一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法

本发明涉及一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的技术，属于光伏电站巡检与运维。

背景技术：

1、随着发电效率持续提升、度电成本持续降低、装机容量显著增长，光伏发电在能源结构中已占据重要地位。安装在户外的光伏组件可能存在故障、缺陷等问题，造成输出功率损失，形成温度异常现象，影响光伏系统的稳定性。因此，光伏系统的巡检与运维受到越来越广泛的关注。相比于人工巡检，无人机巡检更高效。通过无人机搭载云台，采集光伏组件的可见光图像与红外图像，进行分析与诊断，具有广阔的应用前景。

2、值得注意的是，高质量的图像采集对于光伏系统的巡检与运维至关重要。面向光伏电站的高质量图像采集应避免太阳反光。近似平行的太阳光线到达光伏组件表面后，少部分发生镜面反射，并且经过相机镜头到达探测器，使某一区域采集的辐射得到增强，将严重干扰光伏组件的缺陷诊断。现有技术研究了面向光伏电站的无人机自主巡检路径规划，以及图像质量与光伏组件像素数量之间的相关性。然而，图像采集避免太阳反光的问题尚未解决。如何分析太阳光线角度随时间变化的规律，明确图像采集避免太阳反光的约束条件与时间范围，是面向光伏电站的无人机巡检需要考虑的重要问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在解决现有技术中存在的不足，从光伏电站的智能巡检与智慧运维角度出发，结合光伏组件安装角度与太阳光线角度，以及无人机搭载相机的视场角与俯仰角，提供一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法。

2、技术方案：本发明的一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，依次包括以下步骤：

3、s1：根据光伏组件的安装角度，无人机搭载相机的视场角与俯仰角，以及太阳光线的角度，给出避免太阳反光应满足的约束条件；

4、s2：根据光伏组件所在光伏电站的纬度与经度，分析太阳光线角度随时间变化的规律；

5、s3：设置无人机搭载相机的俯仰角，判断某一时刻是否满足避免太阳反光的约束条件；

6、s4：以年为周期，统计面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的时间范围。

7、进一步的，所述步骤s1中，光伏组件在南北方向以固定角度β倾斜安装，相机的对角线视场角为dfov，偏航角为0°，滚转角为0°，俯仰角为γ，太阳高度角为α。太阳光线在东西方向、南北方向所属垂直平面的投影分别为l1、l2；l1与正东方向的夹角为α1，l2与正南方向的夹角为α2。避免太阳反光应满足的约束条件如下：

8、

9、其中，ε是误差项。

10、进一步的，所述步骤s2中，在中国地区，根据光伏电站经度lo与北京时间τ0，计算时差δτ与真太阳时τ如下：

11、

12、τ＝τ0+δτ

13、计算一年之中第n天，太阳赤纬δ与时角ω如下：

14、

15、

16、根据光伏电站的纬度计算太阳高度角α如下：

17、

18、计算太阳方位角θ的正弦值与余弦值如下：

19、sin(θ)＝-cos(δ)·sin(ω)/cos(α)

20、

21、将太阳光线在东西方向、南北方向所属的垂直平面分别投影为l1、l2；计算l1、l2分别与正东、正南方向的夹角α1、α2如下：

22、

23、进一步的，所述步骤s3中，设置相机的俯仰角γ；设置误差项ε；给定光伏组件在南北方向倾斜安装的角度β；给定相机的对角线视场角dfov；根据光伏电站的纬度与经度lo，依据步骤s2，计算某一时刻的α1与α2；将dfov，γ，β，ε，α1，α2代入步骤s1中避免太阳反光的约束条件，判断该约束条件是否成立。

24、进一步的，所述步骤s4中，设置时间间隔σ，σ∈{1,2,3,5,10}。将00:00作为每天的第一个观测时刻，此后每隔σ分钟新增一个观测时刻，直到24:00。以一年365天作为一个周期，依据步骤s3，判断每天的所有观测时刻是否满足步骤s1的约束条件。如果相邻两个观测时刻都满足步骤s1的约束条件，则认为这两个观测时刻对应的区间也满足约束条件。记录一年之中所有满足约束条件的区间，作为面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的时间范围。

25、有益效果：

26、本发明提供了一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，结合光伏组件安装角度，无人机搭载相机的视场角与俯仰角，以及太阳光线的角度，给出图像采集避免太阳反光应满足的约束条件。基于太阳光线角度随时间变化的规律，通过设置相机的俯仰角，获取图像采集避免太阳反光的时间范围。该方法可以结合无人机自主巡检技术，实现面向光伏电站的高质量图像采集，为光伏组件的缺陷诊断技术提供重要数据支持。

技术特征：

1.一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，其特征在于：所述步骤s1中，光伏组件在南北方向以固定角度β倾斜安装；无人机搭载相机的对角线视场角为dfov，偏航角为0°，滚转角为0°，俯仰角为γ；太阳高度角为α，太阳光线在东西方向、南北方向所属垂直平面的投影分别为l1、l2；l1与正东方向的夹角为α1，l2与正南方向的夹角为α2；避免太阳反光满足的约束条件如下：

3.根据权利要求2所述的一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，其特征在于：所述步骤s2中，在中国地区，根据光伏电站经度lo与北京时间τ0，计算时差δτ与真太阳时τ如下：

4.根据权利要求3所述的一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，其特征在于：所述步骤s3中，设置相机的俯仰角γ；设置误差项ε；给定光伏组件在南北方向倾斜安装的角度β；给定相机的对角线视场角dfov；根据光伏电站的纬度与经度lo，依据步骤s2，计算某一时刻的α1与α2；将dfov，γ，β，ε，α1，α2代入步骤s1中避免太阳反光的约束条件，判断该约束条件是否成立。

5.根据权利要求1所述的一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，其特征在于：所述步骤s4中，设置时间间隔σ，σ∈{1,2,3,5,10}；将00:00作为每天的第一个观测时刻，此后每隔σ分钟新增一个观测时刻，直到24:00；以一年365天作为一个周期，依据步骤s3，判断每天的所有观测时刻是否满足步骤s1的约束条件；如果相邻两个观测时刻都满足步骤s1的约束条件，则认为这两个观测时刻对应的区间也满足约束条件；记录一年之中所有满足约束条件的区间，作为面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的时间范围。

技术总结本发明公开了一种面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的方法，包括以下步骤：根据光伏组件的安装角度，无人机搭载相机的视场角与俯仰角，以及太阳光线的角度，给出避免太阳反光应满足的约束条件；根据光伏组件所在光伏电站的纬度与经度，分析太阳光线角度随时间变化的规律；设置无人机搭载相机的俯仰角，判断某一时刻是否满足避免太阳反光的约束条件；以年为周期，统计面向光伏电站的无人机图像采集避免太阳反光的时间范围。本发明可以结合无人机自主巡检技术，实现面向光伏电站的高质量图像采集，为光伏组件的缺陷诊断技术提供重要数据支持。技术研发人员：沈堉,童朝流,胡语涵,张侃健,魏海坤受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25