CN110850890A - 光伏电站无人机巡检***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光伏电站无人机巡检***，包括：巡检无人机，设置有飞行控制模块以及均与所述飞行控制模块电性连接的动力模块、无线通信模块、可见光相机以和红外热成像相机；无人机机库，设置有能够收纳所述巡检无人机的内腔以及数据传输模块，所述数据传输模块能够与所述无线通信模块无线通信；无人机管理中心，包括有数据处理服务器以及终端设备，所述数据处理服务器能够与所述数据传输模块通信，所述终端设备设置有显示模块。其通过无人机拍摄的图像信息以及相应的飞行信息，获知光伏板是否出现故障或损坏以及其位置，使维护人员无需实地操控，即可完成巡检任务，提高巡检效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站维护领域，尤其涉及光伏电站无人机巡检***及其控制方法。
背景技术
光伏电站一般建设在地域开阔、光照充足的沙漠、戈壁、草原等偏远地带。在发电运行过程中，受到例如风沙、雪雨、鸟粪等自然环境因素的影响，光伏电站的光伏板容易受到不同程度的损坏，从而影响发电***的发电效率，降低***工作寿命。所以，需要对光伏板进行日常维护，发现损坏，及时修复。
目前常用的维护方式为人工巡检，需要巡检人员携带设备到光伏板现场进行检测，不仅工作量大，而且效率较低。近些年来，无人机凭借其灵活便捷，空中视野的优势，越来越多的应用在光伏电站巡检任务中。但是，巡检过程中需要技能熟练的人员在视距范围内手动操控无人机飞行。操控人员需要良好的培训和锻炼，这些因素增加了无人机在光伏电厂巡检任务中的应用门槛，制约了应用过程中的巡检效率，阻碍了无人机技术在光伏电站运维领域的应用和推广。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供光伏电站无人机巡检***及其控制方法，无需人员手动操控无人机飞行，自动完成巡检任务。
本发明解决其技术问题提供的一种技术方案是：
光伏电站无人机巡检***，包括：巡检无人机，设置有飞行控制模块以及均与所述飞行控制模块电性连接的动力模块、无线通信模块、可见光相机以和红外热成像相机；无人机机库，设置有能够收纳所述巡检无人机的内腔以及数据传输模块，所述数据传输模块能够与所述无线通信模块无线通信；无人机管理中心，包括有数据处理服务器以及终端设备，所述数据处理服务器能够与所述数据传输模块通信，所述终端设备设置有显示模块。
优选地，所述飞行控制模块包括微型处理器以及均与所述微型处理器电性连接的加速度计、陀螺仪、磁罗盘、气压计以及***，所述微型处理器与所述动力模块、无线通信模块、所述可见光相机以及所述红外热成像相机电性连接。
优选地，所述巡检无人机还设置有激光测距仪，所述激光测距仪朝向地面方向以测量与地面的距离。
优选地，所述巡检无人机在前后左右四个方向均设置有检测雷达，所述飞行控制模块与所述检测雷达电性连接。
优选地，所述无人机机库设置有与所述数据传输模块电性连接的气象监测模块，所述气象检测模块包括风速传感器、温度传感器、湿度传感器以及雨量传感器中的至少一种。
优选地，所述无人机机库设置有与所述数据传输模块电性连接的电动门，所述电动门打开能够使所述内腔与外部连通。
优选地，所述巡检无人机设置有充电电池，所述充电电池为所述飞行控制模块、动力模块以及无线通信模块供电，所述内腔设置有充电模块，所述充电模块能够对所述充电电池进行充电。
优选地，所述无人机机库设置有太阳能发电装置，所述太阳能发电装置与所述充电模块电性连接。
本发明提供的另一种技术方案是：
应用于上述光伏电站无人机巡检***的控制方法，包括以下步骤：
S1：无人机机库的气象检测模块检测气象信息并通过数据传输模块将气象信息传输至无人机管理中心的数据处理服务器；
S2：数据处理服务器根据气象信息判断是否执行巡检任务，若判断不执行则结束，若判断执行则实施步骤S3；
S3：数据处理服务器发送作业命令信息至数据传输模块，数据模块接收作业命令信息并通过无线通信模块传输至巡检无人机；
S4：巡检无人机反馈准备信息至数据处理服务器；
S5：数据处理服务器接收准备信息后，发送开始巡检指令至所述数据传输模块；
S6：无人机机库打开电动门，数据传输模块发送起飞命令至巡检无人机，巡检无人机接收起飞命令后，起飞离开无人机机库并按照作预设的航线飞行，电动门关闭；
S7：巡检无人机飞行时，发送飞行状态信息至无人机管理中心，同时在航线中的拍摄点触发可见光相机以及红外线热成像相机拍摄光伏板图像，将拍摄的光伏板图像传输至数据处理服务器；
S8：数据处理服务器根据光伏板图像判断光伏板是否存在损坏或故障，并且结合飞行状态信息获知具体的地理位置，将判断结果以及地理位置信息通过终端设备通知维护人员；
S9：巡检无人机完成航线飞行后返回无人机机库，无人机机库收纳巡检无人机，巡检无人机发送完成任务信息至无人机管理中心，无人机管理中心接收完成任务信息后生成巡检日志，结束巡检任务。
本发明的有益效果是：通过将无人机机库放置在光伏电站附近，进行巡检任务时，无人机管理中心远距离发送指令信息控制无人机机库以及巡检无人机工作，巡检无人机通过可见光相机以及热成像相机拍摄光伏板的图像信息并传输至数据处理服务器，同时飞行控制模块亦传输飞行状态信息至数据处理服务器，数据处理服务器对图像信息处理判断光伏板是否有损坏或故障，并结合飞行状态信息获得相应的地理位置信息，将判断结果以及地理位置信息通过终端设备显示，使维护人员获知是否需要进行维护以及维护位置，以此无需人员实地操控，即可完成巡检任务，提高巡检效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明其中一种实施方式的结构框图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明的较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明提供的光伏电站无人机巡检***，包括：巡检无人机100，设置有飞行控制模块110以及均与飞行控制模块110电性连接的动力模块120、无线通信模块130、可见光相机140以和红外热成像相机150；无人机机库200，设置有能够收纳巡检无人机100的内腔以及数据传输模块210，数据传输模块210能够与无线通信模块130无线通信；无人机管理中心300，包括有数据处理服务器310以及终端设备320，数据处理服务器310能够与数据传输模块210通信，终端设备320设置有显示模块321。
通过将无人机机库200放置在光伏电站附近，进行巡检任务时，无人机管理中心300远距离发送指令信息控制无人机机库200以及巡检无人机100工作，巡检无人机100通过可见光相机140以及热成像相机拍摄光伏板的图像信息并传输至数据处理服务器310，同时飞行控制模块110亦传输飞行状态信息至数据处理服务器310，数据处理服务器310对图像信息处理判断光伏板是否有损坏或故障，并结合飞行状态信息获得相应的地理位置信息，将判断结果以及地理位置信息通过终端设备320显示，使维护人员获知是否需要进行维护以及维护位置，以此无需人员实地操控，即可完成巡检任务，提高巡检效率。
数据处理服务器310处理光伏板的图像信息时，首先基于拍摄的红外图像所反映的光伏板热量分布，来识别温度相对较低的区域，如果温度低于一定阈值，那么判定该区域有损坏。此时，通过包含有该损坏区域的可见光图像，分辩出损坏类型，例如是污垢、破损、隐裂、划伤等。
可见光相机140的镜头和热成像相机的镜头垂直面向光伏板，拍摄光伏板的正射图像。
动力模块120一般包括多个相对应的电子调速器、电机以及螺旋桨，飞行控制模块110与电子调速器电性连接，电子调速器与电机电性连接，电机的旋转端与螺旋桨连接，飞行控制模块110通过电子调速器控制电机的转速，令不同位置螺旋桨提供的上升力、扭力不同，进而控制巡检无人机100移动、旋转。
无线通信模块130与数据传输模块210可以是通过WIFI或者其他无线通信链路进行数据交换。数据传输模块210与数据处理服务器310可以是通过3G/4G/5G等通信网络进行数据交换，亦可以是通过电缆或光缆等进行有线通信。
终端设备320可以是电脑、手机等能够传输数据并且显示信息的设备。飞行控制模块110储存有航线数据，航线数据由一组有先后顺序的航点组成，航点分为起飞航点、飞行航点、拍照航点以及降落航点，巡检无人机100到达每一航点位置的同时，分别执行相应的起飞、飞行、拍照和降落的动作。终端设备320一般设置有操控模块322，操控模块322能够产生操控指令信息，操控指令信息经数据处理服务器310、数据传输模块210以及无线通信模块130传输至飞行控制模块110中，飞行控制模块110根据操控指令信息执行相应飞行动作或变更飞行航线，以此方式使得终端设备320能够控制巡检无人机100工作。终端设备320能够发送巡检任务开始或结束等控制指令。
作为优选的实施方式，飞行控制模块110包括微型处理器111以及均与微型处理器111电性连接的加速度计112、陀螺仪113、磁罗盘114、气压计115以及***116，微型处理器111与动力模块120、无线通信模块130、可见光相机140以及红外热成像相机150电性连接。
微型处理器111获取加速度计112、陀螺仪113、磁罗盘114以及气压计115的检测信息，从而获知巡检无人机100的速度、姿态角度等信息，同时微型处理器111根据***116的信息获知巡检无人机100的当前位置，以此微型处理器111能够完全获知巡检无人机100的飞行状态信息，微型处理器111将飞行状态信息经过无线通信模块130以及数据传输模块210，最终传输至数据处理服务器310再通过终端设备320显示，有利于掌握巡检维护任务的全过程，能够更好地展开工作。***116可以是GPS***，亦可以是北斗***。
作为优选的实施方式，巡检无人机100还设置有激光测距仪160，激光测距仪160朝向地面方向以测量与地面的距离。
通过激光测距仪160实时测量巡检无人机100与地面的相对飞行高度，实现巡检无人机100跟随地形起伏变化，自动保持相对地面飞行高度不变功能。相对高度的保持一致，是保证从可见光相机140和近红外线相机拍摄图像中准确提取光伏板缺损位置的重要条件，有利于进行维护巡检工作的进行。
作为优选的实施方式，巡检无人机100在前后左右四个方向均设置有检测雷达170，飞行控制模块110与检测雷达170电性连接。
进行巡检任务时，巡检无人机100按照预设的路线飞行，但是由于天气等原因，实际的飞行环境会发生变化，为了防止巡检无人机100在飞行时与障碍物碰撞，避免巡检无人机100损坏，通过在巡检无人机100的前后左右四个方向均设置有检测雷达170，并且飞行控制模块110与检测雷达170电性连接，具体是微型处理器111与检测雷达170连接，以使得微型处理器111通过检测雷达170能够检测周围的障碍物情况，从而控制动力模块120进行躲避，提高巡检无人机100的飞行可靠性，有利于巡检任务的执行。
作为优选的实施方式，无人机机库200设置有与数据传输模块210电性连接的气象监测模块，气象检测模块220包括风速传感器221、温度传感器222、湿度传感器223以及雨量传感器224中的至少一种。
由于维护人员在无人机管理中心300下达指令，无人机管理中心300距离无人机机库200所在的光伏电站可能较远，维护人员不能直接获知光伏电站的实际气象条件。因此为了能够在适当的气象条件下执行巡检任务，避免气象环境导致巡检无人机100损坏或影响拍摄的图像信息，通过无人机机库200设置有气象检测模块220检测光伏电站的气象环境信息，并传输气象环境信息至数据处理服务器310，在气象环境信息在合适的范围内才进行巡检任务。气象检测模块220最优的实施方式为均包括风速传感器221、温度传感器222、湿度传感器223以及雨量传感器224，以能够获取风速、温度、湿度以及雨量的信息，进而更加全面地获知气象环境条件。
作为优选的实施方式，无人机机库200设置有与数据传输模块210电性连接的电动门230，电动门230打开能够使内腔与外部连通。
为了能够更好地存放巡检无人机100，避免存放时外界环境因素的影响，通过设置有电动门230，电动门230在巡检无人机100起飞或收纳时才开启，使得内腔中的环境稳定适宜存放巡检无人机100，有利于延长巡检无人机100的使用寿命。
作为优选的实施方式，巡检无人机100设置有充电电池180，充电电池180为飞行控制模块110、动力模块120以及无线通信模块130供电，内腔中设置有充电模块240，充电模块240能够对充电电池180进行充电。
为了避免频繁手动更换电池造成使用麻烦，通过在无人机机库200的内腔中设置有充电模块240，巡检无人机100使用充电电池180进行供电，使得无人机机库200收纳巡检无人机100时，巡检无人机100能够通过充电模块240进行充电，以准备执行下次巡检任务，提高使用的便捷性。充电模块240可以是通过端口连接的方式与充电电池180电性连接以进行充电，亦可以是通过无线充电的方式对充电电池180进行充电。
无人机机库200的供电可以是来自蓄电池或供电线路，为了充分利用照射在无人机机库200上的太阳光，作为优选的实施方式，无人机机库200设置有太阳能发电装置250，太阳能发电装置250与充电模块240电性连接。
由于无人机机库200设置在光伏电站附近，处于室外，通过设置有太阳能发电装置250，有效利用太阳能使其转化为电能传输至充电模块240，减少使用的蓄电池或供电线路的电能，更加绿色环保。
应用于上述实施例中光伏电站无人机巡检***的控制方法，包括以下步骤：
S1：无人机机库200的气象检测模块220检测气象信息并通过数据传输模块210将气象信息传输至无人机管理中心300的数据处理服务器310；
S2：数据处理服务器310根据气象信息判断是否执行巡检任务，若判断不执行则结束，若判断执行则实施步骤S3；
S3：数据处理服务器310发送作业命令信息至数据传输模块210，数据模块接收作业命令信息并通过无线通信模块130传输至巡检无人机100；
S4：巡检无人机100反馈准备信息至数据处理服务器310；
S5：数据处理服务器310接收准备信息后，发送开始巡检指令至数据传输模块210；
S6：无人机机库200打开电动门230，数据传输模块210发送起飞命令至巡检无人机100，巡检无人机100接收起飞命令后，起飞离开无人机机库200并按照作预设的航线飞行，电动门230关闭；
S7：巡检无人机100飞行时，发送飞行状态信息至无人机管理中心300，同时在航线中的拍摄点触发可见光相机140以及红外线热成像相机拍摄光伏板图像，将拍摄的光伏板图像传输至数据处理服务器310；
S8：数据处理服务器310根据光伏板图像判断光伏板是否存在损坏或故障，并且结合飞行状态信息获知具体的地理位置，将判断结果以及地理位置信息通过终端设备320通知维护人员；
S9：巡检无人机100完成航线飞行后返回无人机机库200，无人机机库200收纳巡检无人机100，巡检无人机100发送完成任务信息至无人机管理中心300，无人机管理中心300接收完成任务信息后生成巡检日志，结束巡检任务。
通过上述方法步骤，能够无需维护人员实地操控，便能完成巡检维护任务，维护人员只需在光伏板出现损坏或故障时才需要实地进行维修，降低维护人员的工作强度，提升维护效率。
上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。
Claims (9)
1.光伏电站无人机巡检***，其特征在于，包括：
巡检无人机(100)，设置有飞行控制模块(110)以及均与所述飞行控制模块(110)电性连接的动力模块(120)、无线通信模块(130)、可见光相机(140)以和红外热成像相机(150)；
无人机机库(200)，设置有能够收纳所述巡检无人机(100)的内腔以及数据传输模块(210)，所述数据传输模块(210)能够与所述无线通信模块(130)无线通信；
无人机管理中心(300)，包括有数据处理服务器(310)以及终端设备(320)，所述数据处理服务器(310)能够与所述数据传输模块(210)通信，所述终端设备(320)设置有显示模块(321)。
2.根据权利要求1所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述飞行控制模块(110)包括微型处理器(111)以及均与所述微型处理器(111)电性连接的加速度计(112)、陀螺仪(113)、磁罗盘(114)、气压计(115)以及***(116)，所述微型处理器(111)与所述动力模块(120)、无线通信模块(130)、所述可见光相机(140)以及所述红外热成像相机(150)电性连接。
3.根据权利要求1所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述巡检无人机(100)还设置有激光测距仪(160)，所述激光测距仪(160)朝向地面方向以测量与地面的距离。
4.根据权利要求1所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述巡检无人机(100)在前后左右四个方向均设置有检测雷达(170)，所述飞行控制模块(110)与所述检测雷达(170)电性连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述无人机机库(200)设置有与所述数据传输模块(210)电性连接的气象监测模块，所述气象检测模块(220)包括风速传感器(221)、温度传感器(222)、湿度传感器(223)以及雨量传感器(224)中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述无人机机库(200)设置有与所述数据传输模块(210)电性连接的电动门(230)，所述电动门(230)打开能够使所述内腔与外部连通。
7.根据权利要求6所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述巡检无人机(100)设置有充电电池(180)，所述充电电池(180)为所述飞行控制模块(110)、动力模块(120)以及无线通信模块(130)供电，所述内腔设置有充电模块(240)，所述充电模块(240)能够对所述充电电池(180)进行充电。
8.根据权利要求7所述的光伏电站无人机巡检***，其特征在于：所述无人机机库(200)设置有太阳能发电装置(250)，所述太阳能发电装置(250)与所述充电模块(240)电性连接。
9.应用于权利要求6至8任一所述光伏电站无人机巡检***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：无人机机库(200)的气象检测模块(220)检测气象信息并通过数据传输模块(210)将气象信息传输至无人机管理中心(300)的数据处理服务器(310)；
S2：数据处理服务器(310)根据气象信息判断是否执行巡检任务，若判断不执行则结束，若判断执行则实施步骤S3；
S3：数据处理服务器(310)发送作业命令信息至数据传输模块(210)，数据模块接收作业命令信息并通过无线通信模块(130)传输至巡检无人机(100)；
S4：巡检无人机(100)反馈准备信息至数据处理服务器(310)；
S5：数据处理服务器(310)接收准备信息后，发送开始巡检指令至所述数据传输模块(210)；
S6：无人机机库(200)打开电动门(230)，数据传输模块(210)发送起飞命令至巡检无人机(100)，巡检无人机(100)接收起飞命令后，起飞离开无人机机库(200)并按照作预设的航线飞行，电动门(230)关闭；
S7：巡检无人机(100)飞行时，发送飞行状态信息至无人机管理中心(300)，同时在航线中的拍摄点触发可见光相机(140)以及红外线热成像相机拍摄光伏板图像，将拍摄的光伏板图像传输至数据处理服务器(310)；
S8：数据处理服务器(310)根据光伏板图像判断光伏板是否存在损坏或故障，并且结合飞行状态信息获知具体的地理位置，将判断结果以及地理位置信息通过终端设备(320)通知维护人员；
S9：巡检无人机(100)完成航线飞行后返回无人机机库(200)，无人机机库(200)收纳巡检无人机(100)，巡检无人机(100)发送完成任务信息至无人机管理中心(300)，无人机管理中心(300)接收完成任务信息后生成巡检日志，结束巡检任务。
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