在所述无人机下方。

5.根据权利要求1或4所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：所述缺陷拍摄装置包括紫外成像仪和红外成像仪，所述高清晰摄像头、紫外成像仪和红外成像仪与所述飞行控制器相连接。

6.根据权利要求1或4所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：所述UWB定位基站包括支撑壳体、缓冲支撑板和设置在支撑壳体的和定位天线，该缓冲支撑板设置在所述支撑壳体的表面，在所述支撑壳体内设置有中央处理器、数据存储器、供电模块、第三无线通信模块和多个UWB定位模块，每个UWB定位模块分别连接一个定位天线，在所述缓冲支撑板表面设置有一对电极板，所述供电模块的电源输出端分别与中央处理器的电源端、数据存储器的电源端、第三无线通信模块的电源端、UWB定位模块的电源端和电极板进行电气连接，所述数据存储器、第三无线通信模块和UWB定位模块分别与所述中央处理器连接，所述电极板与所述供电模块之间连接有继电器开关，该继电器开关的控制端与所述中央处理器连，在无人机的支撑脚底端外部套设有金属套接触端子。

7.根据权利要求6所述的一种新能源场实景三维定位巡检系统，其特征在于：在所述缓冲支撑板的底面与所述支撑壳体的上表面之间设置有感应开关，所述感应开关的信号输出端所述中央处理器连接。

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