一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法，其中，系统包括定日镜镜场、无人机、移动光源、图像采集装置、图像处理装置和计算机控制端，计算机控制端分别与定日镜、无人机和图像处理装置电连接，计算机控制端根据预先设定的校正轨迹采样点分别对无人机的飞行轨迹、移动光源的投射角度、定日镜的转角进行计算和控制以及对所述图像处理装置处理的图像数据结果进行读取，并计算定日镜校正参数。本发明专利技术突破了传统定日镜校正对太阳的依赖，在夜间校正既不影响镜场正常运营，又具有与利用太阳校正同样的校正精度，利用无人机携带的移动光源，实现快速的样本采集，校正效率极大提升。

A system and method for fast night correction of heliostat using UAV

The invention relates to a system and method for fast night correction of heliostat using UAV. The system includes heliostat mirror field, UAV, mobile light source, image acquisition device, image processing device and computer control terminal. The computer control terminal is electrically connected with heliostat, UAV and image processing device respectively, and the computer control terminal is corrected according to pre-set. The trajectory sampling points calculate and control the flight trajectory of the UAV, the projection angle of the moving light source, the rotation angle of the heliostat, and read the image data processed by the image processing device, and calculate the heliostat correction parameters. The invention breaks through the dependence of the traditional heliostat correction on the sun, and has the same correction accuracy as using the sun correction at night. The mobile light source carried by the unmanned aerial vehicle is used to realize rapid sample collection, and the correction efficiency is greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法
本专利技术涉及太阳能热发电领域的定日镜校正领域，特别涉及一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法。
技术介绍
在经济不断发展的同时，能源日趋短缺，传统的不可再生能源日益枯竭，经济发展越来越受制于能源的开发利用，可再生能源的利用受到普遍关注，特别是太阳能利用更受世人的重视。太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为：(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。在塔式太阳能热发电领域，定日镜为塔式太阳能热发电系统的一个重要组成部分。如图1所示，定日镜将太阳光反射到吸热塔塔顶的吸热器上，对吸热工质进行加热，从而将光能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。在塔式太阳能热发电领域，定日镜作为系统的集热器，其聚光精度的好坏决定着系统发电效率的高低，而定日镜在安装完成之初，存在较大的安装偏差，并不能准确的将太阳光反射到吸热器上，需要通过校正来对其安装偏差进行修正。传统的校正方法通过定日镜反射太阳光到图像采集装置进行校正，此种校正方法只能在白天进行，势必对镜场日间运行会产生较大的影响，此外，校正中太阳每时每刻都在运动，因而入射到定日镜的入射光线也在随时间不断变化，这对定日镜的校正精度会产生一定的影响，另外，定日镜校正中要获得太阳不同入射角度下的样本需要历经从早到晚的全过程，因而完成一面定日镜校正的历时长，校正效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法，以解决在现有技术中对定日镜的校正只能在白天进行进而对镜场日间运行会产生较大影响的技术问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，包括：定日镜镜场，所述定日镜镜场包括若干定日镜，所述定日镜用于跟踪并反射入射光线；无人机，用于携带移动光源飞行；移动光源，所述移动光源安装在所述无人机的搭载云台上，通过所述搭载云台的旋转角度和俯仰角度控制所述移动光源投射光的投射角度，所述移动光源从不同角度对定日镜投射光线，定日镜跟踪并反射入射光线；图像采集装置，所述图像采集装置设置在吸热塔上，并靠近所述吸热塔上的吸热器，用于采集定日镜反射的光斑图像数据；图像处理装置，用于处理所述图像采集装置采集到的光斑图像数据；计算机控制端，所述计算机控制端分别与所述定日镜、无人机和图像处理装置电连接，所述计算机控制端根据校正轨迹采样点分别对无人机的飞行轨迹、移动光源的投射角度、定日镜的转角进行计算，进而控制无人机飞行至目标位置、移动光源按照目标投射角度投射光线、定日镜转动至目标角度以及对所述图像处理装置处理的图像数据结果进行读取，并计算定日镜校正参数。较佳的，所述无人机上设有悬停系统，保证定日镜的入射光线在一定时间范围内持续不变。较佳的，所述无人机上设置多个移动光源，对镜场中不同区域的定日镜进行同步校正。较佳的，所述移动光源为点光源、线光源、点线结合光源、明暗交替光源、环形光源或蛇形光源。本专利技术还提供一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的方法，包括以下几个步骤：步骤一、启动夜间校正系统使定日镜镜场处于可校正状态，并开启图像采集装置、图像处理装置、计算机控制端和无人机；步骤二、计算机控制端刷新校正列表，选取待校正的定日镜清单；步骤三、计算机控制端根据待校正的定日镜清单，计算无人机的飞行轨迹、移动光源投射角度和定日镜转角；步骤四、计算机控制端根据控制无人机携带移动光源飞行至目标位置、移动光源按照投射角度投射光线、定日镜转动到目标角度，定日镜将入射光线反射至图像采集装置；步骤五、图像采集装置采集定日镜反射的光斑图像数据，并将图像数据发送给图像处理装置进行图像数据处理；步骤六、图像处理装置将定日镜反射的光斑图像数据处理结果发送给计算机控制端；步骤七、待图像采集装置完成定日镜设定轨迹上所有采样点的图像数据采集后，计算机控制端根据图像处理装置发来的样本图像数据信息完成定日镜校正参数的计算。较佳的，在步骤二中，校正列表为定日镜镜场中由所有需要校正的定日镜构成的名单，将所有需要校正的定日镜划分成几个不同区域，在每个区域中选取一面以上定日镜加入待校正的定日镜清单，此清单内的定日镜在完成校正后将从清单中剔除，进入可追日定日镜列表。较佳的，在步骤三中，根据待校正的定日镜清单，将同时采样的定日镜在全天不间断追踪吸热器的方位角范围和水平角范围结合，优化计算出同时采样的定日镜采样所需的入射向量范围，根据入射向量范围优化计算出可同时满足此清单内所有定日镜采样所需的入射向量，根据该入射向量，基于公式其中，为入射向量，(xl,yl,zl)为无人机坐标，(x0,y0,z0)为定日镜坐标根据相应的入射向量反向计算出无人机需要到达的目标位置以及移动光源投射光线的角度；一个样本对应无人机的一个位置，多个样本对应无人机的多个位置，多个位置连接起来构成了无人机的飞行轨迹；定日镜的投射目标点为图像采集装置的中心点，根据入射、反射模型可计算出定日镜镜面法向量，进而可计算出采样时定日镜的转角。较佳的，在步骤四中，根据步骤三的计算，按照计算好的无人机飞行轨迹和定日镜的转角，每到一个采样点，无人机悬停，按照计算好的角度投射光线，定日镜转动到该位置对应的姿态，反射光线到图像采集装置。较佳的，在步骤六中，图像处理装置根据光斑图像数据计算出反射光斑的中心点坐标(xB1,yB1,zB1)并将其发送给计算机控制端，计算机控制端结合本次采样时针对各定日镜的入射向量定日镜角度便得到每面定日镜的一组校正样本；完成各个定日镜的一组样本采集后，计算机控制端控制无人机按照预定轨迹飞往下一采样点，控制所有采样定日镜转动到下一采样姿态，重复步骤4到步骤6的过程，直至校正清单中所有的定日镜全部完成样本采集。较佳的，在步骤七中，当校正清单中所有的定日镜全部完成样本采集后，每面定日镜均得到多组校正样本，计算机控制端已经获取每面定日镜的多组样本信息，基于定日镜校正模型便可计算出校正模型中的校正参数。较佳的，还包括步骤八，当待校正的定日镜清单中的所有定日镜校正完成后，计算机控制端刷新定日镜校正列表，根据校正中调度原则选取新一批定日镜清单，按照步骤三到步骤七完成其校正样本的采集，直至定日镜校正列表中所有定日镜完成校正。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：本专利技术提供一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法，该专利技术突破了传统定日镜校正对太阳的依赖，在夜间校正既不影响镜场正常运营，又具有与利用太阳校正同样的校正精度，此外利用无人机携带的移动光源，可实现快速的样本采集，镜场校正效率极大提升。除此之外，无人机还可携带分布在无人机的各个方位的不同类型的移动光源，可对镜场中不同区域定日镜同时校正，因其光源分布在无人机不同方位，不存在光源间干扰与误识别的问题，不仅可实现快速的样本采集，极大提升镜场校正效率，还可有效保证校正的精度。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，其特征在于，包括：定日镜镜场，所述定日镜镜场包括若干定日镜，所述定日镜用于跟踪并反射入射光线；无人机，用于携带移动光源飞行；移动光源，所述移动光源安装在所述无人机的搭载云台上，通过所述搭载云台的旋转角度和俯仰角度控制所述移动光源投射光的投射角度，所述移动光源从不同角度对定日镜投射光线，定日镜跟踪并反射入射光线；图像采集装置，所述图像采集装置设置在吸热塔上，并靠近所述吸热塔上的吸热器，用于采集定日镜反射的光斑图像数据；图像处理装置，用于处理所述图像采集装置采集到的光斑图像数据；计算机控制端，所述计算机控制端分别与所述定日镜、无人机和图像处理装置电连接，所述计算机控制端根据校正轨迹采样点分别对无人机的飞行轨迹、移动光源的投射角度、定日镜的转角进行计算，进而控制无人机飞行至目标位置、移动光源按照目标投射角度投射光线、定日镜转动至目标角度以及对所述图像处理装置处理的图像数据结果进行读取，并计算定日镜校正参数。

【技术特征摘要】
1.一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，其特征在于，包括：定日镜镜场，所述定日镜镜场包括若干定日镜，所述定日镜用于跟踪并反射入射光线；无人机，用于携带移动光源飞行；移动光源，所述移动光源安装在所述无人机的搭载云台上，通过所述搭载云台的旋转角度和俯仰角度控制所述移动光源投射光的投射角度，所述移动光源从不同角度对定日镜投射光线，定日镜跟踪并反射入射光线；图像采集装置，所述图像采集装置设置在吸热塔上，并靠近所述吸热塔上的吸热器，用于采集定日镜反射的光斑图像数据；图像处理装置，用于处理所述图像采集装置采集到的光斑图像数据；计算机控制端，所述计算机控制端分别与所述定日镜、无人机和图像处理装置电连接，所述计算机控制端根据校正轨迹采样点分别对无人机的飞行轨迹、移动光源的投射角度、定日镜的转角进行计算，进而控制无人机飞行至目标位置、移动光源按照目标投射角度投射光线、定日镜转动至目标角度以及对所述图像处理装置处理的图像数据结果进行读取，并计算定日镜校正参数。2.如权利要求1所述的一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，其特征在于，所述无人机上设有悬停系统，保证定日镜的入射光线在一定时间范围内持续不变。3.如权利要求1所述的一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，其特征在于，所述无人机上设置多个移动光源，对镜场中不同区域的定日镜进行同步校正。4.如权利要求1或3所述的一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统，其特征在于，所述移动光源为点光源、线光源、点线结合光源、明暗交替光源、环形光源或蛇形光源。5.一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、启动夜间校正系统使定日镜镜场处于可校正状态，并开启图像采集装置、图像处理装置、计算机控制端和无人机；步骤二、计算机控制端刷新校正列表，选取待校正的定日镜清单；步骤三、计算机控制端根据待校正的定日镜清单，计算无人机的飞行轨迹、移动光源投射角度和定日镜转角；步骤四、计算机控制端根据控制无人机携带移动光源飞行至目标位置、移动光源按照投射角度投射光线、定日镜转动到目标角度，定日镜将入射光线反射至图像采集装置；步骤五、图像采集装置采集定日镜反射的光斑图像数据，并将图像数据发送给图像处理装置进行图像数据处理；步骤六、图像处理装置将定日镜反射的光斑图像数据处理结果发送给计算机控制端；步骤七、待图像采集装置完成定日镜设定轨迹上所有采样点的图像数据采集后，计算机控制端根据图像处理装置发来的样本图像数据信息完成定日镜校正参数的计算。6.如权利要求5所述的一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的方法，其特征在于，在步骤二中，校正...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志娟，宓霄凌，薛刚强，颜明明，李建华，蒋晓，
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