基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，包括无人机系统和地面工作站，无人机系统设有GPS定位系统、光场相机和无线发射系统，地面工作站设有无线接收系统、中央处理器、立体显示器和无人机起降台；无人机通过光场相机对地面进行拍照，无线发射系统负责将GPS定位信号和光场相机拍摄信号实时发射到地面工作站中；地面工作站的无线接收系统对无人机发来的信号实时接收并传输到中央处理器中，并通过实时三维数据重建算法重建出真实三维场景信息，最后通过立体显示器进行三维数据显示。本发明专利技术简单有效，成本低廉，可有效测绘显示光伏电站所处三维地形，同时后期也可以进行日常运维巡视。

【技术实现步骤摘要】
基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统
本专利技术涉及新能源领域，公开了一种基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统。
技术介绍
近几年，以风电、光电为代表的新能源市场无论从发展和关注度上都达到了一个新的高度。2016年，太阳能行业咨询公司MercomCapital发布了一份研究报告：预测2016年光伏装机量将高达76GW，而中国将以高达31GW的总装机量，继续领跑全球光伏市场。这也是中国自2013年以来，连续四年获得光伏装机总量的第一名。据了解运维费用包含有电站折旧费，劳保费用，人工费用(包括管理人员费用、清洁人员费用，没有无人值守的大型电站，每月需打扫光伏组件两次上下)，日常维护费用，备用设备的费用，还有设备维修费用等在内，一个100mw的电站一年运维成本超过百万。
技术实现思路
为了解决上述问题，该专利技术提出了基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模装置与系统。本专利技术提供的技术方案是：一种基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，包括无人机系统和地面工作站，所述无人机系统设有GPS定位系统、光场相机和无线发射系统，所述地面工作站设有无线接收系统、中央处理器、立体显示器和无人机起降台；无人机通过光场相机对地面进行拍照，在无人机系统内部搭载GPS定位系统和无线发射系统，所述无线发射系统负责将GPS定位信号和光场相机拍摄信号实时发射到地面工作站中；所述地面工作站的无线接收系统对无人机发来的信号实时接收并传输到中央处理器中，并通过实时三维数据重建算法重建出真实三维场景信息，最后通过立体显示器进行三维数据显示。进一步的，所述无人机系统外形为四翼或者六翼，巡航时间在3小时以上，装有可搭载1公斤以上多机型的无人机云台。进一步的，所述光场相机固定在无人机云台上，摄像端垂直朝下，刷新率为60HZ，感光芯片分辨率为8k以上，单微透镜下覆盖子像素个数大于250个，1000米深度范围内分辨率高于0.5米。进一步的，所述无线发射系统实时采集GPS定位信号和光场相机拍摄信号，并发射给地面工作站中的无线接收系统；所述无线接收系统实时接收来自无线发射系统发来的信号，并传输给中央处理器。无人机从地面工作站的无人机起降台起飞，飞往待测绘区域；到达指定区域后，无线发射系统采集光场相机的每一帧图片和当时对应的GPS定位系统所提供的位置信息，其中位置信息中包括无人机所在位置及高度；地面工作站的无线接收系统接收到来自无人机的信号后，将图片信息和GPS位置信息通过双信道同时发给中央处理器的服务器；服务器通过算法计算出该图片的实时三维信息，并通过立体显示器进行刷新显示；重复上述步骤，当无人机飞遍整个光伏电站地形勘探区域时，地面工作站也完成了对该区域的同步电脑三维精确重建。所述实时三维数据重建算法为：当中央处理器接收到光场相机某一帧场景图片和对应的GPS位置信息A(x,y,z)后，其中z表示无人机的海拔高度，根据场景图片可以像素偏移微透镜光轴的位置△(m,n),算出该像素点对应的地面物体距离光场相机的距离H，那么该地面物体距离水平面的高度就是z-H；通过光场相机的高度z和视场角β，可以估算出该帧图片所显示地面信息的实际物理范围(x-△x:x+△x,y-△y:y-△y,o),那么根据光场相机位置A(x,y,z)、实际物理范围(x-△x:x+△x,y-△y:y-△y,o)以及该物理点高度z-H,就可以算出该物理点的实际三维位置坐标(x’,y’,z-H)；重复上述步骤，可以重建出该帧图片中每一个像素对应的地面物体的三维位置坐标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的系统简单有效，成本低廉，可有效测绘并立体、精确、实时显示光伏电站所处三维地形，同时后期也可以进行日常运维巡视，适合大面积、复杂地形、分布式光伏电站光伏电站地形勘测和日常运维使用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术的原理示意图。图2为本专利技术的光场相机工作原理图。图3为本专利技术的光场相机探测器采集信号原理图。图4为本专利技术的三维数据重建算法原理图。图5为本专利技术地面三维数据重建图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术包括无人机系统1和地面工作站5，所述无人机系统1设有GPS定位系统2、光场相机3和无线发射系统4，所述地面工作站5设有无线接收系统6、中央处理器7、立体显示器8和无人机起降台9。所述无人机系统1外形为四翼或者六翼，巡航时间在3小时以上，装有可搭载1公斤以上多机型的无人机云台。所述光场相机3固定在无人机云台上，摄像端垂直朝下，刷新率为60HZ，感光芯片分辨率为8k以上，单微透镜下覆盖子像素个数大于250个，1000米深度范围内分辨率高于0.5米，保证重建出来的三维模型有足够的精度来显示三维地面信息。所述无线发射系统4实时采集GPS定位信号和光场相机拍摄信号，并发射给地面工作站中的无线接收系统6；所述无线接收系统6实时接收来自无线发射系统4发来的信号，并传输给中央处理器7。无人机从地面工作站5的人机起降台9起飞，飞往待测绘区域；到达指定区域后，无线发射系统4会采集光场相机3的每一帧图片和当时对应的GPS所提供的位置信息，其中位置信息中包括无人机所在位置x、y及高度z。地面工作站5的无线接收系统6接收到来自无人机的信号后，将图片信息和GPS位置信息，通过双信道同时发给中央处理器7的服务器；服务器通过算法，计算出该图片的实时三维信息，并通过立体显示器8进行刷新显示。光场相机3通过对地面信息实时拍摄，其拍摄原理如图2所示，地面信息，通过主透镜30的汇聚，经过微透镜阵列31进行更精确的方向调制，最后通过位于微透镜阵列31后焦面的光强探测器32记录下来；然而光场相机最大的优势在于，它不仅能记录场景的光强度信息，而且还能记录角度信息。当物点位于主透镜30的焦点上时，光线经过主透镜30后，变成了一束平行光，在经过微透镜阵列31后，便在其后焦面的中心位置形成一个亮点，被光场探测器32记录下来；如果物点距离光场相机3的距离大于或者小于主透镜30的焦距，那么就会在探测器上留下一个亮斑，而不是亮点；如果该物点不在主透镜30的光轴上，那么该物点在探测器上的光斑中心位置也会作相应的偏移，如图3所示。通过计算这个偏移量，可以得出该物点的具体物理深度。实时三维数据重建算法，其工作原理如图4所示：当中央处理器7接收到光场相机3某一帧场景图片和对应的GPS位置信息Ax,y,z后，z表示无人机的海拔高度。根据场景图片可以像素偏移微透镜光轴的位置△m,n,算出该像素点对应的地面物体距离光场相机3的距离H，那么该地面物体距离水平面的高度就是z-H。通过光场相机3的高度z和视场角β，可以估算出该帧图片所显示地面信息的实际物理范围x-△x:x+△x,y-△y:y-△y,o,那么根据光场相机位置Ax,y,z，实际物理范围x-△x:x+△x,y-△y:y-△y,o，以及该物理点高度z-H,就可以算出该物理点的实际三维位置坐标x’,y’,z-H。重复上述步骤，可以重建出，该帧图片中每一个像素对应的地面物体的三维位置坐标。如图5所示，当无人机完成整个区域的巡航拍摄时，整个地面三维数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，其特征在于：包括无人机系统(1)和地面工作站(5)，所述无人机系统(1)设有GPS定位系统(2)、光场相机(3)和无线发射系统(4)，所述地面工作站(5)设有无线接收系统(6)、中央处理器(7)、立体显示器(8)和无人机起降台(9)；无人机通过光场相机(3)对地面进行拍照，在无人机系统(1)内部搭载GPS定位系统(2)和无线发射系统(4)，所述无线发射系统(4)负责将GPS定位信号和光场相机拍摄信号实时发射到地面工作站(5)中；所述地面工作站(5)的无线接收系统(6)对无人机发来的信号实时接收并传输到中央处理器(7)中，并通过实时三维数据重建算法重建出真实三维场景信息，最后通过立体显示器(8)进行三维数据显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，其特征在于：包括无人机系统(1)和地面工作站(5)，所述无人机系统(1)设有GPS定位系统(2)、光场相机(3)和无线发射系统(4)，所述地面工作站(5)设有无线接收系统(6)、中央处理器(7)、立体显示器(8)和无人机起降台(9)；无人机通过光场相机(3)对地面进行拍照，在无人机系统(1)内部搭载GPS定位系统(2)和无线发射系统(4)，所述无线发射系统(4)负责将GPS定位信号和光场相机拍摄信号实时发射到地面工作站(5)中；所述地面工作站(5)的无线接收系统(6)对无人机发来的信号实时接收并传输到中央处理器(7)中，并通过实时三维数据重建算法重建出真实三维场景信息，最后通过立体显示器(8)进行三维数据显示。2.根据权利要求1所述的基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，其特征在于：所述无人机系统(1)外形为四翼或者六翼，巡航时间在3小时以上，装有可搭载1公斤以上多机型的无人机云台。3.根据权利要求1所述的基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，其特征在于：所述光场相机(3)固定在无人机云台上，摄像端垂直朝下，刷新率为60HZ，感光芯片分辨率为8k以上，单微透镜下覆盖子像素个数大于250个，1000米深度范围内分辨率高于0.5米。4.根据权利要求1所述的基于搭载光场相机的无人机光伏电站地形三维测绘建模系统，其特征在于：所述无线发射系统(4)实时采集GPS定位信号和光场相机拍摄信号，并发射给地面工作站(5)中的无线接收系统(6)；所述无线接收系统(6)实时接收来自无线发射系统(4)发来的信号，并传输给中央处...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾艳刚，刘海洋，罗韬，
申请(专利权)人：南京绿新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32