CN113673418A - 一种光伏电站智能无人巡检***及智能巡检终端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏电站智能无人巡检***及智能巡检终端，利用智能巡检终端代替人工对光伏电站中的光伏组件进行巡检，响应控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中近距离获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到控制终端，使控制终端对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息，有效提高了巡检效率，降低了巡检人力成本。

Description

一种光伏电站智能无人巡检***及智能巡检终端
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体的，涉及一种光伏电站智能无人巡检***及智能巡检终端。
背景技术
光伏电站中的光伏组件一般安装在户外地域开阔、阳光充足的地区。由于光伏组件安装在户外，在长期使用过程中光伏组件表面难免会有尘土、落叶、飞鸟等遮挡物，影响光伏组件的发电性能。
大型光伏电站有数万、甚至数十万个光伏组件，占地面积大，若通过人工巡查的方式排查存在遮挡或故障的光伏组件，巡查难度大，需要耗费巨大的人力成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光伏电站智能无人巡检***及智能巡检终端，实现光伏电站无人化智能巡检，能及时发现异常光伏组件，有效提高了巡检效率，降低了巡检人力成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种光伏电站智能无人巡检***，包括：智能巡检终端与控制终端；
所述智能巡检终端，用于响应所述控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到所述控制终端；
所述控制终端，用于对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
可选的，所述智能巡检终端的底部安装在导轨上，所述智能巡检终端沿所述导轨移动；
所述导轨铺设在所述预设路径上；
所述智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及所述预设路径的起始点坐标，在移动过程中获取自身空间位置信息。
可选的，所述智能巡检终端的底部安装有滚轮，移动在光滑路面上；
所述智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及所述预设路径的起始点坐标，在移动过程中获取自身空间位置信息。
可选的，所述智能巡检终端安装在无人巡检船上；
所述智能巡检终端包括GPS设备；
所述智能巡检终端在移动过程中根据GPS信息获取自身空间位置信息。
可选的，其特征在于，所述智能巡检终端包括可升降激光收发器；
所述智能巡检终端在移动到与光伏组串同等高度的位置时，根据自身空间位置信息、激光测距信息以及光伏组件在光伏组串中的排布信息，确定光伏组串中每个光伏组件的空间位置信息；
在所述智能巡检终端按照所述预设路径完成一次巡检任务后，根据每个光伏组件的空间位置信息，生成光伏电站中光伏组件的3D数字地图。
可选的，所述智能巡检终端在夜间移动过程中启动所述激光收发器向光伏组件发射激光光斑，获取光伏组件表面的光斑图像，并将所述光斑图像发送到所述控制终端；
所述控制终端对所述光斑图像进行图像处理，得到包括光斑数量和光斑面积的光斑特征信息，并根据预先设定的光斑特征信息与灰尘遮挡程度之间的对应关系确定光伏组件的灰尘遮挡程度。
可选的，所述智能巡检终端包括图像采集设备和处理器；
所述处理器，用于将所述图像采集设备采集的图像输入预先构建的动物识别模型中进行识别，在识别结果表示图像中存在动物的情况下，启动所述激光收发器驱赶该动物。
可选的，所述智能巡检终端包括具有红外拍摄功能的图像采集设备；
所述智能巡检终端将所述图像采集设备采集到的光伏组件的红外图像发送到所述控制终端；
所述控制终端根据所述红外图像对光伏组件进行异常识别。
可选的，所述控制终端在根据所述红外图像确定光伏组件存在温度异常的情况下，发出火灾预警信息。
可选的，所述智能巡检终端包括5G信号天线；
所述智能巡检终端通过所述5G信号天线与所述控制终端进行实时通信。
一种智能巡检终端，用于响应巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并对光伏组件的图像进行异常识别，确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明公开的一种光伏电站智能无人巡检***，利用智能巡检终端代替人工对光伏电站中的光伏组件进行巡检，响应控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中近距离获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到控制终端，使控制终端对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息，有效提高了巡检效率，降低了巡检人力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种光伏电站智能无人巡检***示意图；
图2为本发明实施例公开的一种智能巡检终端的巡检示意图；
图3为本发明实施例公开的一种智能巡检终端示意图；
图4为本发明实施例公开的另一种智能巡检终端示意图；
图5为本发明实施例公开的另一种智能巡检终端示意图；
图6为本发明实施例公开的另一种智能巡检终端示意图；
图7为本发明实施例公开的一种智能巡检终端对光伏组串的空间定位示意图；
图8为本发明实施例公开的一种智能巡检终端采集激光光斑图像示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发明人经过研究发现：现有技术通过无人机高空拍摄和图像裁剪对光伏组件进行定位，由于无人机高空拍摄图像，很难准确测量光伏组件的空间高度位置，对光伏组件的定位精度较低，误差相对较大。尤其是对于复杂山地光伏电站，无人机对光伏组件的高度定位容易受到地形的影响，误差在米级范围。
并且，由于无人机高空拍摄图像，图像清晰度也较低，基于无人机高空拍摄的图像进行光伏组件异常识别的精度也较低。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏电站智能无人巡检***，包括：智能巡检终端与控制终端。需要说明的是，智能巡检终端与控制终端也可以集成在一个设备上，也就是说，由智能巡检终端中的处理器实现控制终端的功能。不管是光伏电站智能无人巡检***还是集成了控制终端功能的智能巡检终端，都能利用智能巡检终端代替人工对光伏电站中的光伏组件进行巡检，智能巡检终端在移动过程中近距离获取光伏组件的图像和空间位置信息，该空间位置信息包括高度位置信息，定位精度较高，误差仅在厘米级，且由于近距离采集的光伏组件图像清晰度较高，因此，基于智能巡检终端采集的光伏组件图像进行异常识别的精度也较高。
具体的，请参阅图1，本实施例公开的一种光伏电站智能无人巡检***包括：智能巡检终端与控制终端，其中，智能巡检终端的数量为至少一个，在光伏电站规模较大的情况下，每个区域可以部署一个智能巡检终端，以提高巡检效率。
控制终端可以为移动终端，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等，也可以为非移动终端，如台式计算机、服务器等，在此不做具体限定。
控制终端可以设置周期性的向智能巡检终端发送巡检指令，也可以设置定时向智能巡检终端发送巡检指令，还可以随时向智能巡检终端发送巡检指令。
智能巡检终端，用于响应控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，请参阅图2，位置1为预设路径的起点，位置4为预设路径的终点，智能巡检终端按照从位置1→位置2→位置3→位置4，再从位置4原路返回至位置1为一个巡检周期，完成一次巡检任务。控制终端可以设定每天的巡检次数，也可以随时远程控制智能巡检终端进行点对点巡检。
智能巡检终端在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到控制终端。
控制终端，用于对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
为了使智能巡检终端具有上述对光伏组件的图像采集功能和空间定位功能，智能巡检终端包括：图像采集设备、激光测距设备(如激光收发器、激光雷达等)、通信设备和电源设备。
通信设备为无线通信设备，如4G信号天线、5G信号天线等，智能巡检终端通过通信设备与控制终端进行实时通信。
电源设备为智能巡检终端供电。
本实施例公开的光伏电站智能无人巡检***可以应用于所有类型的光伏电站，如山地光伏电站、水上光伏电站等。对于不同类型的光伏电站，智能巡检终端的结构存在不同，以下进行举例说明。
一、铺设在山地的光伏电站
由于山地的地形复杂，为了保证智能巡检终端对光伏组件空间定位的准确性，按照预先设定的智能巡检终端的移动路径铺设导轨，即在上述预设路径上铺设导轨，请参阅图3所示的智能巡检终端示意图，智能巡检终端的底部安装在导轨上，智能巡检终端沿导轨移动以固定速度移动。
可以理解的是，由于导轨固定铺设在预设路径上，因此智能巡检终端在预设路径的起始点坐标是固定且已知的，智能巡检终端以固定速度移动，移动方向与导轨方向一致，在此基础上，智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及预设路径的起始点坐标，在移动过程中能精确计算自身空间位置信息，具体为智能巡检终端的三维空间坐标(X，Y，H)。其中，H表示高度信息。
二、铺设在光滑地面的光伏电站
由于在光滑地面上不需要铺设导轨智能巡检终端也能准确的按照预设路径移动，因此，为了降低硬件成本，在铺设在光滑地面的光伏电站，不需要铺设导轨，请参阅图4，本实施例在智能巡检终端的底部安装滚轮，使智能巡检终端的滚轮移动在光滑路面上。
可以理解的是，由于在光滑地面上智能巡检终端能准确按照预设路径移动，预设路径的起始点坐标是固定且已知的，智能巡检终端以固定速度移动，移动方向与预设路径方向一致，在此基础上，智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及预设路径的起始点坐标，在移动过程中能精确计算自身空间位置信息，具体为智能巡检终端的三维空间坐标(X，Y，H)。
三、水上光伏电站
当光伏电站的光伏组串铺设在水上时，请参阅图5，智能巡检终端安装在无人巡检船上，无人巡检船按照预设路径移动。
由于无人巡检船的移动速度和方向受水流、风向和风速的影响，根据智能巡检终端的移动速度、移动方向、移动时间以及预设路径的起始点坐标无法准确计算智能巡检终端自身空间位置信息，本实施例在智能巡检终端安装GPS设备，智能巡检终端在移动过程中根据GPS信息获取自身空间位置信息，具体为智能巡检终端的三维空间坐标(X，Y，H)。
在智能巡检终端能实时获取自身空间位置信息的基础上，为了实现对光伏组件的精确定位，请参阅图6所示的智能巡检终端包括可升降激光收发器，用于实现激光测距。
请参阅图7，智能巡检终端在移动到与光伏组串同等高度的位置时，根据自身空间位置信息(X0，Y0，H0)和激光测距信息，能测量出同排同高的光伏组串1的空间位置坐标(X4，Y0，H0)和光伏组串3的空间位置坐标(X16，Y0，H0)，需要说明的是，光伏组串的激光测距点为光伏组串的上边角，上边角一般无遮挡，测量不受干扰，相应的，光伏组串的空间位置坐标具体为光伏组串上边角的空间位置坐标。然后根据光伏组串的空间位置坐标以及光伏组件在光伏组串中的排布信息，确定光伏组串中每个光伏组件的空间位置信息。
光伏组串2与光伏组串1的高度不一致，当智能巡检终端到达与光伏组串2同等高度H0.8位置时，通过可升降激光测距和移动的Y距离，利用勾股定理即可计算出组串2的具***置坐标(X10，Y1.1，H0.8)。
在所述智能巡检终端按照预设路径完成一次巡检任务后，根据每个光伏组件的空间位置信息，生成光伏电站中光伏组件的3D数字地图。
智能巡检终端在移动到光伏组串附近时，通过近距离对光伏组串上边角进行激光测距，对光伏组串的空间定位精度远高于现有方案。
进一步，可定期自动进行光伏组件位置重新校准，对于光伏组件区的支架变形，光伏组件滑移，压块松动均可进行智能识别，实时上传控制终端告知运维团队。
发明人经过研究还发现：现有技术通过无人机拍摄光伏组件的可见光图像识别灰尘遮挡程度，首先无人机远距离拍摄的图像清晰度较低，且可见光下不同灰尘遮挡程度的图像差异性很小，测量结果很难保证真实性且容易受光伏组件自身材质影响，对光伏组件的遮挡程度识别准确性较低。
为了解决上述技术问题，本实施例公开的光伏电站智能无人巡检***，复用智能巡检终端的激光收发器的激光收发功能，在夜间移动过程中启动激光收发器向光伏组件发射激光光斑，获取光伏组件表面的光斑图像，并将光斑图像发送到控制终端。
请参阅图8，不同灰尘遮挡程度的光伏组件表面呈现的光斑图像是有区别的，灰尘遮挡程度轻微的光伏组件表面光斑图像会出现少量的小面积亮斑，灰尘遮挡程度严重的光伏组件表面光斑图像会出现较多的大面积亮斑，因此，可以预先根据实验数据标定光斑特征信息与灰尘遮挡程度之间的对应关系，光斑特征信息包括光斑数量和光斑面积，其中，光斑数量和光斑面积都可以直接数值化表示，具体为光斑数量区间和光斑面积区间，灰尘遮挡程度可以用百分数进行表示，也可以用灰尘遮挡等级表示。可以理解的是，光斑特征信息划分的粒度越小，灰尘遮挡程度越精确。
控制终端对接收到的光斑图像进行图像处理，得到包括光斑数量和光斑面积的光斑特征信息，并根据预先设定的光斑特征信息与灰尘遮挡程度之间的对应关系确定光伏组件的灰尘遮挡程度。
对于夜间采集的光伏组件表面的光斑图像，不同灰尘遮挡程度的图像差异性较大，通过对夜间采集的光伏组件表面的光斑图像进图像处理，能准确识别出表征遮挡程度的光斑特征信息，从而准确识别光伏组件的灰尘遮挡程度。
进一步，本实施例公开的光伏电站智能无人巡检***，还可以进一步复用智能巡检终端的激光收发器的激光发射功能，实现激光驱赶光伏组件上的动物。
具体的，智能巡检终端在移动过程中利用图像采集设备采集可见光下的光伏组件图像，智能巡检终端中的处理器将图像采集设备采集的图像输入预先构建的动物识别模型中进行识别，在识别结果表示图像中存在动物的情况下，启动激光收发器可任意控制激光发射角度，利用激光束全方位驱赶该动物，避免动物停留对光伏组件的遮挡，提高光伏组件的发电效率。
其中，动物识别模型基于机器学习模型进行构建，利用预先标记动物类型的图像样本对机器学习模型进行训练和验证，得到动物识别模型，实现对图像中动物的识别。
由于本实施例中的智能巡检终端为可升降激光收发器，可以实现不同高度、不同角度的全方位驱赶动物，不会受到光伏组件高低不平的阻挡影响，且智能巡检终端可移动，巡检范围大，驱赶效果良好。
进一步，本实施例公开的光伏电站智能无人巡检***中智能巡检终端的图像采集设备还可以具有红外拍摄功能，如具备可见光拍摄和红外拍摄功能的360°球基视觉摄像头，智能巡检终端将图像采集设备采集到的光伏组件的红外图像发送到控制终端，控制终端根据红外图像对光伏组件进行异常识别，根据不同异常类型对应的红外图像在形状上的区别，能识别出热斑、二极管损坏、遮挡、不发电组串等异常类型。
其中，上述异常类型的遮挡，可以为灰尘遮挡或其他物体遮挡，如树叶遮挡等，由于红外图像中热力分布的界限不如夜间灰尘遮挡检测中激光光斑的界限清晰，因此，遮挡程度检测的准确性低于夜间灰尘遮挡检测的准确性，但是可以作为夜间灰尘遮挡检测的补充。本实施例中白天的红外图像异常检测结合夜间灰尘遮挡检测实现了光伏电站的全天灰尘检测。
本实施例中智能巡检终端实现全光伏区所有光伏组件的自动红外测温巡检，控制终端根据红外图像的热力分布能确定光伏组件是否存在温度异常，如温度过高，并在确定光伏组件存在温度过高的情况下，发出火灾预警信息，如将火灾预警信息上传火灾预警***，实现光伏电站智能火灾监控功能。
可见，本实施例公开的一种光伏电站智能无人巡检***，利用智能巡检终端代替人工对光伏电站中的光伏组件进行巡检，响应控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中近距离获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到控制终端，使控制终端对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息，有效提高了巡检效率，降低了巡检人力成本。
并且，智能巡检终端复用激光收发器的激光收发功能，通过在夜间采集的光伏组件表面的光斑图像，使控制终端准确识别出表征遮挡程度的光斑特征信息，从而准确识别光伏组件的灰尘遮挡程度。
再者，智能巡检终端在识别到图像采集设备采集可见光下的光伏组件图像中的动物的情况下，通过复用激光收发器的激光收发功能，实现不同高度、不同角度的全方位驱赶动物。
再者，智能巡检终端通过具备可见光拍摄和红外拍摄功能的360°球基视觉摄像头，实现全光伏区所有光伏组件的自动红外测温巡检，异常类型识别和火灾预警。
本实施例还公开了一种智能巡检终端，集成了上述实施例中控制终端的功能，响应巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并对光伏组件的图像进行异常识别，确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
上述实施例中控制终端中的异常识别功能、夜间灰尘遮挡检测功能和火灾预警功能都由智能巡检终端中的处理器实现。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
上述各个实施例之间可任意组合，对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种光伏电站智能无人巡检***，其特征在于，包括：智能巡检终端与控制终端；
所述智能巡检终端，用于响应所述控制终端发送的巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并将光伏组件的图像和空间位置信息发送到所述控制终端；
所述控制终端，用于对接收到的光伏组件的图像进行异常识别，并确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端的底部安装在导轨上，所述智能巡检终端沿所述导轨移动；
所述导轨铺设在所述预设路径上；
所述智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及所述预设路径的起始点坐标，在移动过程中获取自身空间位置信息。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端的底部安装有滚轮，移动在光滑路面上；
所述智能巡检终端根据移动速度、移动方向、移动时间以及所述预设路径的起始点坐标，在移动过程中获取自身空间位置信息。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端安装在无人巡检船上；
所述智能巡检终端包括GPS设备；
所述智能巡检终端在移动过程中根据GPS信息获取自身空间位置信息。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端包括可升降激光收发器；
所述智能巡检终端在移动到与光伏组串同等高度的位置时，根据自身空间位置信息、激光测距信息以及光伏组件在光伏组串中的排布信息，确定光伏组串中每个光伏组件的空间位置信息；
在所述智能巡检终端按照所述预设路径完成一次巡检任务后，根据每个光伏组件的空间位置信息，生成光伏电站中光伏组件的3D数字地图。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端在夜间移动过程中启动所述激光收发器向光伏组件发射激光光斑，获取光伏组件表面的光斑图像，并将所述光斑图像发送到所述控制终端；
所述控制终端对所述光斑图像进行图像处理，得到包括光斑数量和光斑面积的光斑特征信息，并根据预先设定的光斑特征信息与灰尘遮挡程度之间的对应关系确定光伏组件的灰尘遮挡程度。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端包括图像采集设备和处理器；
所述处理器，用于将所述图像采集设备采集的图像输入预先构建的动物识别模型中进行识别，在识别结果表示图像中存在动物的情况下，启动所述激光收发器驱赶该动物。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端包括具有红外拍摄功能的图像采集设备；
所述智能巡检终端将所述图像采集设备采集到的光伏组件的红外图像发送到所述控制终端；
所述控制终端根据所述红外图像对光伏组件进行异常识别。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述控制终端在根据所述红外图像确定光伏组件存在温度异常的情况下，发出火灾预警信息。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能巡检终端包括5G信号天线；
所述智能巡检终端通过所述5G信号天线与所述控制终端进行实时通信。
11.一种智能巡检终端，其特征在于，所述智能巡检终端，用于响应巡检指令，按照预设路径在光伏组串间移动，在移动过程中获取光伏组件的图像和空间位置信息，并对光伏组件的图像进行异常识别，确定存在异常的光伏组件的空间位置信息。
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