CN110470279A - 一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检*** - Google Patents

一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，属于集中式光伏电站维护设备技术领域，采用带有RTK设备的四旋翼无人机携带高清相机进行拍摄，根据照片拼接出电站整体的高清地图，在该地图上绘制巡检航线，发送至无人机，无人机依照航线飞行，并拍摄组件照片，拍摄结果上传后台，检测人员在拍摄结果上发现的问题可准确对应到地图上，整个检测过程自动化程度高，用户使用负担低，所有结果均实现数字化，可追溯，查看便捷，检测人员无需人工检测每个组件，检测作业效率大幅提高，同时保障了检测人员的安全性，同时可为业主直观呈现电站健康情况，以便及时安排清洁或是维修作业。

Description

一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检 ***
技术领域
本发明属于集中式光伏电站维护设备技术领域，具体为一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***。
背景技术
集中式光伏电站与公共电网相连接且共同承担供电任务的太阳能光伏电站，此类电站占地面积大，布设大量光伏电池组件，通过直流汇流箱、直流配电箱、并网逆变器、升压站，最终将电能送入电网，有效缓解白天用电高峰的用电需求。由于此类电站占地面积大，因此，空闲的湖泊、山坡，废弃的矿区等均可以作为集中式光伏电站的选址场所。
光伏电站光伏区的设备有箱变、逆变器、汇流箱、电缆、组件等众多电气组件，当光伏组件自身故障时，其自身电阻变大，导致热量集聚。由于光伏区杂草丛生，覆盖区域广阔，往往不能得到及时的清理，在干燥季节里，易引发光伏区火灾。发生火灾后，形成的气流，会使火势越来越多，火借风势，风助火威。救火时安排不合理和人员配合不足，很难快速消灭火情，会造成很大的经济损失。
随着多旋翼无人机在地理测绘、电力巡检、应急救灾等方向的使用日趋频繁，多旋翼无人机的技术愈发成熟，飞行稳定性大幅提高，事故率逐步降低，挂载的传感器愈发小型化，700mm轴距的四旋翼无人机可使用RTK模块实现厘米级精度的飞行定位，并可以挂载红外与可见光双光相机，拍摄高清可见光照片与热成像照片。
千寻位置采用网络RTK方案，基于北斗卫星***(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据，实现稳定、一致的厘米级高精度定位。在服务范围内，无需自建基站，国内外测量RTK终端设备随时接入，服务流程在线化，能够大幅提升测量作业工作效率和质量。
现有技术方案寻找组件缺陷的方法主要有两类，一种是通过汇流箱记录各个组串发电情况，采用大数据方法对其下各个组串发电量进行对比，当一个组串出现明显的发电量下降时，可确定该组串存在异常。
另一种是检测人员携带热成像设备到现场，使用热成像设备拍摄组件，通过拍摄结果查看组件温度是否均匀，如果出现斑点状、条状等形状的热斑(即该斑点温度明显高于周边温度)，或该组件温度明显高于其他周边组件温度时，说明该组件存在问题，需要进行维护。
现有技术中的寻找组件缺陷的方法中，采用分析汇流箱发电量发现组件异常的方法首先需要汇流箱具有数据上报能力，对汇流箱设备本身提出较高的要求，通用性较差，不同厂家的设备特性不同，呈现数据的方式不同，且对一些较老的电站，其汇流箱并不具有这样的功能。再者，由于这种方法是一种统计性查看方法，因此问题的发现具有一定的延时性，并不能在第一时间发现组件的异常情况。此外，这种方法对问题的定位只能指向组串，而不能够直接指出具体出现问题的组件是哪一个，仍需要检测人员到现场对问题组串中的每个组件进行查验。采用热成像设备到现场检测可发现问题组件，但如果是检测人员携带手持设备进行检测，整个检测过程效率低，尤其是地面架空的组件、水面上安装的组件、山坡上安装的组件，检测人员想要拍摄到组件的过程十分的繁琐与费时，目前有些厂家采用无人机携带红外设备在空中对问题组件进行查找，但由于定位精度问题，虽然能够快速发现问题，但问题发生位置偏差大，增加维护人员压力。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有技术中的寻找组件缺陷的方法中，采用分析汇流箱发电量发现组件异常的方法首先需要汇流箱具有数据上报能力，对汇流箱设备本身提出较高的要求，通用性较差，不同厂家的设备特性不同，呈现数据的方式不同，且对一些较老的电站，其汇流箱并不具有这样的功能。再者，由于这种方法是一种统计性查看方法，因此问题的发现具有一定的延时性，并不能在第一时间发现组件的异常情况。此外，这种方法对问题的定位只能指向组串，而不能够直接指出具体出现问题的组件是哪一个，仍需要检测人员到现场对问题组串中的每个组件进行查验。采用热成像设备到现场检测可发现问题组件，但如果是检测人员携带手持设备进行检测，整个检测过程效率低，尤其是地面架空的组件、水面上安装的组件、山坡上安装的组件，检测人员想要拍摄到组件的过程十分的繁琐与费时，目前有些厂家采用无人机携带红外设备在空中对问题组件进行查找，但由于定位精度问题，虽然能够快速发现问题，但问题发生位置偏差大，增加维护人员压力的问题，提供一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，包括外业设备构架和内业功能架构，所述外业设备构架包括无人机、PAD、X5S云台相机、XT云台相机，无人机遥控器及PAD可接入千寻位置的Cors基站，所述内业功能架构包括前端和后台，所述前端的功能通过Web网页形式显示，页面功能包括项目及任务管理模块、图片上传模块、地图模块、航线绘制模块、问题标注模块、维修情况反馈模块，所述后台包括两台服务器，其中一台为图像处理服务器，另一台为数据管理服务器。
其中，所述千寻Cors站包括千寻知寸网络RTK服务和千寻跬步网络RTD服务。
一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检方法，包括以下步骤：
步骤S：内业人员在所述前端创建电站项目，然后创建正射任务，在所述航线绘制模块中规划航线区域。
步骤S：外业人员携带所述无人机等设备达到电站现场，结束所述无人机组装后将所述无人机遥控器接入所述千寻Cors站，使用所述千寻知寸功能提升所述无人机定位精度，然后在所述PAD上下载航线区域，利用所述PAD内置的APP生成正射航线，APP通过所述无人机遥控器将航线上传所述无人机，所述无人机按航线自动完成航线飞行。
步骤S：所述X5S云台相机按预设间距拍摄照片，拍摄时，机身上挂载的RTK将位置信息写入照片中，拍摄结果通过网页上的所述照片上传模块上传所述图像处理服务器。
步骤S：当照片上传完毕后，所述图像处理服务器抓取照片，根据照片图像特征与照片内置的位置信息将照片拼接为一张高清地图。
步骤S：正射地图完成后，内业人员创建巡检任务，将地图导入任务中，基于高清地图上的组件位置绘制航线。
步骤S：外业人员将所述X5S云台相机更换为所述XT云台相机，在所述PAD上下载巡检任务航线，通过所述无人机遥控器上传所述无人机，所述无人机将按照该航线进行飞行作业，飞行过程中在每个指定航点进行拍照，获得该位置的红外与可见光照片，任务完成后再通过网页上的所述照片上传模块上传所述图像处理服务器。
步骤S：内业人员同对比查看红外与可见光照片，确认现场问题类型，并指定相应的维护任务。
步骤S：维护人员得到任务后将所述PAD接入千寻跬步网络RTD服务，从而获得准确的自身位置与故障组件位置，可以快速到达故障位置，维护完成后上班进展，实现任务闭环。
其中，所述无人机根据需求进行修改，如拍摄正射地图时使用飞行器改用Phantom4 RTK等。
其中，所述挂载相机根据需求进行修改。
其中，所述定位***建立方式根据需求进行修改，如使用其他网络RTK供应商，或在当地没有千寻知寸网络信号的位置使用基站式RTK。
其中，所述地面控制设备根据需要进行修改，如使用手机设备。
其中，所述无人机遥控器使用千寻知寸网络RTK服务，为无人机提供差分基站数据。
其中，所述维护人员需要一个PAD，该PAD使用千寻跬步网络RTD服务。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明针对集中式光伏电站面积大、分布散，组件故障发现困难、定位困难的需求，采用带有RTK(Real-time kinematic)设备的四旋翼无人机携带高清相机，获取带有位置信息的高清照片，然后基于这些照片拼接出电站整体的高清地图；检测人员在该地图上绘制巡检航线，再将这些航线发送至无人机，无人机使用红外与可见光双光相机依照航线飞行，并按照预设距离间隔拍摄组件照片，照片中亦包含位置信息，飞行任务完成后，将任务信息与拍摄结果上传后台，即可将拍摄结果呈现在地图上，检测人员在拍摄结果上发现的问题可准确对应到地图上。整个检测过程自动化程度高，用户使用负担低，所有结果均实现数字化，可追溯，查看便捷，检测人员无需人工检测每个组件，尤其对于建设在山地、水面上的电站，检测作业效率大幅提高，同时保障了检测人员的安全性，同时可为业主直观呈现电站健康情况，以便及时安排清洁或是维修作业。
附图说明
图1为本发明中外业设备构架图；
图2为本发明中内业功能架构图；
图3为本发明的作业流程图；
图4为本发明的***框图；
图5为本发明的使用方法图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图4结合图1和图2，一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，包括外业设备构架01和内业功能架构02，外业设备构架包括无人机010、PAD011、X5S云台相机012、XT2云台相机013，无人机遥控器014及PAD可接入千寻位置的Cors基站015，内业功能架构02包括前端021和后台022，前端021的功能通过Web网页形式显示，页面功能包括项目及任务管理模块0210、图片上传模块0211、地图模块0212、航线绘制模块0213、问题标注模块0214、维修情况反馈模块0215，后台包括两台服务器，其中一台为图像处理服务器0221，另一台为数据管理服务器0222，千寻Cors站015包括千寻知寸网络RTK服务和千寻跬步网络RTD服务。
参照图5结合图3，一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其使用方法包括以下步骤：
步骤S1：内业人员在前端021创建电站项目，然后创建正射任务，在航线绘制模块0213中规划航线区域。
步骤S2：外业人员携带无人机010等设备达到电站现场，结束无人机010组装后将无人机遥控器014接入千寻Cors站015，使用千寻知寸功能提升无人机010定位精度，然后在PAD011上下载航线区域，利用PAD011内置的APP生成正射航线，APP通过无人机遥控器014将航线上传无人机010，无人机010按航线自动完成航线飞行。
步骤S3：X5S云台相机012按预设间距拍摄照片，拍摄时，机身上挂载的RTK将位置信息写入照片中，拍摄结果通过网页上的照片上传模块0211上传图像处理服务器0221。
步骤S4：当照片上传完毕后，图像处理服务器0221抓取照片，根据照片图像特征与照片内置的位置信息将照片拼接为一张高清地图。
步骤S5：正射地图完成后，内业人员创建巡检任务，将地图导入任务中，基于高清地图上的组件位置绘制航线。
步骤S6：外业人员将X5S云台相机012更换为XT2云台相机013，在PAD011上下载巡检任务航线，通过无人机遥控器014上传无人机010，无人机010将按照该航线进行飞行作业，飞行过程中在每个指定航点进行拍照，获得该位置的红外与可见光照片，任务完成后再通过网页上的照片上传模块0211上传图像处理服务器0221。
步骤S7：内业人员同对比查看红外与可见光照片，确认现场问题类型，并指定相应的维护任务。
步骤S8：维护人员得到任务后将PAD011接入千寻跬步网络RTD服务，从而获得准确的自身位置与故障组件位置，可以快速到达故障位置，维护完成后上班进展，实现任务闭环。
具体的，无人机010根据需求进行修改，如拍摄正射地图时使用飞行器改用Phantom 4 RTK等。挂载相机根据需求进行修改。定位***建立方式根据需求进行修改，如使用其他网络RTK供应商，或在当地没有千寻知寸网络信号的位置使用基站式RTK。地面控制设备根据需要进行修改，如使用手机设备。无人机遥控器014使用千寻知寸网络RTK服务，为无人机010提供差分基站数据，维护人员需要一个PAD011，该PAD011使用千寻跬步网络RTD服务。
工作原理：内业人员在前端021创建电站项目，然后创建正射任务，在航线绘制模块0213中规划航线区域，外业人员携带无人机010等设备达到电站现场，结束无人机010组装后将无人机遥控器014接入千寻Cors站015，使用千寻知寸功能提升无人机010定位精度，然后在PAD011上下载航线区域，利用PAD011内置的APP生成正射航线，APP通过无人机遥控器014将航线上传无人机010，无人机010按航线自动完成航线飞行，X5S云台相机012按预设间距拍摄照片，拍摄时，机身上挂载的RTK将位置信息写入照片中，拍摄结果通过网页上的照片上传模块0211上传图像处理服务器0221，当照片上传完毕后，图像处理服务器0221抓取照片，根据照片图像特征与照片内置的位置信息将照片拼接为一张高清地图，正射地图完成后，内业人员创建巡检任务，将地图导入任务中，基于高清地图上的组件位置绘制航线，外业人员将X5S云台相机012更换为XT2云台相机013，在PAD011上下载巡检任务航线，通过无人机遥控器014上传无人机010，无人机010将按照该航线进行飞行作业，飞行过程中在每个指定航点进行拍照，获得该位置的红外与可见光照片，任务完成后再通过网页上的照片上传模块0211上传图像处理服务器0221，内业人员同对比查看红外与可见光照片，确认现场问题类型，并指定相应的维护任务，维护人员得到任务后将PAD011接入千寻跬步网络RTD服务，从而获得准确的自身位置与故障组件位置，可以快速到达故障位置，维护完成后上班进展，实现任务闭环，本发明采用带有RTK(Real-time kinematic)设备的四旋翼无人机携带高清相机，获取带有位置信息的高清照片，然后基于这些照片拼接出电站整体的高清地图；检测人员在该地图上绘制巡检航线，再将这些航线发送至无人机010，无人机010使用红外与可见光双光相机依照航线飞行，并按照预设距离间隔拍摄组件照片，照片中亦包含位置信息，飞行任务完成后，将任务信息与拍摄结果上传后台，即可将拍摄结果呈现在地图上，检测人员在拍摄结果上发现的问题可准确对应到地图上。整个检测过程自动化程度高，用户使用负担低，所有结果均实现数字化，可追溯，查看便捷，检测人员无需人工检测每个组件，尤其对于建设在山地、水面上的电站，检测作业效率大幅提高，同时保障了检测人员的安全性，同时可为业主直观呈现电站健康情况，以便及时安排清洁或是维修作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，包括外业设备构架(01)和内业功能架构(02)，其特征在于：所述外业设备构架包括无人机(010)、PAD(011)、X5S云台相机(012)、XT2云台相机(013)，无人机遥控器(014)及PAD可接入千寻位置的Cors基站(015)，所述内业功能架构(02)包括前端(021)和后台(022)，所述前端(021)的功能通过Web网页形式显示，页面功能包括项目及任务管理模块(0210)、图片上传模块(0211)、地图模块(0212)、航线绘制模块(0213)、问题标注模块(0214)、维修情况反馈模块(0215)，所述后台(022)包括两台服务器，其中一台为图像处理服务器(0221)，另一台为数据管理服务器(0222)。
2.如权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述千寻Cors站(015)包括千寻知寸网络RTK服务和千寻跬步网络RTD服务。
3.如权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其使用方法包括以下步骤：
步骤S1：内业人员在所述前端(021)创建电站项目，然后创建正射任务，在所述航线绘制模块(0213)中规划航线区域。
步骤S2：外业人员携带所述无人机(010)等设备达到电站现场，结束所述无人机(010)组装后将所述无人机遥控器(014)接入所述千寻Cors站(015)，使用所述千寻知寸功能提升所述无人机(010)定位精度，然后在所述PAD(011)上下载航线区域，利用所述PAD(011)内置的APP生成正射航线，APP通过所述无人机遥控器(014)将航线上传所述无人机(010)，所述无人机(010)按航线自动完成航线飞行。
步骤S3：所述X5S云台相机(012)按预设间距拍摄照片，拍摄时，机身上挂载的RTK将位置信息写入照片中，拍摄结果通过网页上的所述照片上传模块(0211)上传所述图像处理服务器(0221)。
步骤S4：当照片上传完毕后，所述图像处理服务器(0221)抓取照片，根据照片图像特征与照片内置的位置信息将照片拼接为一张高清地图。
步骤S5：正射地图完成后，内业人员创建巡检任务，将地图导入任务中，基于高清地图上的组件位置绘制航线。
步骤S6：外业人员将所述X5S云台相机(012)更换为所述XT2云台相机(013)，在所述PAD(011)上下载巡检任务航线，通过所述无人机遥控器(014)上传所述无人机(010)，所述无人机(010)将按照该航线进行飞行作业，飞行过程中在每个指定航点进行拍照，获得该位置的红外与可见光照片，任务完成后再通过网页上的所述照片上传模块(0211)上传所述图像处理服务器(0221)。
步骤S7：内业人员同对比查看红外与可见光照片，确认现场问题类型，并指定相应的维护任务。
步骤S8：维护人员得到任务后将所述PAD(011)接入千寻跬步网络RTD服务，从而获得准确的自身位置与故障组件位置，可以快速到达故障位置，维护完成后上班进展，实现任务闭环。
4.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述无人机(010)根据需求进行修改，如拍摄正射地图时使用飞行器改用Phantom 4RTK等。
5.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述挂载相机根据需求进行修改。
6.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述定位***建立方式根据需求进行修改，如使用其他网络RTK供应商，或在当地没有千寻知寸网络信号的位置使用基站式RTK。
7.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述地面控制设备根据需要进行修改，如使用手机设备。
8.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述无人机遥控器(014)使用千寻知寸网络RTK服务，为无人机(010)提供差分基站数据。
9.如权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机的集中式光伏电站电池组件缺陷巡检***，其特征在于：所述维护人员需要一个PAD(011)，该PAD(011)使用千寻跬步网络RTD服务。
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