本實(shí)用新型涉及一種太陽能光伏板積灰在線監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

隨著中國夢帶動(dòng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求越來越大，而煤、石油等傳統(tǒng)能源消耗殆盡，新能源的發(fā)展迫在眉睫。太陽能光伏發(fā)電是新能源發(fā)展中尤為突出的一項(xiàng)，也是以后主要的電力來源。然而太陽能光伏板的光電轉(zhuǎn)換效率受積灰影響極為嚴(yán)重，積灰濃度從0逐步增加到4g/m2，仿真結(jié)果顯示隨著積灰濃度的增加，光伏輸出功率受到明顯的限制，單體最大功率點(diǎn)下降幅度分別為7.51％、13.27％、18.16％、22.24％。，某30kW光伏工程項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示經(jīng)清潔后光伏組件的輸出效率有明顯的提升，平均效率提高1.57％。可見積灰的在線監(jiān)測及清潔是太陽能發(fā)電途徑的重要一環(huán)，從根本上決定了未來發(fā)電方式的導(dǎo)向。而現(xiàn)在只依靠專家的經(jīng)驗(yàn)來判斷積灰清理的時(shí)間，這種有人為因素干預(yù)的方式的準(zhǔn)確性有待考究，不具有可靠性，所以通過在線監(jiān)測系統(tǒng)對積灰監(jiān)測，并考慮到光伏板的安裝方式、氣候條件、安裝地點(diǎn)，來確定積灰清理的時(shí)間是極其有必要的。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，并取得了飛速的發(fā)展，目前已經(jīng)進(jìn)入全面應(yīng)用的新時(shí)代，形成了一門綜合性的新學(xué)科。隨著計(jì)算機(jī)視覺理論和模式識(shí)別研究的不斷發(fā)展，遙感圖像分析、視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場中了。然而這些并不具有對圖像進(jìn)行相關(guān)分析和計(jì)算的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于提供一種基于圖像顏色提取技術(shù)的太陽能光伏板積灰在線監(jiān)測系統(tǒng)，針對圖像顏色的RGB參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，符合電力系統(tǒng)的可靠性、及時(shí)性、準(zhǔn)確性的運(yùn)行要求，安全方便，為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種太陽能光伏板積灰在線監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置包括中心監(jiān)控工控機(jī)(1)、數(shù)據(jù)庫(2)，數(shù)據(jù)報(bào)警系統(tǒng)(3)，多通道數(shù)據(jù)采集卡(4)，CCD攝像機(jī)(5)，環(huán)境溫度傳感器(6)，太陽能光伏板溫度傳感器(7)，光照幅度傳感器(8)和太陽能光伏板(9)；

所述中心監(jiān)控工控機(jī)(1)分別與數(shù)據(jù)庫(2)和多通道數(shù)據(jù)采集卡(4)相連，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換；所述CCD攝像機(jī)(5)，環(huán)境溫度傳感器(6)，太陽能光伏板溫度傳感器(7)和光照幅度傳感器(8)收集的數(shù)據(jù)通過多通道數(shù)據(jù)采集卡(4)經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至中心監(jiān)控工控機(jī)(1)，所述CCD攝像機(jī)(5)，環(huán)境溫度傳感器(6)，太陽能光伏板溫度傳感器(7)，光照幅度傳感器(8)通過太陽能光伏板(9)提供能量；所述數(shù)據(jù)報(bào)警系統(tǒng)(3)連接中心監(jiān)控工控機(jī)(1)。

所述中心監(jiān)控工控機(jī)(1)含有鍵盤(10)和顯示器(11)。

所述中心監(jiān)控工控機(jī)(1)含有拍照圖像調(diào)用模塊、圖像處理模塊、分析計(jì)算功能及檢測預(yù)警模塊；所述的拍照圖像調(diào)用模塊、圖像處理模塊及檢測預(yù)警模塊通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)。

所述拍照圖像調(diào)用模塊采用MATLAB進(jìn)行調(diào)用。

所述的圖像處理模塊是通過MATLAB對圖像顏色值的R、G、B參數(shù)及其中心距進(jìn)行計(jì)算及分析。

所述的MATLAB軟件通過組態(tài)軟件調(diào)用。

一種采用前所述的裝置進(jìn)行太陽能光伏板積灰在線監(jiān)測的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、設(shè)定標(biāo)識(shí)點(diǎn)；在太陽能光伏板(9)正前方設(shè)置標(biāo)示點(diǎn)，在標(biāo)示點(diǎn)處布置CCD攝像機(jī)(5)；

步驟二、在光照幅度為200-1200W/m²的光照幅度下進(jìn)行圖像采集；

步驟三、將CCD攝像機(jī)(5)所采集視頻傳輸?shù)街行谋O(jiān)控工控機(jī)(1)同時(shí)記錄實(shí)時(shí)環(huán)境溫度、太陽能光伏板溫度、光照幅度；

步驟四、測量光伏板面安裝傾斜角度；

步驟五、中心監(jiān)控工控機(jī)內(nèi)的MATLAB程序按照設(shè)置的頻率在視頻中截取圖像，并實(shí)時(shí)在線計(jì)算所截取圖像顏色值的R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))中的參數(shù)R、G、B分量；

步驟六、利用大數(shù)據(jù)理論，基于太陽能光伏板積灰圖像RGB參數(shù)和發(fā)電效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建其RGB參數(shù)與發(fā)電效率間定量關(guān)聯(lián)計(jì)算模型；

步驟七、依據(jù)所建立的太陽能光伏板積灰圖像RGB參數(shù)與發(fā)電效率間的定量關(guān)聯(lián)計(jì)算模型，當(dāng)CCD攝像機(jī)實(shí)時(shí)傳入太陽能光伏板積灰視頻，中心監(jiān)控工控機(jī)可在線計(jì)算出圖像的RGB參數(shù)，進(jìn)而實(shí)時(shí)在線計(jì)算出太陽能光伏板發(fā)電效率；

步驟八、基于監(jiān)測的太陽能光伏板溫度值，依據(jù)太陽能光伏板功率溫度系數(shù)，將發(fā)電效率修正為標(biāo)準(zhǔn)測試溫度(或電池額定工作溫度)所對應(yīng)的數(shù)值，將該數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)測試條件(或電池額定工作溫度條件)下的發(fā)電效率比對，得出太陽能光伏板積灰狀態(tài)參數(shù)。

有益效果：

1)光伏電池板積灰后，其顏色值發(fā)生顯著變化，本發(fā)明通過提取光伏板面視頻圖像RGB顏色值來表征積灰狀態(tài)及其動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)光伏板積灰狀態(tài)的在線監(jiān)測與特征提?。?/p>

2)采用監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)提取分析光伏板積灰圖像顏色值，依據(jù)所建立的光伏板顏色值與發(fā)電效率定量關(guān)聯(lián)計(jì)算模型，在線實(shí)時(shí)分析光伏板的積灰狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)光伏板積灰狀態(tài)及發(fā)電效率的非接觸檢測和定量分析；

附圖說明

圖1是積灰在線監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是積灰在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步解釋說明。

如圖1～2所示，一種基于基于圖像顏色提取技術(shù)的太陽能光伏板積灰在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過CCD攝像機(jī)采集圖像并和溫度、光照度數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)蕉嗤ǖ罃?shù)據(jù)采集卡上，形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再與中心監(jiān)測工控機(jī)互聯(lián)，數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)庫備用。對圖像進(jìn)行處理，計(jì)算彩色圖像的RGB參數(shù)及其中心距，建立光伏板發(fā)電效率與RBG參數(shù)的相關(guān)關(guān)系。依據(jù)積灰產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失和積灰清洗費(fèi)用最小化原則，設(shè)置基于RGB參數(shù)的閾值，當(dāng)所測參數(shù)達(dá)到閾值，發(fā)出報(bào)警，工作人員進(jìn)行相關(guān)操作。

所述的CCD攝像機(jī)是一種電荷耦合器件，把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成靜態(tài)圖像傳輸?shù)街行谋O(jiān)測工控機(jī)上。在監(jiān)測過程中采用定焦距拍攝，能采集80％以上的光伏板圖像而不附帶其他背景圖像。

所述的溫度數(shù)據(jù)通過非接觸式紅外溫度傳感器測量；光照幅度數(shù)據(jù)通過光照幅度傳感器(單位W/M²)測量。所采集信號(hào)統(tǒng)一由數(shù)據(jù)采集卡收集再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)街行谋O(jiān)測工控機(jī)。

所述的圖像處理包括圖像的采集、編碼、存儲(chǔ)、傳輸以及圖像的顯示、變換、增強(qiáng)、去噪、銳化、邊緣檢測、恢復(fù)和重建、圖像的分割，圖像的特征分析主要是對顏色特征的分析還有基于它們的推理、判斷、決策和行為規(guī)則等。

所述的圖像增強(qiáng)具體方法是基于模糊集理論的圖像增強(qiáng)技術(shù)。

所述的圖像去噪具體方法是基于小波系數(shù)相關(guān)性的圖像去噪技術(shù)。

所述的圖像銳化具體方法是基于拉普拉斯的圖像銳化算法。

所述的圖像邊緣檢測具體方法是基于灰色關(guān)聯(lián)分析理論的圖像邊緣檢測算法。

所述的圖像分割具體方法是基于快速二維熵的加權(quán)模糊C均值聚類圖像分割技術(shù)。

所述的圖像顏色特征突出表現(xiàn)在色差方面，一般可以用顏色空間內(nèi)兩顏色矢量的歐式距離來判定。最常用的是Minkowsiki距離度量方法，冪次項(xiàng)的參數(shù)變化可以得到多種形式。引入?yún)f(xié)方差矩陣，得到橢球形的距離度量方法。為減少計(jì)算量，將色度、飽和度、亮度歸一化處理，其差值綜合求距離進(jìn)行判斷。

所述的圖像顏色特征中灰度特征提取經(jīng)常用到以下三個(gè)亮度方程。

PAL電視制式亮度方程：

L＝0.222r+0.707g+0.071b

NTSC電視制式亮度方程：

L＝0.299r+0.587g+0.114b

CIE推薦三基色相對亮度方程：

L＝r+4.5907g+0.0601b

所述的圖像顏色特征的色度或飽和度不受照明條件的影響，稱為顏色視覺不變性，即已知光源光譜分布可推算物面光學(xué)參數(shù)。對于光源色，顏色刺激函數(shù)φ(λ)＝S(λ)，其中S(λ)為光源的光譜功率分布。對于投射物體色，顏色刺激函數(shù)φ(λ)＝S(λ)τ(λ)，其中τ(λ)為光譜的投射率。對于漫反射物體，顏色刺激函數(shù)φ(λ)＝S(λ)β(λ)。β(λ)為光譜反射的因數(shù)或光譜輻亮度因數(shù)。

所述的RGB空間是一個(gè)三維立方體空間結(jié)構(gòu)，分別用紅綠藍(lán)表示三個(gè)坐標(biāo)軸，立方體底部R＝G＝B＝0處為黑色，頂部與其相對角R＝G＝B＝255處為白色。RGB空間能轉(zhuǎn)換成任何顏色空間，實(shí)現(xiàn)由一組原色向另一組原色的轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)樵碳ざ伎梢杂善渌M原色刺激的混合來合成。例如從RGB轉(zhuǎn)換到R^·G^·B^·，可以寫成如下形式：

R^·＝a₁₁R+a₂₁G+a₃₁B

G^·＝a₁₂R+a₂₂G+a₃₂B

B^·＝a₁₃R+a₂₃G+a₃₃B

所述的圖像特征的顏色度量，給定一有代表性的彩色樣品集，可得到一個(gè)彩色“平均”估計(jì)，用RGB向量a來表示這個(gè)平均色彩，令z表示RGB空間中任意一點(diǎn)，若它們之間的距離小于特定的閾值D₀，則z和a是相似的，z和a的歐式距離：

D(z,a)≤D₀的點(diǎn)是半徑為D₀的實(shí)心球。球內(nèi)部和表面的點(diǎn)符合特定的彩色準(zhǔn)則；球外的點(diǎn)則不符合。

上式距離測度的推廣如下：

其中C是希望分割的彩色典型樣本協(xié)方差矩陣。使用邊界盒能夠簡化運(yùn)算，盒的中心在a上，沿每一彩色軸的尺度選擇與沿每個(gè)軸取樣的標(biāo)準(zhǔn)差成比例，標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算只使用一次樣本數(shù)據(jù)。

所述的圖像特征中顏色相似性度量廣泛應(yīng)用于圖像邊緣檢測、圖像分割、圖像檢索以及圖像壓縮等領(lǐng)域。彩色圖像常采用HSI顏色空間實(shí)現(xiàn)色差度量，常用RGB空間轉(zhuǎn)換為HSI空間，現(xiàn)提出一種新的顏色相似性度量方法，避免的復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過程。

所述的新的顏色相似性度量方法，其特征為如果兩種顏色的RGB值大小成比例，那么它們的色度和飽和度的值是相等的，亮度值成比例關(guān)系。設(shè)RGB空間的兩種顏色向量分別表示為f和g，其中f＝(f₁,f₂,f₃),g＝(g₁,g₂,g₃).f,g之間的相關(guān)系數(shù)為r(f,g),則：

其中

當(dāng)兩個(gè)顏色向量方向相同時(shí)，f＝Kg(K為常數(shù))，則r(f,g)＝1。隨著兩個(gè)顏色向量之間的夾角增大r(f,g)值減小，這樣可以兩種顏色在RGB空間內(nèi)的r(f,g)來表示HSI空間中色度和飽和度的相似程度。r(f,g)越大，相似程度越大，反之，相似程度越小。

所述的新的顏色相似性度量方法中色度和飽和度相等時(shí)，亮度值可能相差很大，所以需要進(jìn)一步的比較兩種顏色的亮度，定義f,g之間的亮度相似系數(shù)k(f,g):

其中C＝3×255＝765，當(dāng)兩個(gè)顏色的亮度相同時(shí)，k(f,g)＝1，有亮度差時(shí)k(f,g)<1。

所述的新的顏色相似性度量方法中綜合考慮色度飽和度相似系數(shù)和亮度相似系數(shù)對顏色特征的影響。對兩個(gè)系數(shù)加權(quán)，設(shè)定權(quán)值來決定兩個(gè)系數(shù)對顏色的影響程度，從而得到一個(gè)顏色相似性度量系數(shù)s(f,g):

s(f,g)＝α₁×r(f,g)+α₂×k(f,g)

其中α₁+α₂＝1，α₁>0,α₂>0,α₁>α₂。

只能以連續(xù)變化的數(shù)值范圍來表示兩種顏色的相似程度，而顏色相似系數(shù)的大小表示了顏色相似程度的大小。

所述的RGB顏色空間是最常用的顏色空間，雖然本身存在一定缺陷，但在自然環(huán)境中的光伏板積灰濃度是隨著時(shí)間的增加而增加的，也就是說RGB參數(shù)會(huì)由大變小而不會(huì)發(fā)生躍動(dòng)，所以設(shè)定一定的RGB參數(shù)閾值可以斷定積灰達(dá)到一定濃度，進(jìn)而與光伏板的發(fā)電效率聯(lián)系，做出經(jīng)濟(jì)性比較，從而優(yōu)化清理周期。

應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。