面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机及巡检方法技术

本发明专利技术公开了面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机及巡检方法，包括无人机机体和PC地面站，无人机机体包括飞行控制模块、图像采集模块、数据处理模块、通讯模块和避障及测距模块；无人机机体通过通讯模块与PC地面站连接，且飞行控制模块分别与数据处理模块和避障及测距模块连接，图像采集模块通过串口分别与数据处理模块和通讯模块连接。本装置最大限度地提升了巡检效率、提高了经济效益；相对于其他无人机巡检方法，本装置实现了完备的任务模块，针对无人机在规模化集中式光伏电站巡检过程中涉及到的技术方法进行了细化，以实际场景为依托大幅提升了无人机巡检的管理水平。

【技术实现步骤摘要】
面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机及巡检方法
本专利技术涉及无人机的应用与开发领域，尤其是涉及面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机及巡检方法。
技术介绍
光伏组件的寿命约为25年，这要求大型光伏电站能够在较长的时间周期里稳定、高效地发电；然而，由于安装环境较为恶劣、对光伏组件维护不当等原因，国内光伏电站的整体质量不容乐观，光伏组件发电功率衰降现象较为严重，晶体硅组件三年内的衰减率在3.8％～7％之间，非晶硅电池组件衰减率则高达20％。及时发现光伏组件缺陷与故障并进行更换，是大型光伏电站运营的重要工作内容。然而，当前对光伏电站的巡检方式仍以人工巡检为主，常规的人工巡检方式不仅需要耗费大量的人力及时间成本，造成效率极其低下，巡检结果的评估往往也不能满足要求。无论是沿海滩涂还是丘陵地带，大型光伏电站的地形及安装环境都异常复杂，人工巡检方式难以满足大规模光伏电站的巡检要求。有鉴于此，利用无人机进行大规模光伏电站的智能运维成为一个热门研究方向。得益于民用无人机的迅速普及以及监管政策的完善，民用无人机市场呈现井喷发展态势，现已广泛应用于线路巡检、防灾减灾、农业植保等领域。以无人机为载体提供一种自动化巡检方案可极大地提高巡检效率、精准地发现故障、为用户提供可靠的决策支持。
技术实现思路
针对现有大型光伏电站人工巡检方法的不足，本专利技术提出了面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机及巡检方法，相对于传统的人工巡检方法，本装置最大限度地提升了巡检效率、提高了经济效益；针对无人机在规模化集中式光伏电站巡检过程中涉及到的技术方法进行了细化，以实际场景为依托大幅提升了无人机巡检的管理水平。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机包括无人机机体和PC地面站，所述无人机机体包括飞行控制模块、图像采集模块、数据处理模块、通讯模块和避障及测距模块；无人机机体通过通讯模块与PC地面站连接，且飞行控制模块分别与数据处理模块和避障及测距模块连接，图像采集模块通过串口分别与数据处理模块和通讯模块连接。作为优选，所述飞行控制模块用于控制无人机飞行，其输入量既可以是目标点坐标、也可以是速度矢量。作为优选，所述图像采集模块用于采集可见光图像和红外图像，包括具有三轴自稳功能的可见光相机及红外相机，可见光图像与红外图像可通过串口实时传输到数据处理模块、通讯模块。作为优选，所述数据处理模块用于对输入图像进行目标识别、参数计算，可向飞行控制模块发送点坐标或速度矢量形式的控制指令。作为优选，所述通信模块用于无人机机体和PC地面站的通信，可以以不低于2Hz的频率向PC地面站实时发送无人机状态信息，可以在接收到图像采集模块传输的可见光图像、红外图像后实时发送到PC地面站，可以接收PC地面站的状态控制与参数调整指令并将这些指令实时传输到飞行控制模块。作为优选，所述避障及测距模块感知无人机机体前、后、左、右、上、下六个方向的障碍物距离以及对地高度信息，当无人机靠近障碍物飞行且未接收到其他控制指令时自动暂停飞行任务。进一步地，PC地面站作为人机交互平台，实现飞行信息管理、飞行任务规划、飞行参数显示、飞行状态控制与飞行参数调整、飞行任务还原、光伏组件故障分析、可见光及红外图像存储与检索等功能，全面管理和支撑飞行任务。其中，所述PC地面站的飞行信息管理包括执行飞行任务的人员验证、记录与管理。所述PC地面站的飞行任务规划模块可导入在线地图，并根据光伏组件分布信息为无人机事先规划可执行路径。所述PC地面站的飞行参数显示功能可在PC地面站实时呈现无人机飞行参数。所述PC地面站的飞行状态控制与飞行参数调整功能可使管理者通过简易的操作执行起飞、暂停、继续、返航等状态控制功能和改变飞行高度、飞行速度、飞行路径等参数调整功能。所述PC地面站的飞行任务还原功能可记录飞行任务与状态信息并进行回放。所述PC地面站的光伏组件故障分析模块对可见光图像和红外图像进行处理，判断光伏组件是否出现隐裂、遮挡、破裂、灰尘等异物和故障。所述PC地面站的图像存储与检索功能可对接收到的可见光图像和红外图像以位置信息和时间信息进行存储，长周期的数据积累可对光伏组件故障分析模块进行迭代优化。本专利技术面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机的巡检方法，该方法包括以下步骤：步骤一、如需在低空采集可见光及红外图像，可根据光伏电站设计图纸、高清卫星图像或高空无人机可见光图像获取光伏组件位置信息，通过PC地面站b的飞行任务规划模块生成飞行路径，飞行路径以均匀分布的坐标点形式或者控制转向点的形式表示；如需在高空采集可见光图像，既可以采用低空路径生成方法也可以在飞行任务规划模块的在线地图中指定飞行边界点，生成可执行路径点；步骤二、执行飞行任务的人员通过PC地面站的飞行信息管理模块登记信息，激活无人机；步骤三、将路径点通过无人机机体的通讯模块传输到无人机机体的飞行控制模块，执行飞行任务的人员通过PC地面站的飞行状态控制与飞行参数调整模块启动无人机；步骤四、无人机根据步骤三中接收到的路径点文件依次采集可见光及红外图像信息；当无人机偏离理想的位置与光伏组件不完全对准时，数据处理模块获取可见光图像计算偏移量，并将结果反馈给飞行控制模块，飞行控制模块据此控制无人机进行位置姿态调整；步骤五、如无人机能量不足需要返航时，飞行控制模块记录位置信息并自动返航，待补充能量后继续执行飞行任务直至完成对所有路径点的遍历；步骤六、无人机能量不足或完成飞行任务需要返航时，采用GPS和视觉伺服相结合的返航及自主着陆模式，即无人机首先通过GPS信息飞回出发点附近，再通过视觉伺服的方式实现精准着陆；步骤七、在步骤一至步骤六过程中，PC地面站显示状态信息并存储接收到的所有数据。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本装置最大限度地提升了巡检效率、提高了经济效益；相对于其他无人机巡检方法，本装置实现了完备的任务模块，针对无人机在规模化集中式光伏电站巡检过程中涉及到的技术方法进行了细化，以实际场景为依托大幅提升了无人机巡检的管理水平。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为PC地面站的界面示意图；图3为面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机系统结构图；图4为基于路径点的规模化集中式光伏电站巡检方法流程图；图5光伏电站示意图；图6为根据光伏组件位置信息自动生成无人机路径点示意图；图7为视觉伺服过程系统框架。附图标记：无人机机体a、PC地面站b、飞行控制模块a1、图像采集模块a2、数据处理模块a3、通讯模块a4和避障及测距模块a5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机，其特征在于：所述的无人机包括无人机机体(a)和PC地面站(b)，所述无人机机体(a)包括飞行控制模块(a1)、图像采集模块(a2)、数据处理模块(a3)、通讯模块(a4)和避障及测距模块(a5)；无人机机体(a)通过通讯模块(a4)与PC地面站(b)连接，且飞行控制模块(a1)分别与数据处理模块(a3)和避障及测距模块(a5)连接，图像采集模块(a2)通过串口分别与数据处理模块(a3)和通讯模块(a4)连接。/n

【技术特征摘要】
1.面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机，其特征在于：所述的无人机包括无人机机体(a)和PC地面站(b)，所述无人机机体(a)包括飞行控制模块(a1)、图像采集模块(a2)、数据处理模块(a3)、通讯模块(a4)和避障及测距模块(a5)；无人机机体(a)通过通讯模块(a4)与PC地面站(b)连接，且飞行控制模块(a1)分别与数据处理模块(a3)和避障及测距模块(a5)连接，图像采集模块(a2)通过串口分别与数据处理模块(a3)和通讯模块(a4)连接。


2.根据权利要求1所述的面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机，其特征在于：所述飞行控制模块(a1)用于控制无人机飞行，其输入量既可以是目标点坐标、也可以是速度矢量；
所述图像采集模块(a2)用于采集可见光图像和红外图像，包括具有三轴自稳功能的可见光相机及红外相机，可见光图像与红外图像可通过串口实时传输到数据处理模块(a3)、通讯模块(a4)；
所述数据处理模块(a3)用于对输入图像进行目标识别、参数计算，可向飞行控制模块(a1)发送点坐标或速度矢量形式的控制指令；
所述通信模块(a4)用于无人机机体(a)和PC地面站(b)的通信，以不低于2Hz的频率向PC地面站实时发送无人机状态信息，在接收到图像采集模块(a2)传输的可见光图像、红外图像后实时发送到PC地面站(b)，接收PC地面站(b)的状态控制与参数调整指令并将这些指令实时传输到飞行控制模块(a1)；
所述避障及测距模块(a5)感知无人机机体前、后、左、右、上、下六个方向的障碍物距离以及对地高度信息，当无人机靠近障碍物飞行且未接收到其他控制指令时自动暂停飞行任务。


3.根据权利要求1所述的面向规模化集中式光伏电站自动巡检的无人机，其特征在于：所述的PC地面站(b)作为人机交互平台，实现飞行信息管理、飞行任务规划、飞行参数显示、飞行状态控制与飞行参数调整、飞行任务还原、光伏组件故障分析、可见光及红外图像存储与检索等功能，全面管理和支撑飞行任务。


4.根据权利要求3所述的PC地面站，其特征在于：所述PC地面站(b)的飞行信息管理包括执行飞行任务的人员验证、记录与管理；
所述PC地面站(b)的飞行任务规划模块可导入在线地图，并根据光伏组件分布信息为无人机事先规划可执行路径；
所述PC地面站(b)的飞行参数显...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，胡颖泽，
申请(专利权)人：苏州求臻智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32