WO2023057433A1 - Verfahren zum ausrichten eines strahlung reflektierenden objektes - Google Patents

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WO2023057433A1
WO2023057433A1 PCT/EP2022/077538 EP2022077538W WO2023057433A1 WO 2023057433 A1 WO2023057433 A1 WO 2023057433A1 EP 2022077538 W EP2022077538 W EP 2022077538W WO 2023057433 A1 WO2023057433 A1 WO 2023057433A1
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WO
WIPO (PCT)
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radiation
unmanned aerial
aerial vehicle
aligning
point
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/077538
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Christoph Sattler
Iesse Peer SCHNEIDER
Ulf Herrmann
Cristiano José Teixeira BOURA
Original Assignee
Fh Aachen
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/20—UAVs specially adapted for particular uses or applications for use as communications relays, e.g. high-altitude platforms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • F24S2050/25—Calibration means; Methods for initial positioning of solar concentrators or solar receivers

Definitions

  • the invention relates to a method for aligning at least one object that reflects and/or emits radiation onto a reflection point, with at least one unmanned aerial vehicle having a camera for detecting the radiation.
  • Objects that are intended to reflect and/or emit radiation at a specific point must be aligned in such a way that the reflected and/or emitted radiation also hits this point. This is the case, for example, with solar tower power plants.
  • Solar tower power plants consist of a solar tower with a receiver onto which the radiation from a large number, namely often several thousand, heliostats is to be reflected. All heliostats should be aligned as precisely as possible so that the reflected radiation hits the receiver in a bundled manner.
  • the individual heliostats must be tracked very precisely according to the position of the sun so that the reflected solar radiation hits the receiver as closely as possible to a target point specification.
  • there may be major inaccuracies in the tracking which means that reflected solar radiation misses the receiver and part of the radiation power provided by the heliostat field can no longer be converted into heat by the receiver .
  • This has an impact on the overall efficiency of the solar tower power plant and leads to less heat or electricity being generated. This in turn leads to lost profits for the power plant operator.
  • heliostats are calibrated several times one after the other using a reference target point below the receiver, onto which they shine with reflected sunlight.
  • this can only be carried out a few times a year. During operation, there is therefore usually no feedback as to whether an individual heliostat hits its target point with sufficient accuracy.
  • the measurement system usually used has the disadvantage that the solar tower on which the measurement system or a part of the measurement system, such as a calibration target, is installed must already be built for an initial calibration of the heliostat field. An initial calibration at an earlier stage of the construction of the solar tower power plant, in which, for example, the solar tower has not yet been built, is then not possible.
  • a method for aligning at least one object that reflects and/or emits radiation onto a reflection point, with at least one unmanned aerial vehicle having a camera for detecting the radiation.
  • the process includes the following process steps:
  • An unmanned aerial vehicle is presently understood to be an aircraft that can be operated and navigated autonomously by a computer or from the ground using a remote control without a crew on board.
  • a target point is mentioned here, this means the target point onto which the radiation is to be reflected and/or emitted in a target position of the object.
  • the reflection point is the actual point at which the radiation is reflected and/or emitted before the object is aligned.
  • the determined radiation intensity center of gravity is initially on a straight line between the reflection point and the object. By aligning the object, the focus of the radiation intensity can be shifted to a straight line between the target point and the object. In the case of a calibration in solar operation, the actual target alignment of the object is typically compared.
  • the radiation range results from the area of the reflected and/or emitted radiation and the widening and/or scattering of the reflected and/or emitted radiation.
  • the radiation area is a two-dimensional area that is arranged in a plane perpendicular to the beam path and essentially corresponds to the radiation cross section.
  • the size of the radiation area at a certain distance from the object can be estimated using the spread of the beam and the size of the reflecting and/or emitting surface of the object.
  • the camera captures images of the objects. Brightness spots can be recognized from the images and the shape of the focal spot can be determined.
  • the unmanned aerial vehicle can also use a method for recognizing mirror edges, preferably using image evaluation software.
  • the radiation intensity distribution in the radiation area can be determined on the basis of the images and the information obtained from them. Based on the radiation intensity distribution, a radiation intensity focal point can be determined.
  • the center of radiation intensity can be a geometric or real center of radiation intensity.
  • focal spots are not homogeneous but misshapen and have a non-homogeneous distribution of radiation intensity.
  • Mirror defects such as the waviness of a mirror surface, and poor focusing influence the shape of the focal spot and the distribution of the radiation intensity or the radiation flux density.
  • the geometric focus of a focal spot and the real radiation intensity focus are therefore usually not identical.
  • both the real center of radiation intensity and the real geometric center of gravity can be calculated using image evaluation software. There are therefore two different options for determining a radiation intensity focus point within the scope of the invention.
  • the total radiant flux density distribution influences the efficiency of the receiver and thus defines a factor for the quality of the field.
  • the information on the real intensity distribution can therefore be used to evaluate the influence on the total radiant flux density distribution on the target surface, such as on the receiver or target of a solar tower, during operation.
  • the unmanned aerial vehicle is moved in a predetermined pattern.
  • a “predetermined pattern” is understood to mean a flight route that is either determined before the measurement process or is determined in real time during the measurement process and results, for example, from the shape and size of the radiation area.
  • the position coordinates of the unmanned aerial vehicle are known, so that the data obtained from the recorded images can be combined with the position information of the unmanned aerial vehicle during the recording of each image.
  • the length and/or the direction of the movements of the pattern does not necessarily have to be predetermined.
  • the predetermined pattern can also only be defined by the stipulation that the radiation area should be flown through in an x-shape, spiral-shape, diagonally, horizontally, vertically and/or in some other way.
  • An exact specification of the distances that the unmanned aerial vehicle is to cover is not absolutely necessary, but is possible within the scope of the invention.
  • the predetermined pattern comprises a sequence of movements in the horizontal and/or vertical direction.
  • an alternating sequence of a horizontal movement followed by a vertical movement preferably leads to the radiation area being able to be scanned systematically.
  • the pattern can also provide predominantly vertical movements or predominantly horizontal movements.
  • the UAV moves up and down while the radiation area travels through the up and down movement of the UAV due to the changing position of the sun.
  • the unmanned aerial vehicle preferably moves along horizontal axes oriented parallel to one another, so that a 2-dimensional area can also be scanned using predominantly horizontal movements.
  • a 2-dimensional area can also be scanned via predominantly vertical movement of the unmanned aerial vehicle.
  • the method comprises the following method steps preceding step S2):
  • the unmanned aircraft flies, for example, horizontally to the left and then to the right edge of the radiation cross-section or vice versa in order to calculate its vertical central axis.
  • the unmanned aerial vehicle then flies back to the central axis and along this vertically downwards until it reaches the lowest edge coordinate of the radiation cross-section. From this position, the unmanned aerial vehicle flies horizontally away from the reflected solar radiation, namely in the direction in which the reflected solar radiation moves with the position of the sun when the heliostat is in a fixed position. In this way, the radiation range can be measured. This is particularly necessary when the object is oriented in any way and the unmanned aerial vehicle is at least partially moved into the radiation area.
  • the size of the radiation area can be estimated based on the distance to the object and the spread of the radiation, so that in addition to the position of the lower edge of the radiation area in 3-dimensional space, the position of the upper edge is also roughly known.
  • the unmanned aerial vehicle begins flying the pattern just beyond the lateral edge of the radiation area.
  • the flight pattern is then preferably matched to the dimensions of the radiation area.
  • the determination of the radiation intensity distribution and/or the radiation intensity centroid and/or the geometric centroid takes place in real time by the computing unit. While the camera of the unmanned aerial vehicle captures the radiation area at many different points, a real-time image evaluation takes place, with which, taking into account the position information of the unmanned aerial vehicle, both the shape and the 3-dimensional position of the radiation area as well as the radiation intensity division can be calculated. Based on the shape, position and radiation intensity distribution of the radiation area, the 3D coordinates of the radiation intensity focus can be calculated in real time.
  • any object that can reflect and/or emit radiation can be understood as an object within the scope of the invention.
  • the object includes a heliostat and the radiation is solar radiation.
  • Radiation is preferably understood to mean electromagnetic waves with wavelengths in the range from 100 nm to 1 mm.
  • the heliostat preferably has a mirror surface for reflecting the sun or solar radiation emitted by the sun. Furthermore, the heliostat can preferably have a plurality of mirror facets, which together represent the mirror surface and can all be measured individually. In relation to the overall orientation of the heliostat, the mean orientation of all mirror facets is taken into account.
  • a mirror normal vector can be calculated from the 3D coordinates of the center of radiation intensity, which are preferably calculated in real time, and from the position of the sun at the time of measurement.
  • the vector perpendicular to the mirror surface is understood as the mirror normal vector.
  • the measurement time is preferably the time at which the reflected solar radiation has just moved completely through the line of flight of the unmanned aerial vehicle.
  • the vector of the reflected radiation r is calculated in a first step from the known coordinates of the heliostat and the measured center of gravity of the radiation intensity. Then, from the position of the sun, which results from the elevation angle and the azimuth angle of the sun, a vector s is spanned from the heliostat coordinates in the direction of the incident solar radiation, which has the same length as r.
  • the normal vector n is the vector that lies exactly in the middle between the vector of the incident radiation s and the vector of the reflected radiation r and is calculated using the following formula:
  • the mirror normal vector n indicates the orientation of the heliostat.
  • the alignment of the heliostat can be corrected if the actual position does not correspond to the target position, i.e. the reflection point is not equal to the target point.
  • the shape and the radiation intensity distribution of the entire radiation area are known.
  • the unmanned flight device comprises a plurality of unmanned flight devices which are arranged in a vertical and/or horizontal row at preferably equidistant distances from one another. Accordingly, the radiation area is flown through not only by one unmanned aircraft, but by several unmanned aircraft, each with at least one camera.
  • the multiple UAVs are arranged in a vertical and/or horizontal array. During the movement of the plurality of unmanned aerial vehicles, the distances between the unmanned aerial vehicles preferably remain the same. The recording of the images with the multiple cameras preferably takes place synchronously.
  • the unmanned flight device comprises a plurality of unmanned flight devices, each with at least one camera, which are arranged in a matrix with n rows and m columns, the unmanned flight device preferably in the n rows and/or in the m columns are arranged equidistant to each other.
  • the distances between the unmanned aerial vehicles remain the same. Consequently, the entire matrix is moved as a unit.
  • the images are preferably recorded synchronously.
  • n and m are preferably selected in such a way that the radiation range can be completely covered.
  • the predetermined pattern comprises an alignment of the matrix such that the radiation area is fully captured and the matrix held still while the images are captured.
  • the radiation area includes a plurality of radiation areas from a number of objects. Several radiation areas can be measured simultaneously and/or sequentially and several radiation intensity focal points can be determined. The number of radiation areas that are measured simultaneously and/or the distance between the unmanned aerial vehicle and the plurality of objects should preferably be limited in such a way that the unmanned aerial vehicle is not flown into an area with too high a concentration of the bundled radiation and that neither the camera nor the unmanned aerial vehicle will be damaged.
  • the pattern is preferably implemented within the entire radiation area, ie within the sum of the multiple radiation areas.
  • the unmanned aerial vehicle flies through a plurality of radiation areas in a horizontal movement before it flies through the plurality of radiation areas in a vertical movement.
  • the method comprises the following additional method step:
  • the mirror reflectivity is a measure of the proportion of reflected radiation to the total incident radiation.
  • the efficiency of the reflection can be determined via the mirror reflectivity.
  • the steps for aligning the objects or the heliostats are preferably repeated in a regular or irregular time rhythm, particularly preferably every 15 s to 120 s or smaller or larger time rhythms or as required.
  • the Ver- Drive can therefore not only be used for the initial calibration, but also during operation to check the alignment of the objects at regular intervals.
  • a filter system which preferably consists of a single neutral density filter, is preferably connected upstream of the cameras in order to attenuate the radiation reaching the cameras and the radiation intensity thereof.
  • a neutral density filter creates an even darkening of the image.
  • Neutral density filters are homogeneously colored neutral gray so that the color rendering is not distorted.
  • a method for aligning at least one object reflecting and/or emitting radiation onto a reflection point by means of at least one unmanned aerial vehicle having a reflecting surface and a camera arrangement having a camera for detecting radiation reflected by the unmanned aerial vehicle, the method comprising the following method steps having:
  • the camera is still located at the end of the beam path, but not on the unmanned aerial vehicle, but on the ground, for example.
  • the unmanned aerial vehicle is positioned at a certain distance and height from the object in a defined 3D coordinate.
  • the camera arrangement is aligned in such a way that the camera captures the unmanned aerial vehicle.
  • the object is then aligned until the reflected and/or emitted radiation detects the unmanned aerial vehicle.
  • the camera then recognizes at least the rough alignment of the object based on the reflections of the radiation on the unmanned aerial vehicle.
  • the camera and the object are preferably both placed on the ground. This enables a simple construction since the cameras can be easily placed and installed on the ground.
  • the camera arrangement includes a plurality of cameras for detecting the radiation. In this way, it is made possible to also be able to completely detect a beam that is expanded on the ground and is reflected by the unmanned aerial vehicle.
  • Fig. 1 schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • Fig. 2 schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • FIG. 3 schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • Fig. 4a schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • Fig. 4b schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • Fig. 5 schematically shows an arrangement for carrying out a method for
  • FIG. 6 schematically shows a method for aligning an object with an unmanned aerial vehicle having a camera according to a further preferred embodiment of the invention
  • FIG. 7 schematically shows a method for aligning an object with an unmanned aerial vehicle having a camera according to a further preferred embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a schematic of a method for aligning an object with an unmanned aerial vehicle having a mirror according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an arrangement for carrying out a method for aligning an object with an unmanned flight device having a camera.
  • 1 shows an object field with a number of objects 3.
  • the objects 3 are heliostats.
  • the sun 15 emits radiation 1.
  • the radiation 1 strikes the object 3 and is reflected onto a reflection point 2.
  • the object 3 is not optimally aligned since the radiation is not reflected onto the target point 9 .
  • An unmanned flight device 4, here in the form of a drone includes a camera, not shown here, which is suitable for capturing the radiation in the form of images.
  • the UAV 4 is placed in a radiation area 6 of the radiation 1 is moved or the object 3 is aligned in such a way that the unmanned aerial vehicle 4 covers the radiation area 6 .
  • the unmanned aircraft 4 flies through the radiation area 6 in a predetermined pattern 10.
  • the pattern results from an alternating sequence of horizontal movements 10.1 and vertical movements 10.2.
  • the radiation area 6 can be scanned via these movements 10.1, 10.2.
  • the camera records images that are sent to a computing unit 7 .
  • the processing unit 7 preferably evaluates the images in real time, so that the images are already being evaluated while the unmanned aerial vehicle 4 is still flying.
  • the images can be evaluated using image evaluation software.
  • the data obtained primarily includes the shape and size of the recorded focal spot.
  • a radiation intensity distribution can be determined for the measured radiation region 6 on the basis of the images. Accordingly, it can be determined at which points within the radiation range the radiation intensity is high and at which points the radiation intensity is low. Based on this, a radiation intensity focal point 8 is determined.
  • the center of radiation intensity 8 is the point that is ideally reflected onto the target point 9, since the radiation is most intense at this point and the energy is therefore highest.
  • the orientation of the object 3 can be determined and adjusted in such a way that the radiation intensity focus 8 lies on a straight line G between the target point 9 and the object . If the center of radiation intensity 8 is shifted to the straight line G by aligning the object 3, the exact point at which the radiation 1 is most intense or most energetic hits the desired target point 9.
  • the target point 9 can be chosen freely. For example, to align a heliostat in a heliostat field, the target point 9 can be selected so that the heliostat liostats can be adjusted to the future position of the receiver of the solar tower, for example, before the construction of a solar tower. Thus, an initial calibration of the heliostats is already possible without a solar tower.
  • FIG. 2 shows a further embodiment and differs from FIG. 1 in the flight pattern 10 of the unmanned aerial vehicle 4.
  • the object 3 was aligned at random and the unmanned aerial vehicle 4 was moved into the radiation area 6.
  • the edge points 11, 12, 13 of the radiation area 6 are first determined.
  • the lateral edge points 11, 12 can be determined by moving the unmanned aerial vehicle 4 along a horizontal axis H and simultaneously recording and evaluating images. Starting from the two edge points 11, 12, a vertical central axis V, which lies between the edge points 11, 12 at the same distance from the first edge point 11 and the second edge point 12, can be determined.
  • the unmanned aerial vehicle 4 flies along this vertical central axis V until a lower edge point 13 has been determined.
  • the outer lateral edge points 11, 12 and the lower edge point 13 are recognized.
  • the unmanned aerial vehicle 4 moves to an intersection point 14 between a parallel line running parallel to the horizontal H and through the lower edge point 13 and a parallel line running parallel to the vertical central axis V and through the first edge point 11.
  • the UAV 4 moves to one of the bottom-side corners of a rectangle enclosing the radiation area 6 .
  • This intersection point 14 is the starting point for flight pattern 10.
  • a flight pattern 10 is shown in FIG. 2, which consists only of an up and down movement. A horizontal movement is not required since the radiation area moves due to the changing position of the sun due to the up and down movement of the unmanned aerial vehicle 4 and can therefore be completely covered.
  • Fig. 3 shows a further embodiment and differs from Fig. 1 and Fig. 2 in that several unmanned aerial vehicles 4A, 4B, 4C, 4D are arranged in a matrix 16 are arranged.
  • the matrix 16 is moved as a unit, so that the distances between the unmanned aerial vehicles 4A, 4B, 4C, 4D are not only the same, but also remain the same during the movement.
  • the matrix 16 is moved into the radiation area 6 as a whole.
  • the matrix is dimensioned in such a way that the radiation area 6 can be completely covered without a movement in the vertical or horizontal direction being necessary during the measurement process.
  • fewer UAVs can be arranged in an array. Depending on whether the arrangement runs vertically or horizontally, a horizontal or vertical movement of the array may be necessary in order to be able to cover the radiation area 6 completely.
  • the unmanned flight devices 4A, 4B, 4C, 4D record images of the object 3 synchronously or almost synchronously, which are transmitted to the processing unit 7 and evaluated by the same.
  • FIGS. 4a and 4b each show a further embodiment and differ from the previous figures in that several objects are aligned simultaneously with a solar tower 18 during operation in a solar tower power plant.
  • care must be taken to ensure that the unmanned aerial vehicle 4 is not flown into an area with a radiation concentration 17 that is too high.
  • this area 17 which is usually located just before the receiver of the solar tower 18, the radiation 1 from a number of objects 3A, 3B, 3C, 3D is bundled, so that very high radiation intensities arise, which damage the unmanned aerial vehicle 4 and/or the camera technology can.
  • the unmanned aerial vehicle 4 is therefore arranged at a distance from the objects 3A, 3B, 3C in which the radiation regions 6A, 6B, 6C, 6D are not yet superimposed or the radiation flux intensity is not too high.
  • the unmanned aerial vehicle 4 flies through the radiation areas 6A, 6B, 6C, 6D one after the other in a flight pattern 10.
  • the flight pattern 10 includes a succession of vertical and horizontal movements.
  • the unmanned aerial vehicle 4 for example, first flies through the multiple radiation areas 6A, 6B, 6C in a first horizontal movement 10.1 and then flies through the multiple radiation areas 6A, 6B, 6C in a vertical movement 10.2. It is also possible that the unmanned flight device predominantly only horizontal movement 10.1 or the vertical movement 10.2 for the measurements flies through.
  • the flight pattern 10 only includes horizontal movements for the measurement process.
  • the unmanned aerial vehicle 4 first flies through the plurality of radiation areas 6A, 6B, 6C, 6D in a first horizontal movement and then flies through the plurality of radiation areas 6A, 6B, 6C, 6D in a second horizontal movement perpendicular to the first. In this way, multiple objects 3A, 3B, 3C, 3D or an entire object field can be detected and aligned.
  • Fig. 5 shows an alternative embodiment variant with an arrangement for carrying out a method for aligning an object 3 with an unmanned aerial vehicle 4 having a reflective surface a reflective surface.
  • the radiation is reflected onto the camera arrangement 19 arranged on the ground 21 via the reflecting surface.
  • the camera arrangement can include only one camera or, as shown here, multiple cameras 20A, 20B, 20C, 20D.
  • the object 3 is aligned with the unmanned aerial vehicle 4' or, as shown here, with a plurality of unmanned aerial vehicles 4A', 4B', 4C', 4D' arranged in a horizontal array. Whether the object 3 is being captured by the unmanned aerial vehicles 4A', 4B', 4C', 4D' can be checked via the reflection on the camera arrangement 19.
  • the object 3 is correctly aligned.
  • one or more unmanned aerial vehicles 4A', 4B', 4C', 4D' and one or more cameras 20A, 20B, 20C, 20D can be used within the scope of the invention.
  • FIG. 6 shows a method for aligning an object 3 with an unmanned aerial vehicle 4 that has a camera.
  • the unmanned aerial vehicle 4 must be in the radiation area 6 of the radiation 1 . This can be done either by arranging the unmanned aerial vehicle at a predetermined reference point 5 and roughly aligning the object 3 to the unmanned aerial vehicle 4 or to the reference point 5 Sla, or by the unmanned aerial vehicle 4 automatically recognizing the radiation area and positioning itself in the Radiation area 6 moves into Slb.
  • the unmanned aerial vehicle 4 moves inside and/or outside the radiation range and at the same time takes pictures of the object 3 with the camera S2.
  • the images are then evaluated via a computing unit 7 so that a radiation intensity distribution is determined S3. Based on the radiation intensity distribution, a radiation intensity focal point 8 is determined S4.
  • the object is then realigned with the newly obtained information, so that the center of radiation intensity 8 lies on a straight line G between the target point 9 and the object 3 S5.
  • the radiation area 6 must first be measured before the unmanned aerial vehicle 4 can start with the flight pattern 10 .
  • the unmanned aerial vehicle flies in a horizontal direction in order to determine a left-hand edge point 11 and a right-hand edge point 12 of the radiation cross-section S6, and from this the vertical central axis V S7.
  • the unmanned aerial vehicle then flies back to the central axis V and along this vertically downwards until the lower edge point 13 of the radiation area can be determined S8. From this position, the unmanned aerial vehicle flies to the intersection 14 S9, from which the unmanned aerial vehicle 4 starts moving within and/or outside of the radiation area 6 S2.
  • a mirror reflectivity can be determined S10 based on the recorded images, which provides information about the reflected radiation.
  • FIG. 8 shows a method for aligning an object 3 with an unmanned aerial vehicle 4 which has a reflective surface.
  • the UAV 4 is placed at a target point 9 S1'.
  • the camera arrangement 19 is then aligned in such a way that the unmanned aerial vehicle 4 is captured by the camera arrangement 19 S2'.
  • the object 3 is then roughly aligned S3' with the unmanned aerial vehicle 4, which is located at the target point 9. If the object 3 is correctly aligned, the unmanned aerial vehicle reflects the radiation onto the camera arrangement 19 which detects the radiation 1 .
  • the invention on which this patent application is based was created as part of the H2Loop project, which was funded by the ERDF (European Regional Development Fund).
  • V Vertical central axis Sla arranging the unmanned aircraft at a predetermined reference point and aligning the object

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung (1) auf einen Reflexionspunkt (2) reflektierenden und/oder emittierenden Objektes (3) mit wenigstens einer eine Kamera zum Erfassen der Strahlung (1) aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung (4), mit folgenden Verfahrensschritten: S1a) Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung (4) an einem vorbestimmten Referenzpunkt (5) und Ausrichten des Objektes (3), so dass ein Strahlungsbereich (6) der Strahlung (1) die unbemannte Flugeinrichtung (4) zumindest teilweise erfasst oder S1b) Erkennen des Strahlungsbereichs (6) durch die unbemannte Flugeinrichtung (4) und Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung (4) in dem Strahlungsbereich (6) der Strahlung (1), S2) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs (6) und gleichzeitiges Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern mit der Kamera, S3) Bestimmen einer Strahlungsintensitätsverteilung im Strahlungsbereich (6) anhand der aufgenommenen Bilder durch eine Recheneinheit (7), S4) Bestimmen eines Strahlungsintensitätsschwerpunktes (8) des Strahlungsbereichs durch die Recheneinheit (7), und S5) Ausrichten des Objektes (4), so dass der Strahlungsintensitätsschwerpunkt (8) auf einer Geraden (G) zwischen einem Zielpunkt (9) und dem Objekt (4) liegt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, eine besonders flexible, schnelle und präzise Ausrichtung des Objekts (4) zu gewährleisten.

Description

Verfahren zum Ausrichten eines Strahlung reflektierenden Objektes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung auf einen Reflexionspunkt reflektierenden und/oder emittierenden Objektes mit wenigstens einer eine Kamera zum Erfassen der Strahlung aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung.
Objekte, die Strahlung auf einen bestimmten Punkt reflektieren und/oder emittieren sollen, müssen derart ausgerichtet werden, dass die reflektierte und/oder emittierte Strahlung auch auf diesen Punkt trifft. Dies ist beispielsweise bei Solarturmkraftwerken der Fall. Solarturmkraftwerke bestehen aus einem Solarturm mit einem Receiver, auf den die Strahlung von einer Vielzahl, nämlich oft mehreren tausenden Heliostaten reflektiert werden soll. Dabei sollen alle Heliostaten möglichst exakt ausgerichtet werden, damit die reflektierte Strahlung gebündelt auf den Receiver trifft.
Die einzelnen Heliostaten müssen entsprechend dem Sonnenstand sehr präzise individuell nachgeführt werden, damit die reflektierte Sol ar Strahlung möglichst entsprechend einer Zielpunktevorgabe auf den Receiver trifft. Abhängig von der Qualität der Nachführ-Mechanik kann es zu größeren Ungenauigkeiten bei der Nachführung kommen, was dazu führt, dass reflektierte Sol ar Strahlung den Receiver verfehlt und somit ein Teil der vom Heliostatfeld zur Verfügung gestellten Strahlungsleistung nicht mehr vom Receiver in Wärme umgewandelt werden kann. Dies hat einen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Solarturmkraftwerks und führt zu weniger generierter Wärme- oder Strommenge. Dies wiederum führt zu Gewinnverlusten für den Kraftwerksbetreiber. Üblicherweise werden Heliostaten mithilfe eines Referenzzielpunktes unterhalb des Receivers, auf den sie mit reflektiertem Sonnenlicht strahlen, nacheinander mehrmals kalibriert, was allerdings aufgrund der großen Anzahl von Heliostaten und dem damit verbundenen hohen zeitlichen Aufwand nur einige Male im Jahr durchgeführt werden kann. Während des Betriebs gibt es daher in der Regel keine Rückmeldung darüber, ob ein einzelner Heliostat seinen Zielpunkt ausreichend genau trifft.
Das üblicherweise eingesetzte Messsystem hat jedoch den Nachteil, dass auch für eine Erstkalibrierung des Heliostatfeldes der Solarturm, an dem das Messsystem oder ein Teil des Messsystems wie z.B. ein Kalibriertarget, installiert wird, bereits gebaut sein muss. Eine Erst-Kalibrierung in einem früheren Stadium des Aufbaus des Solarturmkraftwerks, in dem beispielsweise der Solarturm noch nicht gebaut wurde, ist dann nicht möglich.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ausrichten von Strahlung reflektierenden und/oder emittierenden Objekten bereitzustellen, mit dem eine flexible, schnelle und präzise Ausrichtung der Objekte möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Erfmdungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung auf einen Reflexionspunkt reflektierenden und/oder emittierenden Objektes mit wenigstens einer eine Kamera zum Erfassen der Strahlung aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst dabei folgende Verfahrensschritte:
Sla) Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung an einem vorbestimmten Referenzpunkt und Ausrichten des Objektes, so dass ein Strahlungsbereich der Strahlung die unbemannte Flugeinrichtung zumindest teilweise erfasst oder
Slb) Erkennen des Strahlungsbereichs durch die unbemannte Flugeinrichtung und Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung in dem Strahlungsbereich der Strahlung,
52) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs und gleichzeitiges Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern mit der Kamera,
53) Bestimmen einer Strahlungsintensitätsverteilung im Strahlungsbereich anhand der aufgenommenen Bilder durch eine Recheneinheit,
54) Bestimmen eines Strahlungsintensitätsschwerpunktes des Strahlungsbereichs durch die Recheneinheit, und
55) Ausrichten des Objektes, so dass der Strahlungsintensitätsschwerpunkt auf einer Geraden zwischen einem Zielpunkt und dem Objekt liegt.
Es ist somit ein maßgeblicher Punkt der Erfindung, dass aufgrund der unbemannten Flugeinrichtung und der Kamera, die in den Strahlengang gebracht wird und eine Mehrzahl von Bildern aufnimmt, eine sehr präzise Erfassung des durchflogenen Strahlungsbereichs er- möglicht wird, ohne ein aufwendiges Messsystem installieren zu müssen. Anhand der aufgenommenen Bilder können Daten über den vermessenen Strahlungsbereich, insbesondere des daraus resultierenden Brennflecks, gewonnen werden, mittels derer Rückschlüsse auf die Ausrichtung des Objektes gezogen werden können. Darüber kann das Objekt präzise und schnell ausgerichtet werden.
Als unbemannte Flugeinrichtung (englisch unmanned aerial vehicle, UAV) wird vorliegend ein Luftfahrzeug verstanden, das ohne eine an Bord befindliche Besatzung autark durch einen Computer oder vom Boden über eine Fernsteuerung betrieben und navigiert werden kann.
Ist vorliegend die Rede von einem Zielpunkt, ist damit der Soll-Punkt gemeint, auf den die Strahlung in einer Soll-Position des Objektes reflektiert und/oder emittiert werden soll. Der Reflexionspunkt ist der Ist-Punkt, auf den die Strahlung vor der Ausrichtung des Objektes reflektiert und/oder emittiert wird. Der ermittelte Strahlungsintensitätsschwerpunkt liegt zuerst auf einer Geraden zwischen dem Reflexionspunkt und dem Objekt. Durch Ausrichten des Objektes kann der Strahlungsintensitätsschwerpunkt auf eine Gerade zwischen dem Zielpunkt und dem Objekt verschoben werden. Bei einer Kalibrierung im Solarbetrieb erfolgt typischerweise ein Abgleich der Ist-Soll-Ausrichtung des Objektes.
Der Strahlungsbereich ergibt sich durch die Fläche der reflektierten und/oder emittierten Strahlung sowie der Aufweitung und/oder Streuung der reflektierten und/oder emittierten Strahlung. Der Strahlungsbereich ist ein zweidimensionaler Bereich, der in einer Ebene senkrecht zum Strahlengang angeordnet ist und entspricht im Wesentlichen dem Strahlungsquerschnitt. Die Größe des Strahlungsbereichs in einer bestimmten Distanz zum Objekt lässt sich anhand der Strahl aufweitung und der Größe der reflektierenden und/oder emittierenden Oberfläche des Objektes abschätzen.
Die Kamera erfasst Bilder von den Obj ekten. Anhand der Bilder können Helligkeitsflecken erkannt werden und die Form des Brennflecks bestimmt werden. Für die Ermittlung einer Grob- Ausrichtung eines Objektes mit einer Spiegelfläche kann darüber hinaus die unbemannte Flugeinrichtung, vorzugsweise mittels Bildauswertungssoftware, ein Verfahren zur Erkennung von Spiegelkanten einsetzen. Anhand der Bilder und der daraus gewonnenen Informationen kann die Strahlungsintensitätsverteilung im Strahlungsbereich bestimmt werden. Ausgehend von der Strahlungsintensitätsverteilung kann ein Strahlungsintensitätsschwerpunkt ermittelt werden. Der Strahlungsintensitätsschwerpunkt kann geometrischer oder realer Strahlungsintensitätsschwerpunkt sein.
In der Realität sind Brennflecken nicht homogen, sondern unförmig und weisen eine nicht homogene Strahlungsintensitätsverteilung auf. Spiegelfehler, wie beispielsweise die Welligkeit einer Spiegeloberfläche, sowie eine schlechte Fokussierung beeinflussen die Brennfleckform und die Verteilung der Strahlungsintensität bzw. die Strahlungsflussdichte. Der geometrische Schwerpunkt eines Brennflecks sowie der reale Strahlungsintensitätsschwerpunkt sind also in der Regel nicht identisch. Beim Verfahren zum Ausrichten des Objektes können sowohl der reale Strahlungsintensitätsschwerpunkt, als auch der reale geometrische Schwerpunkt mittels Bildauswertungssoftware berechnet werden. Es ergeben sich also zwei verschiedene Möglichkeiten, einen Strahlungsintensitätsschwerpunkt im Rahmen der Erfindung zu ermitteln.
Die Gesamtstrahlungsflussdichteverteilung beeinflusst die Effizienz des Receivers und definiert damit einen Faktor für die Qualität des Feldes. Die Informationen der realen Intensitätsverteilung können daher dazu verwendet werden, um den Einfluss auf die Gesamtstrahlungsflussdichteverteilung auf der Zielfläche, wie beispielsweise auf dem Receiver oder Target eines Solarturms, im Betrieb zu bewerten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung in einem vorbestimmten Muster. Unter „vorbestimmtes Muster“ wird vorliegend eine Flugroute verstanden, die entweder vor dem Messprozess bestimmt wird oder in Echtzeit während des Messprozesses ermittelt wird und sich z.B. aus der Form und Größe des Strahlungsbereichs ergibt. Beim Durchfliegen des Strahlungsbereichs entlang der vorbestimmten Flugroute sind die Positionskoordinaten der unbemannten Flugeinrichtung bekannt, sodass die aus den aufgenommenen Bildern gewonnenen Daten mit den Positionsinformationen der unbemannten Flugeinrichtung während der Aufnahme eines jeden Bildes kombiniert werden können. Die Länge und/oder die Richtung der Bewegungen des Musters muss dabei nicht zwangsläufig vorgegeben sein. Das vorbestimmte Muster kann auch lediglich durch die Vorgabe definiert sein, dass der Strahlungsbereich x-förmig, spiralförmig, diagonal, horizontal, vertikal und/oder in sonstiger Weise durchflogen werden soll. Eine exakte Maßangabe der jeweiligen Strecken, die die unbemannte Flugeinrichtung zurücklegen soll, ist nicht zwangsläufig nötig, jedoch im Rahmen der Erfindung möglich.
Das vorbestimmte Muster umfasst gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eine Abfolge von Bewegungen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung. Dabei führt vorzugsweise eine abwechselnde Aneinanderreihung einer horizontalen Bewegung an eine vertikale Bewegung dazu, dass der Strahlungsbereich systematisch abgetastet werden kann. Das Muster kann jedoch auch überwiegend vertikale Bewegungen oder überwiegend horizontale Bewegungen vorsehen. Bei einem Muster, das im Wesentlichen vertikale Bewegungen umfasst, bewegt sich die unbemannte Flugeinrichtung auf- und abwärts während der Strahlungsbereich durch die Auf- und Abwärtsbewegung der unbemannten Flugeinrichtung auf Grund des sich verändernden Sonnenstandes hindurch wandert. Bei einem Muster, das im Wesentlichen horizontale Bewegungen umfasst, bewegt sich die unbemannte Flugeinrichtung vorzugsweise entlang parallel zueinander orientierter Horizontalachsen, sodass auch über überwiegend horizontalen Bewegungen ein 2-dimensionaler Bereich abgetastet werden kann. Ein 2-dimensionaler Bereich kann ebenso über überwiegend vertikale Bewegung der unbemannten Flugeinrichtung abgetastet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgende dem Schritt S2) vorgelagerte Verfahrensschritte:
56) Ermitteln eines ersten Randpunktes und eines zweiten, dem ersten Randpunkt gegenüberliegenden Randpunktes des Strahlungsbereichs durch Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung entlang einer horizontalen Achse durch den Strahlungsbereich,
57) Bestimmen einer mittig zwischen den zwei ermittelten Randpunkten gelegenen vertikal verlaufenden Mittelachse,
58) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung entlang der Mittelachse bis zu einem unteren Randpunkt des Strahlungsbereichs, S9) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung zu einem Schnittpunkt zwischen einer ersten zu der Mittelachse parallelen und durch einen der zwei seitlichen Randpunkte verlaufenden Achse und einer zweiten zu der horizontalen Achse parallelen und durch den unteren Randpunkt verlaufenden Achse.
Die unbemannte Flugeinrichtung fliegt dabei z.B. horizontal zum linken und anschließend zum rechten Rand des Strahlungsquerschnitts oder umgekehrt, um dessen vertikale Mittelachse zu berechnen. Anschließend fliegt die unbemannte Flugeinrichtung zurück zur Mittelachse und an dieser entlang vertikal nach unten, bis es die unterste Randkoordinate des Strahlungsquerschnittes erreicht. Von dieser Position aus fliegt die unbemannte Flugeinrichtung horizontal von der reflektierten Solarstrahlung weg und zwar in die Richtung, in die sich die reflektierte Solarstrahlung bei fix ausgerichtetem Heliostaten mit dem Sonnenstand bewegt. Auf diese Weise kann der Strahlungsbereich vermessen werden. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn das Objekt beliebig ausgerichtet und die unbemannte Flugeinrichtung zumindest teilweise in den Strahlungsbereich hinein bewegt wird. Wie bereits erläutert, kann die Größe des Strahlungsbereichs anhand der Distanz zum Objekt und der Strahlungsaufweitung abgeschätzt werden, sodass neben der Lage des unteren Randes des Strahlungsbereichs im 3 -dimensionalem Raum auch die Lage des oberen Randes ungefähr bekannt ist. Die unbemannte Flugeinrichtung beginnt kurz hinter dem seitlichen Rand des Strahlungsbereichs mit dem Abfliegen des Musters. Das Flugmuster wird dann vorzugsweise auf die Abmessung des Strahlungsbereichs abgestimmt.
Grundsätzlich ist es möglich, die Strahlungsintensitätsverteilung und/oder den Strahlungsintensitätsschwerpunkt und/oder den geometrischen Schwerpunkt zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu bestimmen sofern das Objekt zu diesem Zeitpunkt Strahlung reflektiert und/oder emittiert. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Bestimmen der Strahlungsintensitätsverteilung und/oder des Strahlungsintensitätsschwerpunktes und/oder des geometrischen Schwerpunkts durch die Recheneinheit in Echtzeit. Während die Kamera der unbemannten Flugeinrichtung den Strahlungsbereich an vielen verschiedenen Stellen erfasst, erfolgt eine Echtzeit-Bildauswertung, mit der unter Berücksichtigung der Positionsinformationen der unbemannten Flugeinrichtung sowohl die Form und die 3 -dimensionale Lage des Strahlungsbereichs als auch die Strahlungsintensitätsver- teilung berechnet werden kann. Anhand der Form, Lage und Strahlungsintensitätsverteilung des Strahlungsbereichs lassen sich in Echtzeit die 3D-Koordinaten des Strahlungsin- tensitäts Schwerpunktes b erechnen .
Als Objekt kann grundsätzlich im Rahmen der Erfindung jedes Objekt verstanden werden, das Strahlung reflektieren und/oder emittieren kann. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, umfasst das Objekt jedoch einen Heliostaten und die Strahlung Solarstrahlung. Als Strahlung werden vorzugsweise elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Bereich von 100 nm bis 1 mm verstanden.
Der Heliostat weist vorzugsweise eine Spiegelfläche zum Reflektieren der von der Sonne emittierte Sonnen- bzw. Solarstrahlung auf. Ferner kann der Heliostat vorzugsweise mehrere Spiegelfacetten aufweisen, die in Summe die Spiegelfläche darstellen und alle einzeln vermessen werden können. Bezogen auf die Gesamtausrichtung des Heliostaten wird die mittlere Ausrichtung aller Spiegelfacetten berücksichtig.
Aus den vorzugsweise in Echtzeit berechneten 3D-Koordinaten des Strahlungsintensitätsschwerpunktes sowie aus der Position der Sonne zum Messzeitpunkt kann ein Spiegel- Normalenvektor berechnet werden. Als Spiegel-Normalenvektor wird der Vektor senkrecht zur Spiegelfläche verstanden. Der Messzeitpunkt ist vorzugsweise der Zeitpunkt, zu dem die reflektierte Solarstrahlung sich gerade vollständig durch die Fluglinie der unbemannten Flugeinrichtung bewegt hat.
Zur Berechnung des Spiegel-Normalenvektors wird in einem ersten Schritt aus den bekannten Koordinaten des Heliostaten und dem gemessenen Strahlungsintensitätsschwerpunktes der Vektor der reflektierten Strahlung r berechnet. Anschließend wird aus dem Sonnenstand, der sich aus dem Elevationswinkel und dem Azimutwinkel der Sonne ergibt, ein Vektor s von den Heliostatkoordinaten in Richtung der einfallenden Sonneneinstrahlung aufgespannt, der die gleiche Länge hat wie r. Der Normalenvektor n ist der Vektor, der genau mittig zwischen dem Vektor der einfallenden Strahlung s und dem Vektor der reflektierenden Strahlung r liegt und berechnet sich über die nachfolgende Formel:
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Der Spiegel-Normalenvektor n gibt die Ausrichtung des Heliostaten an. Unmittelbar nach der Echtzeitauswertung kann die Ausrichtung des Heliostaten korrigiert werden, wenn die Ist-Position nicht der Soll-Position entspricht, also der Reflexionspunkt ungleich dem Zielpunkt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Form und die Strahlungsintensitätsverteilung des gesamten Strahlungsbereichs bekannt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die unbemannte Flugeinrichtung eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen, die in einer vertikalen und/oder horizontalen Reihe in vorzugsweise äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sind. Der Strahlungsbereich wird demnach nicht nur von einer unbemannten Flugeinrichtung, sondern von mehreren unbemannten Flugeinrichtungen mit je wenigstens einer Kamera durchflogen. Die mehreren unbemannte Flugeinrichtungen sind in einem vertikalen und/oder horizontalen Array angeordnet. Während der Bewegung der Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen bleiben die Abstände der unbemannten Flugeinrichtungen vorzugsweise zueinander gleich. Die Aufnahme der Bilder mit den mehreren Kameras erfolgt vorzugsweise zeitsynchron.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die unbemannte Flugeinrichtung eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen mit je wenigstens einer Kamera, die in einer Matrix mit n Zeilen und m Spalten angeordnet sind, wobei die unbemannten Flugeinrichtung in den n Zeilen und/oder in den m Spalten vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet sind. Während der Bewegung der Matrix aus unbemannten Flugeinrichtungen bleiben die Abstände der unbemannten Flugeinrichtungen zueinander gleich. Es wird folglich die gesamte Matrix als eine Einheit bewegt. Die Aufnahme der Bilder erfolgt vorzugsweise zeitsynchron. Dabei sind n und m vorzugsweise so gewählt, dass der Strahlungsbereich vollständig abgedeckt werden kann. In diesem Fall ist es nicht zwingend notwendig, dass die Matrix innerhalb des Strahlungsbereichs bewegt wird, da der Strahlungsbereich von der Matrix vollständig erfasst werden kann. Das vorbestimmte Muster umfasst in diesem Fall eine Ausrichtung der Matrix, so dass der Strahlungsbereich vollständig erfasst wird, und ein Stillhalten der Matrix während die Bilder aufgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst der Strahlungsbereich eine Mehrzahl von Strahlungsbereichen von mehreren Objekten. Es können mehrere Strahlungsbereich gleichzeitig und/oder sequentiell vermessen und mehrere Strahlungsintensitätsschwerpunkte ermittelt werden. Dabei ist die Anzahl der Strahlungsbereiche, die gleichzeitig vermessen werden, und/oder der Abstand der unbemannten Flugeinrichtung zu der Mehrzahl an Objekten vorzugsweise derart zu limitieren, dass die unbemannte Flugeinrichtung nicht in einen Bereich mit zu hoher Konzentration der gebündelten Strahlung geflogen wird und dass weder die Kamera noch die unbemannte Flugeinrichtung beschädigt werden.
Das Muster wird in diesem Fall vorzugsweise innerhalb des gesamten Strahlungsbereiches, also innerhalb der Summe der mehreren Strahlungsbereiche, ausgeführt. Die unbemannte Flugeinrichtung durchfliegt beispielsweise in einer horizontalen Bewegung eine Mehrzahl von Strahlungsbereichen bevor sie die Mehrzahl von Strahlungsbereichen in einer vertikalen Bewegung durchfliegt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden weiteren Verfahrensschritt:
S10) Bestimmen einer Spiegelreflektivität des Objektes anhand der aufgenommenen Bilder durch die Recheneinheit.
Die Spiegelreflektivität ist ein Maß für den Anteil reflektierter gerichteter Strahlung zu der gesamten einfallenden gerichteten Strahlung. Über die Spiegelreflektivität kann die Effizienz der Reflexion bestimmt werden.
Die Schritte zum Ausrichten der Objekte bzw. der Heliostaten werden vorzugsweise in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitrhythmus, besonders bevorzugt alle 15 s bis 120 s oder kleineren oder größeren Zeitrhythmen oder nach Bedarf wiederholt. Das Ver- fahren kann daher nicht nur zur Erst-Kalibrierung, sondern auch während des Betriebs eingesetzt werden, um in regelmäßigen Zeitabständen die Ausrichtung der Objekte zu überprüfen.
Den Kameras ist vorzugsweise zum Abschwächen der die Kameras erreichenden Strahlung und deren Strahlungsintensität je ein Filtersystem vorgeschaltet, das vorzugsweise aus einem einzelnen Neutraldichtefilter besteht. Ein Neutraldichtefilter erzeugt eine gleichmäßige Abdunklung des Bildes. Neutral di chtefilter sind homogen neutralgrau eingefärbt, so dass die Farbwiedergabe nicht verfälscht wird.
Erfmdungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung auf einen Reflexionspunkt reflektierenden und/oder emittierenden Objektes mittels wenigstens einer eine reflektierende Oberfläche aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung und einer eine Kamera aufweisenden Kameraanordnung zum Erfassen von von der unbemannten Flugeinrichtung reflektierter Strahlung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
S1‘) Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung an einem Zielpunkt,
S2‘) Ausrichten der Kameraanordnung, so dass die Kameraanordnung die unbemannte Flugeinrichtung erfasst,
S3 ‘) Ausrichten des Objektes, so dass ein Strahlungsbereich der Strahlung die unbemannte Flugeinrichtung zumindest teilweise erfasst und die unbemannte Flugeinrichtung die Strahlung auf die Kameraanordnung reflektiert.
Die Kamera befindet sich bei dieser Ausgestaltung weiterhin am Ende des Strahlengangs, jedoch nicht an der unbemannten Flugeinrichtung, sondern z.B. am Boden. Die unbemannte Flugeinrichtung wird in einer gewissen Distanz und Höhe zum Objekt in einer definierten 3D-Koordinate positioniert. Die Kameraanordnung wird so ausgerichtet, dass die Kamera die unbemannte Flugeinrichtung erfasst. Anschließend wird das Objekt solange ausgerichtet, bis die reflektierte und/oder emittierte Strahlung die unbemannte Flugeinrichtung erfasst. Die Kamera erkennt dann wenigstens die Grobausrichtung des Objektes anhand der Reflexionen der Strahlung auf der unbemannten Flugeinrichtung. Die Kamera und das Objekt sind vorzugsweise beide am Boden platziert. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau, da die Kameras in einfacher Weise am Boden platziert und installiert werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kameraanordnung eine Mehrzahl von Kameras zum Erfassen der Strahlung. Auf diese Weise wird es ermöglicht, auch einen am Boden aufgeweiteten Strahl, der von der unbemannten Flugeinrichtung reflektiert wird, vollständig erfassen zu können.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 3 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 4a schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung, Fig. 4b schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 5 schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Ausrichten eines Objektes mit einer einen Spiegel aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 6 schematisch ein Verfahren zum Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 7 schematisch ein Verfahren zum Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
Fig. 8 schematisch ein Verfahren zum Ausrichten eines Objektes mit einer einen Spiegel aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung.
Aus Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum Ausrichten eines Objektes mit einer eine Kamera aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung ersichtlich. Fig. 1 zeigt ein Objektfeld mit mehreren Objekten 3. In dieser Ausführungsvariante handelt es sich bei den Objekten 3 um Heliostaten. Die Sonne 15 emittiert Strahlung 1. Die Strahlung 1 trifft auf das Objekt 3 und wird auf einen Reflexionspunkt 2 reflektiert. Das Objekt 3 ist nicht optimal ausgerichtet, da die Strahlung nicht auf den Zielpunkt 9 reflektiert wird. Eine unbemannte Flugeinrichtung 4, hier in Form einer Drohne, umfasst eine hier nicht dargestellte Kamera, die zum Erfassen der Strahlung in Form von Bildaufnahmen geeignet ist. Die unbemannte Flugeinrichtung 4 wird in einen Strahlungsbereich 6 der Strahlung 1 bewegt oder es wird das Objekt 3 so ausgerichtet, dass die unbemannte Flugeinrichtung 4 den Strahlungsbereich 6 erfasst. Die unbemannte Flugeinrichtung 4 durchfliegt den Strahlungsbereich 6 in einem vorbestimmten Muster 10. Das Muster ergibt sich durch eine abwechselnde Abfolge von horizontalen Bewegungen 10.1 und vertikalen Bewegungen 10.2. Über diese Bewegungen 10.1, 10.2 kann der Strahlungsbereich 6 abgetastet werden. Während sich die unbemannte Flugeinrichtung 4 durch den Strahlungsbereich 6 bewegt werden von der Kamera Bilder aufgenommen, die an eine Recheneinheit 7 gesendet werden. Die Recheneinheit 7 wertet die Bilder vorzugsweise in Echtzeit aus, sodass die Bilder bereits ausgewertet werden, während die unbemannte Flugeinrichtung 4 noch fliegt.
Über eine Bildauswertesoftware können die Bilder ausgewertet werden. Die gewonnen Daten umfassen vor allem die Form und die Größe des aufgenommenen Brennflecks. Anhand der Bilder kann für den vermessenen Strahlungsbereich 6 eine Strahlungsintensitätsverteilung ermittelt werden. Es kann demnach ermittelt werden an welchen Stellen innerhalb des Strahlungsbereichs die Strahlungsintensität hoch und an welchen Stellen die Strahlungsintensität niedrig ist. Davon ausgehend wird ein Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 ermittelt. Der Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 ist der Punkt, der im Idealfall auf den Zielpunkt 9 reflektiert wird, da in diesem Punkt die Strahlung am intensivsten und somit die Energie am höchsten ist.
Dadurch, dass während der Aufnahme der Bilder die 3D-Koordinate der unbemannten Flugeinrichtung 4 sowie der Sonnenstand bekannt ist, kann die Ausrichtung des Objektes 3 bestimmt und derart angepasst werden, dass der Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 auf einer Geraden G zwischen dem Zielpunkt 9 und dem Objekt liegt. Wird der Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 auf die Gerade G durch Ausrichten des Objektes 3 verschoben, trifft genau der Punkt, in dem die Strahlung 1 am intensivsten bzw. am energiereichsten ist, auf den gewünschten Zielpunkt 9.
Der Zielpunkt 9 kann dabei frei gewählt werden. Zum Ausrichten eines Heliostaten in einem Heliostatfeld kann der Zielpunkt 9 beispielsweise so gewählt werden, dass die He- liostaten bereits vor dem Bau eines Solarturms auf die zukünftige Position z.B. des Receivers des Solarturms ausgerichtet werden. Somit ist eine Erst-Kalibrierung der Heliostaten bereits ohne Solarturm möglich.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform und unterscheidet sich zu Fig. 1 durch das Flugmuster 10 der unbemannten Flugeinrichtung 4. Das Objekt 3 wurde willkürlich ausgerichtet und die unbemannte Flugeinrichtung 4 in den Strahlungsbereich 6 hinein bewegt. Zum Ausmessen des Strahlungsbereichs 6 werden zuerst die Randpunkte 11, 12, 13 des Strahlungsbereichs 6 ermittelt. Durch Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung 4 entlang einer horizontalen Achse H und gleichzeitiger Aufnahme und Auswertung von Bildern, können die seitlichen Randpunkte 11, 12 bestimmt werden. Ausgehend von den zwei Randpunkten 11, 12 kann eine vertikale Mittelachse V, die zwischen den Randpunkten 11, 12 mit einem gleichen Abstand zum ersten Randpunkt 11 sowie zum zweiten Randpunkt 12 liegt, bestimmt werden. Auf dieser vertikalen Mittelachse V fliegt die unbemannte Flugeinrichtung 4 entlang bis ein unteren Randpunkt 13 ermittelt wurde. Somit werden die äußeren seitlichen Randpunkte 11, 12 sowie der untere Randpunkt 13 erkannt. Ausgehend vom unteren Randpunkt 13 bewegt sich die unbemannte Flugeinrichtung 4 zu einem Schnittpunkt 14 zwischen einer zu der Horizontalen H parallel und durch den unteren Randpunkt 13 verlaufenden Parallelen und einer zu der vertikalen Mittelachse V parallel und durch den ersten Randpunkt 11 verlaufenden Parallelen. Mit anderen Worten bewegt sich die unbemannte Flugeinrichtung 4 zu einem der unten seitlichen Ecke eines Rechtecks, das den Strahlungsbereich 6 umschließt. Dieser Schnittpunkt 14 ist der Startpunkt für das Flugmuster 10.
In der Fig. 2 wird ein Flugmuster 10 gezeigt, das lediglich aus einer Auf- und Abwärtsbewegung besteht. Eine horizontale Bewegung ist nicht erforderlich, da sich der Strahlungsbereich auf Grund des sich verändernden Sonnenstandes durch die Auf- und Abwärtsbewegung der unbemannten Flugeinrichtung 4 bewegt und somit vollständig erfasst werden kann.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform und unterscheidet sich zu Fig. 1 bzw. zu Fig. 2 dadurch, dass mehrere unbemannte Flugeinrichtungen 4A, 4B, 4C, 4D in einer Matrix 16 angeordnet sind. Die Matrix 16 wird als eine Einheit bewegt, sodass die Abstände der unbemannten Flugeinrichtungen 4A, 4B, 4C, 4D nicht nur gleich sind, sondern auch während der Bewegung gleich bleiben. Die Matrix 16 wird als Ganzes in den Strahlungsbereich 6 bewegt. Die Matrix ist derart dimensioniert, dass der Strahlungsbereich 6 vollständig erfasst werden kann, ohne dass eine Bewegung in vertikaler oder horizontaler Richtung beim Messvorgang erforderlich ist. Alternativ dazu können weniger unbemannte Flugeinrichtungen in einem Array angeordnet werden. Je nachdem ob die Anordnung vertikal oder horizontal verläuft, kann eine horizontale oder vertikale Bewegung des Arrays erforderlich sein, um den Strahlungsbereich 6 vollständig erfassen zu können.
Die unbemannten Flugeinrichtungen 4A, 4B, 4C, 4D nehmen zeitsynchron oder nahezu zeitsynchron Bilder des Objektes 3 auf, die an die Recheneinheit 7 übermittelt und von derselbigen ausgewertet werden.
Die Figuren 4a und 4b zeigen jeweils eine weitere Ausführungsform und unterscheiden sich zu den vorherigen Figuren dadurch, dass mehrere Objekte während des Betriebs in einem Solarturmkraftwerk mit einem Solarturm 18 gleichzeitig ausgerichtet werden. Beim gleichzeitigen Ausrichten von mehreren Objekten 3A, 3B, 3C, 3D ist darauf zu achten, dass die unbemannte Flugeinrichtung 4 nicht in einen Bereich mit einer zu hohen Strahlungskonzentration 17 geflogen wird. In diesem Bereich 17, der sich üblicherweise kurz vor dem Receiver des Solarturms 18 befindet, wird die Strahlung 1 von mehreren Objekten 3A, 3B, 3C, 3D gebündelt, sodass sehr hohe Strahlungsintensitäten entstehen, die die unbemannte Flugeinrichtung 4 und/oder die Kameratechnik beschädigen können. Daher wird die unbemannte Flugeinrichtung 4 in einer Distanz zu den Objekten 3A, 3B, 3C angeordnet, in denen sich die Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C, 6D noch nicht bzw. bei nicht zu hoher Strahlungsflussintensität überlagern. Die unbemannte Flugeinrichtung 4 durchfliegt die Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C, 6D nacheinander in einem Flugmuster 10.
In Fig. 4a umfasst das Flugmuster 10 eine Abfolge von vertikalen und horizontalen Bewegungen. Die unbemannte Flugeinrichtung 4 durchfliegt beispielsweise zuerst in einer ersten horizontalen Bewegung 10.1 die mehreren Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C und durchfliegt dann die mehreren Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C in einer vertikalen Bewegung 10.2. Ebenso ist es möglich, dass die unbemannte Flugeinrichtung überwiegend nur die horizontale Bewegung 10.1 oder die vertikalen Bewegung 10.2 für die Messungen durchfliegt. In Fig. 4b umfasst das Flugmuster 10 lediglich horizontale Bewegungen für den Messvorgang. Die unbemannte Flugeinrichtung 4 durchfliegt beispielsweise zuerst in einer ersten horizontalen Bewegung die mehreren Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C, 6D und durchfliegt dann die mehreren Strahlungsbereiche 6A, 6B, 6C, 6D in einer zweiten zu der ersten senkrecht verlaufenden horizontalen Bewegung. Auf diese Weise können mehrere Objekte 3A, 3B, 3C, 3D oder ein ganzes Objektefeld erfasst und ausgerichtet werden.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsvariante mit einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zum Ausrichten eines Objektes 3 mit einer eine reflektierende Oberfläche aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung 4. Die unbemannten Flugeinrichtungen 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘ weisen keine Kamera, sondern jeweils wenigstens eine reflektierende Ober- flächeauf. Über die reflektierende Oberfläche wird die Strahlung auf die am Erdboden 21 angeordnete Kameraanordnung 19 reflektiert. Die Kameraanordnung kann lediglich eine, oder wie hier gezeigt mehrere Kameras 20A, 20B, 20C, 20D umfassen. Das Objekt 3 wird auf die unbemannte Flugeinrichtung 4‘ oder, wie hier gezeigt, auf mehrere unbemannte Flugeinrichtungen 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘, die in einem horizontalen Array angeordnet sind, ausgerichtet. Ob das Objekt 3 die unbemannten Flugeinrichtungen 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘ erfassen, kann über die Reflexion auf die Kameraanordnung 19 überprüft werden. Reflektieren die unbemannten Flugeinrichtungen 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘ die Strahlung 1 auf die Kameraanordnung, ist das Objekt 3 korrekt ausgerichtet. Auch bei dieser Anordnung können im Rahmen der Erfindung eine oder mehrere unbemannte Flugeinrichtungen 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘ und eine oder mehrere Kameras „20A, 20B, 20C, 20D zum Einsatz kommen.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zum Ausrichten eines Objektes 3 mit einer unbemannten Flugeinrichtung 4, die eine Kamera aufweist. Zuerst muss sich die unbemannte Flugeinrichtung 4 in dem Strahlungsbereich 6 der Strahlung 1 befinden. Das kann entweder erfolgen, indem die unbemannte Flugeinrichtung an einem vorbestimmten Referenzpunkt 5 angeordnet wird und das Objekt 3 grob auf die unbemannte Flugeinrichtung 4 bzw. auf den Referenzpunkt 5 ausgerichtet wird Sla, oder indem die unbemannte Flugeinrichtung 4 den Strahlungsbereich automatisch erkennt und sich in den Strahlungsbereich 6 hinein bewegt Slb. In einem nächsten Schritt bewegt sich die unbemannte Flugeinrichtung 4 innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs und nimmt gleichzeitig mit der Kamera Bilder von dem Objekt 3 auf S2. Anschließend werden über eine Recheneinheit 7 die Bilder ausgewertet, sodass eine Strahlungsintensitätsverteilung ermittelt wird S3. Ausgehend von der Strahlungsintensitätsverteilung wird ein Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 ermittelt S4. Mit den neu gewonnen Informationen wird das Objekt dann neu ausgerichtet, sodass der Strahlungsintensitätsschwerpunkt 8 auf einer Geraden G zwischen dem Zielpunkt 9 und dem Objekt 3 liegt S5.
Fig. 7 zeigt weitere Schritte, die ergänzt werden können. Muss der Strahlungsbereich 6 zuerst vermessen werden, bevor die unbemannte Flugeinrichtung 4 mit dem Flugmuster 10 beginnen kann. Dazu fliegt die unbemannte Flugeinrichtung in horizontaler Richtung, um einen linken Randpunkt 11 und einen rechten Randpunkt 12 des Strahlungsquerschnitts S6, und daraus die vertikale Mittelachse V zu bestimmen S7. Anschließend fliegt die unbemannte Flugeinrichtung zurück zur Mittelachse V und an dieser entlang vertikal nach unten, bis der untere Randpunkt 13 des Strahlungsbereichs ermittelt werden kann S8. Von dieser Position aus fliegt die unbemannte Flugeinrichtung zu dem Schnittpunkt 14 S9, von dem aus die unbemannte Flugeinrichtung 4 die Bewegungen innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs 6 startet S2.
Als ergänzenden Schritt kann anhand der aufgenommenen Bilder eine Spiegelreflektivität ermittelt werden S10, die eine Angabe über die reflektierte Strahlung macht.
Fig. 8 zeigt ein Verfahren zum Ausrichten eines Objektes 3 mit einer unbemannten Flugeinrichtung 4, die eine reflektieren Oberfläche aufweist. Zuerst wird die unbemannte Flugeinrichtung 4 an einem Zielpunkt 9 angeordnet S1‘. Danach wird die Kameraanordnung 19 derart ausgerichtet, dass die unbemannte Flugeinrichtung 4 von der Kameraanordnung 19 erfasst wird S2‘. Anschließend wird das Objekt 3 grob auf die unbemannte Flugeinrichtung 4, die sich am Zielpunkt 9 befindet, ausgerichtet S3‘. Wenn das Objekt 3 korrekt ausgerichtet ist, reflektiert die unbemannte Flugeinrichtung die Strahlung auf die Kameraanordnung 19, die die Strahlung 1 erfasst. Die dieser Patentanmeldung zu Grunde liegende Erfindung entstand im Rahmen des Projekts H2Loop, welches vom EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) gefördert wurde.
Bezugszeichenliste
1 Strahlung
2 Reflexionspunkt
3, 3 A, 3B, 3C, 3D Objekt
4, 4A, 4B, 4C, 4D unbemannte Flugeinrichtung mit Kamera
4‘, 4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘ unbemannte Flugeinrichtung mit reflektierender Oberfläche
5 Referenzpunkt
6, 6A, 6B, 6C, 6D Strahlungsb er ei ch
7 Recheneinheit
8 Strahlungsintensitätsschwerpunkt
9 Zielpunkt
10 Flugmuster
10.1 horizontale Bewegung
10.2 vertikale Bewegung
11 erster Randpunkt
12 zweiter Randpunkt
13 unterer Randpunkt
14 Schnittpunkt
15 Sonne
16 Matrix
17 Bereich mit zu hoher Strahlungskonzentration
18 Solarturm
19 Kameraanordnung
20, 20A, ..., 20D Kamera
21 Erdboden
G Gerade
H Horizontale
V Vertikale Mittelachse Sla Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung an einem vorbestimmten Referenzpunkt und Ausrichten des Objektes
Slb Erkennen des Strahlungsbereichs durch die unbemannte Flugeinrichtung und Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung in dem Strahlungsbereich der Strahlung
52 Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs und gleichzeitiges Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern mit der Kamera
53 Bestimmen einer Strahlungsintensitätsverteilung
54 Bestimmen eines Strahlungsintensitätsschwerpunktes
55 Ausrichten des Objektes
56 Ermitteln eines ersten und eines zweiten Randpunktes
57 Bestimmen einer Mittelachse
58 Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung entlang der Mittelachse
59 Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung zu einem Schnittpunkt
S10 Bestimmen einer Spiegelreflektivität des Objektes
S1‘ Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung an einem vorbestimmten Referenzpunkt
S2‘ Ausrichten der Kameraanordnung
S3‘ Ausrichten des Objektes

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung (1) auf einen Reflexionspunkt (2) reflektierendes und/oder emittierendes Objektes (3) mit wenigstens einer eine Kamera zum Erfassen der Strahlung (1) aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung (4), mit folgenden Verfahrensschritten:
Sla) Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung (4) an einem vorbestimmten Referenzpunkt (5) und Ausrichten des Objektes (3), so dass ein Strahlungsbereich (6) der Strahlung (1) die unbemannte Flugeinrichtung (4) zumindest teilweise erfasst oder
Slb) Erkennen des Strahlungsbereichs (6) durch die unbemannte Flugeinrichtung (4) und Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung (4) in dem Strahlungsbereich (6) der Strahlung (1),
52) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) innerhalb und/oder außerhalb des Strahlungsbereichs (6) und gleichzeitiges Aufnehmen einer Mehrzahl von Bildern mit der Kamera,
53) Bestimmen einer Strahlungsintensitätsverteilung im Strahlungsbereich (6) anhand der aufgenommenen Bilder durch eine Recheneinheit (7),
54) Bestimmen eines Strahlungsintensitätsschwerpunktes (8) des Strahlungsbereichs (6) durch die Recheneinheit (7), und
55) Ausrichten des Objektes (4), so dass der Strahlungsintensitätsschwerpunkt (8) auf einer Geraden (G) zwischen einem Zielpunkt (9) und dem Objekt (4) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) in einem vorbestimmten Muster (10) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei das vorbestimmte Muster (10) eine Abfolge von Bewegungen in horizontaler (10.1) und/oder vertikaler Richtung (10.2) umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, mit folgenden dem Schritt S2) vorgelagerten Verfahrensschritten: 56) Ermitteln eines ersten Randpunktes (11) und eines zweiten, dem ersten Randpunkt gegenüberliegenden Randpunktes (12) des Strahlungsbereichs (6) durch Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) entlang einer horizontalen Achse (H) durch den Strahlungsbereich (6),
57) Bestimmen einer mittig zwischen den zwei ermittelten Randpunkten gelegenen vertikal verlaufenden Mittelachse (V),
58) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) entlang der Mittelachse (V) bis zu einem unteren Randpunkt (13) des Strahlungsbereichs (6),
59) Bewegen der unbemannten Flugeinrichtung (4) zu einem Schnittpunkt (14) zwischen einer ersten zu der Mittelachse (V) parallelen und durch einen der zwei seitlichen Randpunkte (11, 12) verlaufenden Achse und einer zweiten zu der horizontalen Achse (H) parallelen und durch den unteren Randpunkt (13) verlaufenden Achse.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Strahlungsintensitätsverteilung und/oder des Strahlungsintensitätsschwerpunktes (8) durch die Recheneinheit (7) vorzugsweise in Echtzeit oder in nahezu Echtzeit erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (3) einen Heliostaten und die Strahlung Solarstrahlung umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unbemannte Flugeinrichtung (4) eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen (4A, 4B, 4C, 4D) umfasst, die in einer vertikalen und/oder horizontalen Reihe in vorzugsweise äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die unbemannte Flugeinrichtung (4) eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen (4A, 4B, 4C, 4D) umfasst, die in einer Matrix (16) mit n Zeilen und m Spalten angeordnet sind, wobei die unbemannten Flugeinrichtungen in den n Zeilen und/oder in den m Spalten vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungsbereich (6) eine Mehrzahl von Strahlungsbereichen (6A, 6B, 6C, 6D) von mehreren Objekten (3A, 3B, 3C, 3D) umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem weiteren Verfahrensschritt:
S10) Bestimmen einer Spiegelreflektivität des Objekts (3) anhand der aufgenommenen Bilder durch die Recheneinheit (7).
11. Verfahren zum Ausrichten wenigstens eines Strahlung (1) auf einen Reflexionspunkt (2) reflektierenden und/oder emittierenden Objektes (3) mittels wenigstens einer eine reflektierende Oberfläche aufweisenden unbemannten Flugeinrichtung (4‘) und einer eine Kamera (20) aufweisenden Kameraanordnung (19) zum Erfassen von von der unbemannten Flugeinrichtung (4‘) reflektierter Strahlung, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
S1‘) Anordnen der unbemannten Flugeinrichtung (4‘) an einem Zielpunkt (9), S2‘) Ausrichten der Kameraanordnung (19), so dass die Kameraanordnung (19) die unbemannte Flugeinrichtung (4‘) erfasst,
S3 ‘) Ausrichten des Objektes (3), so dass ein Strahlungsbereich (6) der Strahlung (1) die unbemannte Flugeinrichtung (4‘) zumindest teilweise erfasst und die unbemannte Flugeinrichtung (4) die Strahlung (1) auf die Kameraanordnung (19) reflektiert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kameraanordnung (19) eine Mehrzahl von Kameras (20 A, 20B, 20C, 20D) zum Erfassen der Strahlung (1) umfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die unbemannte Flugeinrichtung (4‘) eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen (4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘) umfasst, die in einer vertikalen und/oder horizontalen Reihe in vorzugsweise äquidistanten Abständen zueinander angeordnet sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die unbemannte Flugeinrichtung (4‘) eine Mehrzahl von unbemannten Flugeinrichtungen (4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘) umfasst, die in einer Matrix (16) mit n Zeilen und m Spalten angeordnet sind, wobei die unbemannten Flugeinrichtungen (4A‘, 4B‘, 4C‘, 4D‘) in den n Zeilen und/oder in den m Spalten vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet sind.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140332688A1 (en) * 2011-10-05 2014-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for positioning an apparatus for monitoring a parabolic reflector aerially
CN109916097A (zh) * 2019-02-14 2019-06-21 浙江中控太阳能技术有限公司 一种定日镜超声波校正系统及方法
DE102015217086B4 (de) * 2015-09-07 2019-11-07 CSP Services GmbH Verfahren zur Vermessung von Heliostaten
US20210110571A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-15 Alliance For Sustainable Energy, Llc Heliostat error detection

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011080969B4 (de) 2011-08-15 2018-02-08 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Vermessung eines solarthermischen Konzentrators
CN106644399B (zh) 2016-12-31 2019-02-05 伽行科技（北京）有限公司 一种用无人机校正定日镜偏差的系统和方法
CN108413987B (zh) 2018-03-13 2021-03-26 深圳中科能投能源有限公司 一种定日镜的校准方法、装置及系统
CN109596212B (zh) 2019-02-14 2021-01-12 浙江中控太阳能技术有限公司 定日镜聚光效率的检测系统及检测方法
CN109828612B (zh) 2019-02-14 2021-09-07 浙江中控太阳能技术有限公司 一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法
ES2726474B2 (es) 2019-07-01 2020-02-10 Centro De Investig Energeticas Medioambientales Y Tecnologicas Ciemat Sistema para medir radiacion solar concentrada y vehiculo aereo no tripulado que lo comprende
CN110398233B (zh) 2019-09-04 2021-06-08 浙江中光新能源科技有限公司 一种基于无人机的定日镜场坐标测绘方法
CN111367323B (zh) 2020-04-16 2021-01-01 宁夏宝龙新能源科技有限公司 一种基于计算机视觉的定日镜监测控制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140332688A1 (en) * 2011-10-05 2014-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for positioning an apparatus for monitoring a parabolic reflector aerially
DE102015217086B4 (de) * 2015-09-07 2019-11-07 CSP Services GmbH Verfahren zur Vermessung von Heliostaten
CN109916097A (zh) * 2019-02-14 2019-06-21 浙江中控太阳能技术有限公司 一种定日镜超声波校正系统及方法
US20210110571A1 (en) * 2019-09-27 2021-04-15 Alliance For Sustainable Energy, Llc Heliostat error detection

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KALIBRIERUNG > ET AL: "Verfahren zur Vermessung und Kalibrierung von Heliostaten", 4 July 2018 (2018-07-04), pages 1 - 32, XP055845643, Retrieved from the Internet <URL:https://elib.dlr.de/122783/1/20180704_Soko18_Vermessung_Kalibrierung_Helios_FINAL.pdf> [retrieved on 20210928] *
SATTLER JOHANNES CHRISTOPH ET AL: "Review of heliostat calibration and tracking control methods", SOLAR ENERGY, vol. 207, 1 September 2020 (2020-09-01), AMSTERDAM, NL, pages 110 - 132, XP055845644, ISSN: 0038-092X, Retrieved from the Internet <URL:http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1016/j.solener.2020.06.030&domain=pdf> [retrieved on 20200901], DOI: 10.1016/j.solener.2020.06.030 *

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