本實用新型涉及光伏發(fā)電技術領域，具體地說，涉及用于光伏電站故障檢測的無人駕駛航空器和地面站。

背景技術：

隨著全球經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，能源消費也相應的持續(xù)增長。傳統(tǒng)的化石能源存在著儲量有限、環(huán)境污染大等缺陷，在此背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可再生能源已成為各國能源戰(zhàn)略中的重要組成成分。

太陽能作為清潔、無污染、方便易得的可再生能源，越來越受到人們的青睞。依托太陽能這種可再生的綠色能源，近年來光伏發(fā)電引起了各國政府和人民的關注。我國的太陽能資源非常豐富，近年來，光伏電站作為一種綠色電力開發(fā)能源項目，得到了國家的大力支持。而光伏電站的大規(guī)模建設也就需要大量的人力來負責太陽能發(fā)電設備的巡檢工作，這種通過人工巡檢來監(jiān)測光伏電站故障的方法顯然無法滿足及時、快速、高效的巡檢要求。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種用于光伏電站故障檢測的無人駕駛航空器，所述無人駕駛航空器包括：

航空器主體；

紅外圖像采集裝置，其安裝在所述航空器主體下部并與所述航空器主體信號連接，用于在所述航空器主體飛行過程中對光伏電站進行圖像采集得到所述光伏電站的紅外圖像信息。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述航空器主體包括：

飛控電路，其與所述紅外圖像采集裝置連接。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述航空器主體還包括：

動力裝置，其用于為所述航空器主體提供飛行動力；

供電裝置，其與所述動力裝置連接，用于為所述動力裝置的運行提供電能；

第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架與所述航空器主體的殼體連接，用于支撐所述航空器主體?？吭谥付ㄆ矫嫔稀?/p>

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述第一支架和第二支架均包括穩(wěn)定件，所述穩(wěn)定件包含導電部，所述第一支架和第二支架的導電部分別與所述供電裝置的不同電極電連接。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述航空器主體還包括：

航線數(shù)據(jù)存儲電路，其與所述飛控電路連接；和/或，

通信電路，其與所述飛控電路連接。

本實用新型還提供了一種用于光伏電站故障檢測的地面站，所述地面站包括：

數(shù)據(jù)通信電路，其用于接收如上任一項所述的無人駕駛航空器傳輸來的光伏電站的紅外圖像信息；

圖像處理裝置，其與所述數(shù)據(jù)通信電路連接。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述地面站還包括：

?？科脚_，其包括平臺主體和伸展臂，其中，所述平臺主體和伸展臂的長度均小于用于光伏電站故障檢測的無人駕駛航空器的兩個支架的最大間距。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述地面站還包括：

充電設備，其與所述停靠平臺連接，用于對處于所述?？科脚_上的無人駕駛航空器進行充電。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述平臺主體和伸展臂中均設置有導電部，所述平臺主體和伸展臂的導電部分別與所述充電設備的不同電極連接。

根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述平臺主體與伸展臂通過鉸鏈連接，其中，

當所述?？科脚_處于第一狀態(tài)時，所述伸展臂與平臺主體的夾角為180度；當所述停靠平臺處于第二狀態(tài)時，所述伸展臂與平臺主體的夾角為0度。

本實用新型所提供的用于光伏電站故障檢測的無人駕駛航空器和地面站能夠配合地實現(xiàn)對光伏電站的故障自動巡檢工作，與現(xiàn)有的采用人工巡檢的檢測方法相比，本系統(tǒng)采用無人駕駛航空器來代替人工來代替人工巡檢過程，其大大縮短了巡檢時長，并且使得巡檢過程不受地形地貌等自然環(huán)境的影響。同時，該系統(tǒng)還能夠有效地將工作人員從繁重枯燥、太陽暴曬的工作環(huán)境中解放出來，有助于降低故障巡檢的人工成本。

此外，本系統(tǒng)和方法采用高精度的紅外圖像采集裝置和圖像處理裝置代替溫度測量儀器來進行溫度數(shù)據(jù)的采集與分析，與人工巡檢相比，本系統(tǒng)克服了人工巡檢所存在主觀性和不穩(wěn)定性，從而提高了檢測結果的可靠性和準確性。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其它優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的光伏電站故障檢測系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例的無人駕駛航空器的航空器主體的結構示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例的地面站的結構示意圖；

圖4和圖5是根據(jù)本實用新型一個實施例的停靠平臺的結構示意圖；

圖6是根據(jù)本實用新型一個實施例的圖像處理裝置的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本實用新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本實用新型的保護范圍之內。

同時，在以下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細節(jié)，以提供對本實用新型實施例的徹底理解。然而，對本領域的技術人員來說顯而易見的是，本實用新型可以不用這里的具體細節(jié)或者所描述的特定方式來實施。

隨著光伏電站的大規(guī)模建設，光伏發(fā)電設備的巡檢工作也就需要大量的人力來負責。人工巡檢通常需要人工攜帶溫度測量儀器來對發(fā)熱組件逐一進行測量記錄，然而光伏電站常常建設在地處偏遠、交通不變的區(qū)域，其占地面積也比較大，這也就導致人工巡檢存在主觀性強、巡檢評估標準化較難等問題，因此現(xiàn)有的人工巡檢方式無法滿足及時、快速、高效巡檢的要求。

光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其占據(jù)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的絕大部分成本。不同的外部環(huán)境不僅會影響光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定性，還會影響光伏組件自身的使用壽命。

通過分析發(fā)現(xiàn)，光伏組件的故障主要表現(xiàn)在三個方面，分別是光伏組件的老化、制作工藝導致的裂片問題以及光伏組件的熱斑現(xiàn)象。無論是上述三種故障的哪種故障，光伏組件的溫度都會出現(xiàn)異常。針對上述情況，本實用新型提供了一種光伏電站故障檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以及方法正是采用檢測光伏組件溫度是否正常的方式來判斷光伏組件是否發(fā)生故障。

圖1示出了本實施例所提供的光伏電站故障檢測系統(tǒng)的結構示意圖。

如圖1所示，本實施例所提供的系統(tǒng)優(yōu)選地包括無人駕駛航空器101和地面站102。在對光伏電站103進行故障檢測的過程中，無人駕駛航空器101首先從地面站102起飛并飛臨光伏電站103上空，隨后無人駕駛航空器101會在光伏電站103上空對光伏電站103中的各個光伏電池板進行紅外圖像采集。在完成紅外圖像采集后，無人駕駛航空器101會返回地面站102，地面站102中的圖像處理裝置則會從無人駕駛航空器101的相關數(shù)據(jù)存儲器中讀取光伏電站103的紅外圖像信息，并根據(jù)這些紅外圖像信息來判斷光伏電站中各個光伏電池板的故障狀態(tài)。

具體地，本實施例中，無人駕駛航空器101包括航空器主體和紅外圖像采集裝置。在對光伏電站進行故障檢測的過程中，無人駕駛航空器101會按照特定指令飛行至光伏電站上空，并利用紅外圖像采集裝置來對光伏電站進行圖像采集，從而得到光伏電站的紅外圖像信息。

本實施例中，在對光伏電站進行故障檢測的過程中，由于航空器主體是在光伏電站上方飛行的，因此為了更加方便地采集到光伏電站的紅外圖像信息，紅外圖像采集裝置優(yōu)選地安裝在航空器主體下部且與航空器主體信號連接。

同時，為了得到更加精確的紅外圖像信息，本實施例中，紅外圖像采集裝置在對光伏電站進行圖像采集時，其鏡頭平面優(yōu)選地與光伏電站中的光伏電池板相平行。并且，為了確保采集得到的紅外圖像信息的精度，本實施例中，無人駕駛航空器101的飛行高度優(yōu)選地配置為200米以內。

如圖2所示，對于本實施例所提供的無人駕駛航空器來說，其航空器主體優(yōu)選地包括：通信電路201、飛控電路202以及動力裝置203。其中，動力裝置203用于為無人駕駛航空器的飛行提供飛行動力。飛控電路202與動力裝置203連接，其能夠控制動力裝置203的運行狀態(tài)，從而控制航空器主體的飛行狀態(tài)，即實現(xiàn)對無人駕駛航空器的飛行軌跡的調節(jié)。而通信電路201則用于實現(xiàn)飛控電路202與上述圖像處理裝置102之間的數(shù)據(jù)通信，具體地，通信電路201能夠將紅外圖像采集裝置所采集到的光伏電站的紅外圖像信息傳輸至位于地面站的圖像處理裝置。

本實施例中，動力裝置203與對應的供電裝置，供電裝置能夠為動力裝置203的運行提供電能，從而保證無人駕駛航空器能夠正常飛行。

本實施例中，飛控電路202還與紅外圖像采集裝置連接，在對光伏電站進行巡檢的過程中，飛控電路202會向紅外圖像采集裝置發(fā)送位置變換指令以及拍照指令，從而控制紅外圖像采集裝置對光伏電站進行紅外圖像采集。

需要指出的是，在本實用新型的不同實施例中，根據(jù)實際需要，無人駕駛航空器的航線數(shù)據(jù)既可以事先存儲于與飛控電路202的相應航線數(shù)據(jù)存儲電路中并由飛控電路202從該航線數(shù)據(jù)存儲電路中讀取，也可以由通信電路201從外部接收并傳輸至飛控電路202，抑或是通過其它合理的方式得到，本實用新型不限于此。

如圖1所示，本實施例中，在對光伏電站進行故障檢測時，無人駕駛航空器101會根據(jù)航線數(shù)據(jù)開始對光伏電站中的各個光伏電池板進行巡檢，在到達懸停拍攝位置時無人駕駛航空器101將自主懸停并對光伏電池板進行拍攝(即獲取光伏電池板的紅外圖像信息)，并將拍攝得到的光伏電池板的紅外圖像信息存儲在自身的數(shù)據(jù)存儲器中。隨后，無人駕駛航空器101會繼續(xù)按照航線數(shù)據(jù)到達下一懸停拍攝位置并重復上述圖像獲取以及存儲過程。無人駕駛航空器101依此對光伏電站巡檢一周，從而得到光伏電站的紅外圖像信息。

如圖3所示，本實施例中，地面站102優(yōu)選地包括：圖像處理裝置102a、停靠平臺102b、充電設備102c、地面站控制裝置102d以及數(shù)據(jù)通信電路102e。其中，在得到光伏電站的紅外圖像信息后，無人駕駛航空器101將返回地面站102并?？吭谕？科脚_102b上。

為了保證無人駕駛航空器101能夠在后續(xù)的巡檢過程中正常工作，本實施例中，無人駕駛航空器101在完成停靠操作后，地面站102將利用充電設備102c為無人駕駛航空器101進行充電。

本實施例中，充電設備102c部分地集成在?？科脚_102b中。具體地，如圖4所示，停靠平臺102b包括：平臺主體401以及伸展臂。本實施例中，?？科脚_102b優(yōu)選地包括第一伸展臂402a和第二伸展臂402b。其中，伸展臂和平臺主體均設置有導電部，平臺主體與伸展臂的導電部分別與充電設備102c的不同電極連接，這樣平臺主體401與伸展臂也就視作充電設備102c的兩個充電端。

為了減少停靠平臺的占用空間，本實施例中，上述第一伸展臂402a和第二伸展臂402b與平臺主體401通過鉸鏈連接，這樣伸展臂可以以平臺主體401的端點為支點轉動。具體地，當?？科脚_102b處于第一狀態(tài)時，即需要為無人駕駛航空器提供停靠點時，伸展臂與平臺主體401的夾角θ為180度，從而形成如圖5所示的結構；而當?？科脚_102b處于第二狀態(tài)時，即不需要為無人駕駛航空器提供?？奎c時，伸展臂與平臺主體401的夾角θ將為0度。

本實施例中，平臺主體401以及兩個伸展臂的長度均小于無人駕駛航空器的兩個支架(即第一支架403a和第二支架403b)之間的距離L，這樣也就使得無人駕駛航空器?？吭谕？科脚_102b上時，總有一個支架位于平臺主體401上，而另一支架位于某一伸展臂上。而第一支架403a和第二支架403b均包括穩(wěn)定件(即用于與?？科脚_接觸的部件)，穩(wěn)定件中設置有導電部，因此第一支架403a和第二支架403b的導電部也就可以分別與無人駕駛航空器的供電裝置的不同電極連接。

由于平臺主體與伸展臂所連接的電極不同，因此當無人駕駛航空器?？吭谕？科脚_上時，其兩個支架與停靠平臺將形成電流回路，從而實現(xiàn)對無人駕駛航空器中的供電裝置進行充電。

然而，在本實用新型的不同實施例中，根據(jù)實際需要，充電設備102c對無人駕駛航空器101進行充電的具體方式可以采用不同的合理方式，本實用新型不限于此。例如，在本實用新型的一個實施例中，充電設備102c既可以采用無線充電(例如電磁感應式充電或者諧振式充電等)的方式對無人駕駛航空器101進行充電，也可以采用有線充電(例如通過充電線纜充電)的方式對無人駕駛航空器101進行充電。

在充電設備102c對無人駕駛航空器101進行充電的過程中，無人駕駛航空器101會將自身采集到的光伏電站的紅外圖像信息通過數(shù)據(jù)通信電路102e傳輸至與之連接的圖像處理裝置102a，以由圖像處理裝置102a根據(jù)上述光伏電站的紅外圖像信息來對光伏電站的故障狀態(tài)進行分析。

為了更加清楚地說明圖像處理裝置102a實現(xiàn)上述功能的具體原理以及過程，以下結合圖6來對圖像處理裝置102a進行進一步地闡述，其中，圖6示出了本實施例中圖像處理裝置102a的結構示意圖。

本實施例中，圖像處理裝置102a優(yōu)選地包括有：圖像處理模塊601、故障判斷模塊602、故障報表生成模塊603以及故障圖生成模塊604。

其中，圖像處理模塊601首先獲取光伏電站的紅外圖像信息，并根據(jù)上述光伏電站的紅外圖像信息來得到光伏電站中各個光伏電池板的紅外圖像。

本實施例中，無人駕駛航空器101通過紅外圖像采集裝置所采集到的紅外圖像信息是分塊的紅外圖像信息，圖像處理模塊601在接收到上述分塊的紅外圖像信息后，會將這些紅外圖像信息進行拼接處理，從而還原出光伏電池板的整體模樣，進而得到各個光伏電池板的紅外圖像。

在得到各個光伏電池板的紅外圖像后，圖像處理模塊601會對各個光伏電池板的紅外圖像進行圖像處理，從而得到各個光伏電池板中各個電池片的溫度數(shù)據(jù)。

紅外熱成像是通過物理表面溫度輻射成像的，在檢測被測目標紅外輻射的同時不可避免地會環(huán)境溫度、大氣、灰塵或是其它外接因素輻射的影響，因此本實施例中，圖像處理模塊601會對所得到的光伏電池板的紅外圖像進行去噪處理。

具體地，本實施例中，圖像處理模塊601優(yōu)選地采用中值濾波的方式來將所得到的紅外圖像中的高頻分量和/或低頻分量濾除，同時保留圖像的邊緣，從而達到去噪的目的。

圖像處理模塊601還會對去噪后的紅外圖像進行灰度拉伸處理。通過灰度拉伸處理，圖像處理模塊601能夠有效增加和紅外圖像的對比度，從而為溫度的精確測量奠定基礎。

在完成灰度拉伸處理后，圖像處理模塊601則會根據(jù)灰度拉伸后的紅外圖像確定光伏電池板中各個電池片的溫度數(shù)據(jù)。對于紅外圖像來說，各個圖像點的灰度值是與其被測目標的溫度相關的，根據(jù)灰度值與溫度數(shù)據(jù)的這種對應關系，圖像處理模塊601也就根據(jù)灰度拉伸后的紅外圖像中個點的灰度值來確定出光伏電池板中各個電池片的溫度數(shù)據(jù)。

當然，在本實用新型的其它實施例中，圖像處理模塊601還可以采用其它合理方式來根據(jù)光伏電池板的紅外圖像確定出光伏電池板中各個電池片的溫度數(shù)據(jù)，本實用新型不限于此。

再次如圖6所示，圖像處理模塊601在確定出光伏電池板中各個電池片的溫度數(shù)據(jù)后，其會將這些電池片的溫度數(shù)據(jù)傳輸至與之連接的故障判斷模塊602，以由故障判斷模塊602來根據(jù)這些電池片的溫度數(shù)據(jù)判斷各個電池片的故障狀態(tài)。

具體地，本實施例中，故障判斷模塊602會計算某一電池片的溫度數(shù)據(jù)與預設溫度閾值之間的差值，并判斷該差值是否超過預設溫度差值閾值范圍。其中，如果上述差值超過了預設溫度差值閾值范圍，那么故障判斷模塊602則可以判定該電池片存在故障；而如果上述差值沒有超過預設溫度差值閾值范圍，那么故障判斷模塊602則可以判定該電池片不存在故障。

在確定出各個電池片的故障狀態(tài)后，故障判斷模塊602會將上述電池片的故障狀態(tài)傳輸至故障報表生成模塊603。本實施例中，故障報表生成模塊604會根據(jù)上述電池片的故障狀態(tài)生成該光伏電站的故障報表。本實施例中，故障報表生成模塊603所生成的故障報表中包含了第一數(shù)值和第二數(shù)值。其中，第一數(shù)值用于表征電池片存在故障，而第二數(shù)值用于表征電池片不存在故障。具體地，本實施例中，上述第一數(shù)值優(yōu)選地取值為1，第二數(shù)值優(yōu)選地取值為0。

為了使得用戶更加方便地獲知光伏電站中各個位置處的電池片的故障狀態(tài)，本實施例中，故障報表生成模塊603還會將自身生成的故障報表輸出至與之連接的故障圖生成模塊604，以由故障圖生成模塊604根據(jù)上述故障報表以及各個電池片的位置信息生成故障圖。

需要指出的是，如圖2所示，本實施例中，根據(jù)實際需要，地面站102中還可以包括地面站控制裝置102d。地面站102用于生成航空器控制指令，以用于控制無人駕駛航空器的航行狀態(tài)。

具體地，無人駕駛航空器與地面站之間采用無線通信頻率為900MHz/433Mhz的3DR數(shù)傳電臺，在Mavlink協(xié)議下，無人駕駛航空器將自身的飛行高度、經(jīng)緯度、偏航角以及紅外圖像采集裝置的高度、俯仰角和方位角等信息發(fā)送至地面站102。地面站控制裝置102d則可以根據(jù)上述信息來生成相應的航空器控制指令和拍照觸發(fā)指令并傳輸給無人駕駛航空器，從而實現(xiàn)對航空器的實時控制。

從上述描述中可以看出，本實施例所提供的用于光伏電站故障檢測的無人駕駛航空器和地面站能夠配合地實現(xiàn)對光伏電站的故障自動巡檢工作，與現(xiàn)有的采用人工巡檢的檢測方法相比，本系統(tǒng)采用無人駕駛航空器來代替人工來代替人工巡檢過程，其大大縮短了巡檢時長，并且使得巡檢過程不受地形地貌等自然環(huán)境的影響。同時，該系統(tǒng)還能夠有效地將工作人員從繁重枯燥、太陽暴曬的工作環(huán)境中解放出來，有助于降低故障巡檢的人工成本。

此外，本系統(tǒng)和方法采用高精度的紅外圖像采集裝置和圖像處理裝置代替溫度測量儀器來進行溫度數(shù)據(jù)的采集與分析，與人工巡檢相比，本系統(tǒng)克服了人工巡檢所存在主觀性和不穩(wěn)定性，從而提高了檢測結果的可靠性和準確性。

應該理解的是，本實用新型所公開的實施例不限于這里所公開的特定結構，而應當延伸到相關領域的普通技術人員所理解的這些特征的等同替代。還應當理解的是，在此使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并不意味著限制。

說明書中提到的“一個實施例”或“實施例”意指結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在本實用新型的至少一個實施例中。因此，說明書通篇各個地方出現(xiàn)的短語“一個實施例”或“實施例”并不一定均指同一個實施例。

雖然上述示例用于說明本實用新型在一個或多個應用中的原理，但對于本領域的技術人員來說，在不背離本實用新型的原理和思想的情況下，明顯可以在形式上、用法及實施的細節(jié)上作各種修改而不用付出創(chuàng)造性勞動。因此，本實用新型由所附的權利要求書來限定。