一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，包括以下步骤：S1：固定安装全天空成像仪,并记录全天空成像仪的经纬度；S2：全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张第一地基云图的拍摄时间；S3：图像识别获取第一地基云图中的太阳质心坐标；S4：根据拍摄时间和经纬度，计算太阳的太阳高度角Hs和第一太阳方位角As；S5：根据太阳质心坐标、太阳高度角Hs和第一太阳方位角As，进行全天空成像仪的模型参数拟合，以完成全天空成像仪的标定。本发明专利技术具有标定精准、标定高效便捷、标定成本低、辅助云图预测的技术特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法
本专利技术属于太阳能热发电
，尤其涉及一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法。
技术介绍
天气变化特别是云对太阳的遮挡，是影响塔式太阳能光热电站效率的一个重要因素，因其直接影响太阳直接辐射值，进而影响电站的发电效率，故监测电站上空太阳周围云域，预测镜场发电效率变化，是塔式光热电站日常运营的重要一环。为了预测太阳周围云域变化，进而实现预测太阳辐射值的变化，进而有效调控镜场发电功率，现有塔式太阳能光热电站多采用全天空成像仪进行地基云图监测。而全天空成像仪地基云图进行准确的云图预测的基础在于，全天空成像仪的标定。传统的全天空成像仪的标定需要引入棋盘进行标定，但棋盘的加工工艺误差会直接造成标定误差，造成精准度不够，其次传统的全天空成像仪的标定过程复杂，标定效率较低。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是提供一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，具有标定精准、标定高效便捷、标定成本低、辅助云图预测的技术特点。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，包括以下步骤：S1：固定安装所述全天空成像仪,并记录所述全天空成像仪的经纬度；S2：所述全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张所述第一地基云图的拍摄时间；S3：图像识别获取所述第一地基云图中的太阳质心坐标；S4：根据所述拍摄时间和所述经纬度，计算太阳的太阳高度角Hs和第一太阳方位角As；S5：根据所述太阳质心坐标、所述太阳高度角Hs和所述第一太阳方位角As，进行所述全天空成像仪的模型参数拟合，以完成所述全天空成像仪的标定；其中，所述步骤S5包括以下步骤：S51：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳质心坐标，计算每张所述第一地基云图对应的太阳质心点到所述第一地基云图的图像中心的距离Dx，并计算每张所述第一地基云图图像中的所述太阳的第二太阳方位角Ag；S52：根据多张所述第一地基云图对应的所述第一太阳方位角As和所述第二太阳方位角Ag，拟合得到所述全天空成像仪的方位角偏差参数a0，满足模型：As＝Ag+a0；S53：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳高度角Hs与所述距离Dx，拟合得到所述全天空成像仪的多项式参数b1、b2、b3，满足模型：Dx＝b1×Hs+b2×Hs2+b3×Hs3。根据本专利技术的一实施例，所述步骤S3包括以下步骤：S31：将所述第一地基云图转换为HSV色彩空间的第二地基云图；S32：对所述第二地基云图进行空间分层，获取所述第二地基云图的V层图像；S33：对所述V层图像进行阈值为R的二值化处理，计算所述V层图像中亮度最高的区域的第一图像面积S，所述二值化处理的阈值R初始设置为254；S34：对所述V层图像进行阈值为R’的二值化处理，计算所述V层图像中亮度最高的区域的第二图像面积S′，其中，R’＝R-1；S35：根据所述第一图像面积S和所述第二图像面积S′，计算所述亮度最高的区域的面积变化比率值r：r＝|(S′-S)/S|；S36：判断所述第一地基云图中的太阳区域：若所述R大于等于200且所述r大于0.1，则将所述第二图像面积S′的值赋给所述第一图像面积S，将所述R’的值赋给所述R，执行所述步骤S34至S36；若所述r小于等于0.1，则认为所述亮度最高的区域为所述太阳区域，并计算所述太阳区域的质心点坐标，即为所述太阳质心坐标，并选取下一张所述第一地基云图进行所述步骤S31至S36，直至所有所述第一地基云图完成所述图像识别；若所述R小于200且所述r大于0.1，则认为当前太阳被云遮挡，当前的所述第一地基云图无法准确计算所述太阳质心坐标，选取下一张所述第一地基云图进行所述步骤S31至S36，直至所有所述第一地基云图完成所述图像识别。根据本专利技术的一实施例，所述步骤S4包括以下步骤：S41：记所述经纬度的经度为Φ，东经为负，西经为正；记所述经纬度的纬度为北纬为正，南纬为负；S42：记所述拍摄时间为NF年M月D日S时F分，计算所述太阳的日角θ：θ＝2π(N-1)/365，式中，N为所述拍摄时间距离当年1月1日的天数；S43：根据所述太阳的日角θ，计算所述太阳的太阳赤纬值δ：δ＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θS44：根据所述太阳的日角θ，计算所述太阳的真太阳时偏差值Eq：Eq＝0.0028-1.9857sinθ+9.9059sin2θ-7.0924cosθ-0.6882cos2θ；S45：根据所述经度Φ、所述拍摄时间和所述真太阳时偏差值Eq，计算所述太阳的真太阳时TT：TT＝S+F/60+(Φ-120)/15+Eq/60；S46：根据所述真太阳时TT，计算所述太阳的太阳时角t：t＝(TT-12)×5；S47：根据所述纬度所述太阳赤纬值δ和所述太阳时角t，计算所述太阳高度角Hs：S48：根据所述纬度所述太阳赤纬值δ和所述太阳高度角Hs，计算所述第一太阳方位角As：本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：(1)本专利技术采用太阳作为标定参照物，避免了全天空成像仪的标定所用的棋盘，防止引入棋盘加工工艺造成的标定误差，达到了标定精准、高效便捷、成本低的技术效果；(2)本专利技术采用图像识别获取每张第一地基云图对应的太阳质心坐标，其中，通过转化为HSV色彩空间，并提取V层图像，再对V层图像进行二值化处理，最后通过面积变化比率值进行判断太阳区域，该方法能够快速精准地得到太阳质心坐标，同时也能判断出太阳是否被云遮挡，达到了太阳位置精准追踪、高效识别的技术效果；(3)本专利技术实现了全天空成像仪的标定，同时也实现了通过全天空成像仪准确的实时追踪太阳位置，为后续预测太阳辐射值变化、调控镜场发电效率等工作减少工作量，达到降低成本、辅助预测太阳周围云域变化的技术效果。附图说明图1为本专利技术的一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法的流程示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。参看图1，本实施例提供一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，包括以下步骤：S1：固定安装全天空成像仪,并记录全天空成像仪的经纬度；S2：全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张第一地基云图的拍摄时间；S3：图像识别获取第一地基云图中的太阳质心坐标；S4：根据拍摄时间和经纬度，计算太阳的太阳高度角Hs和第一太阳方位角As；S5：根据太阳质心坐标、太阳高度角Hs和第一太阳方位角As，进行全天空成像仪的模型参数拟合，以完成全天空成像仪的标定。现对本实施例的基于太阳方位的全天空成像仪标定方法的各步骤进行具体的说明：S1：固定安装全天空成像仪,并记录全天空成像仪的经纬度：具体地，记经纬度的经度为Φ，东经为负，西经为正；记经纬度的纬度为北纬为正，南纬为负。S2：全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张第一地基云图的拍摄时间：具体地，本实施例的全天空成像仪采集获取多天白昼时段的第一地基云图，其记拍摄时间为NF年M月D日S时F分，本实施例中该拍摄时间为北京时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：固定安装所述全天空成像仪,并记录所述全天空成像仪的经纬度；S2：所述全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张所述第一地基云图的拍摄时间；S3：图像识别获取所述第一地基云图中的太阳质心坐标；S4：根据所述拍摄时间和所述经纬度，计算太阳的太阳高度角Hs和第一太阳方位角As；S5：根据所述太阳质心坐标、所述太阳高度角Hs和所述第一太阳方位角As，进行所述全天空成像仪的模型参数拟合，以完成所述全天空成像仪的标定；其中，所述步骤S5包括以下步骤：S51：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳质心坐标，计算每张所述第一地基云图对应的太阳质心点到所述第一地基云图的图像中心的距离Dx，并计算每张所述第一地基云图图像中的所述太阳的第二太阳方位角Ag；S52：根据多张所述第一地基云图对应的所述第一太阳方位角As和所述第二太阳方位角Ag，拟合得到所述全天空成像仪的方位角偏差参数a0，满足模型：As＝Ag+a0；S53：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳高度角Hs与所述距离Dx，拟合得到所述全天空成像仪的多项式参数b1、b2、b3，满足模型：Dx＝b1×Hs+b2×Hs...

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：固定安装所述全天空成像仪,并记录所述全天空成像仪的经纬度；S2：所述全天空成像仪采集获取多张第一地基云图，并记录每张所述第一地基云图的拍摄时间；S3：图像识别获取所述第一地基云图中的太阳质心坐标；S4：根据所述拍摄时间和所述经纬度，计算太阳的太阳高度角Hs和第一太阳方位角As；S5：根据所述太阳质心坐标、所述太阳高度角Hs和所述第一太阳方位角As，进行所述全天空成像仪的模型参数拟合，以完成所述全天空成像仪的标定；其中，所述步骤S5包括以下步骤：S51：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳质心坐标，计算每张所述第一地基云图对应的太阳质心点到所述第一地基云图的图像中心的距离Dx，并计算每张所述第一地基云图图像中的所述太阳的第二太阳方位角Ag；S52：根据多张所述第一地基云图对应的所述第一太阳方位角As和所述第二太阳方位角Ag，拟合得到所述全天空成像仪的方位角偏差参数a0，满足模型：As＝Ag+a0；S53：根据多张所述第一地基云图对应的所述太阳高度角Hs与所述距离Dx，拟合得到所述全天空成像仪的多项式参数b1、b2、b3，满足模型：Dx＝b1×Hs+b2×Hs2+b3×Hs3。2.根据权利要求1所述的基于太阳方位的全天空成像仪标定方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31：将所述第一地基云图转换为HSV色彩空间的第二地基云图；S32：对所述第二地基云图进行空间分层，获取所述第二地基云图的V层图像；S33：对所述V层图像进行阈值为R的二值化处理，计算所述V层图像中亮度最高的区域的第一图像面积S，所述二值化处理的阈值R初始设置为254；S34：对所述V层图像进行阈值为R’的二值化处理，计算所述V层图像中亮度最高的区域的第二图像面积S′，其中，R’＝R-1；S35：根据所述第一图像面积S和所述第二图像面积S′，计算所述亮度最高的区域的面积变化比率值r：r＝|(S′-S)/S|；S36：判断所述第一地基...

【专利技术属性】
技术研发人员：白帆，倪杭飞，李伟，曾明，胡中，刘文闯，
申请(专利权)人：浙江中控太阳能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33