一种高效的光伏电站无人机巡检方法及系统与流程

本发明公开一种高效的光伏电站无人机巡检方法及系统，应用于光伏电站无人机巡检，也可用于固定目标物体巡检拍摄的高效路径规划。

背景技术：

1、现有技术光伏电站无人机巡检，采集数据会出现图像冗余的情况，视频采集数据模式-采集数据量较大，传输效率低。

2、现有技术cn 115480589 a基于无人机的风机巡检航线生成方法及系统，本方法只需要输入风机的地理信息与自身参数，就可以自动识别风机停机时的偏航角和叶片角度，自动生成巡检航线使得飞行过程中不需要人工参与，实现无人机能够任意点起飞，风机能够停在任意角度。但是目标数据采集使用连续视频或图片的拍摄方式，比较耗时和浪费硬件资源。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于在光伏电站的无人机高效巡检方案，使用现有的目标位置，规划最少得拍照次数并保证完全覆盖所有物体，且在拍摄时就已知照片中的目标编号及相关信息，提高巡检的效率和准确率避免了资源的浪费。

2、因此，本发明的最终目的是发明一种高效的光伏电站无人机巡检方案。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种高效的光伏电站无人机巡检方法，包括以下步骤:

5、s1，无人机采集光伏电站图片，生成二维正射全景图，获取数字高程信息；

6、s2，提取二维正射全景图中的组件位置，划分拍摄范围；

7、s3，根据拍摄范围和相机信息生成无人机拍摄位置；

8、s4，将无人机拍摄位置转换为可执行的巡检文件，执行巡检。

9、较优地，步骤s1具体包括以下步骤：

10、101)控制无人机组到光伏电站正上方采集照片；

11、102)基于采集到的光伏电站正上方的照片制作二维正射全景图(瓦片图)，获取数字高程信息(3d建模信息)。

12、较优地，步骤s2具体包括以下步骤：

13、201)标注二维正射全景图中组件位置；

14、使用图像视觉的分割和合并算法识别并标注二维正射全景图中的光伏组件w＝(w1,w2,…wi…wn),n是识别出来的光伏组件的数量，wi表示第i个光伏组件，i＝1,2…n；获得光伏组件gps位置信息，得到光伏组件的经纬度；

15、gps位置信息包括光伏组件四个角的gps信息，根据光伏组件四个角的gps信息获得每个光伏组件面积；

16、202)将所有光伏组件gps位置信息映射到世界坐标系中；

17、步骤202)具体包括以下步骤：

18、将第i个光伏组件的gps位置信息(lng_i,lat_i)转到世界坐标系中；

19、

20、

21、公式中的π是指的常数3.1415926；lng_i表示第i个光伏组件的经度，lat_i表示第i个光伏组件的维度；xwi表示世界坐标系中第i个光伏组件的横坐标，ywi表示世界坐标系中第i个光伏组件的纵坐标；

22、分别基于xwi和ywi按照从小到大排序组成数组xw和yw；

23、xw＝(x1,x2,…xj…xn) (3)

24、yw＝(y1,y2,…yj…yn) (4)

25、j＝1,2…n；xj表示排序后的数组xw中的第j个数据；yj排序后的数组yw中的第j个数据；将以数组xw排序对应的光伏组件使用递归算法分为不同的行；将以数组yw排序对应的光伏组件使用递归算法分为不同的列；获得所有光伏组件的带有行列编号的排序矩阵a，将排序矩阵a中的元素使用对应的光伏组件的gps位置信息表示，建立排序矩阵a对应的gps矩阵l：

26、

27、其中，lpq表示gps矩阵l中的第p行第q列的光伏组件；p＝1,2…n，q＝1,2…n；

28、基于光伏组件的支架四个角点的gps信息，设定每张照片需要拍摄的最大支架个数的行列数获得无人机拍摄最大宽度w，基于数字高程信息，计算出无人机拍摄点的高度h(根据无人机拍摄最大宽度w和数字高程信息，计算获得无人机拍摄点的高度h)；

29、建立gps矩阵l具体包括以下步骤：从1列到n列的顺序是横轴大小决定的，使用递归算法递归yw数组，判断是否为同一列的光伏组件；以yw数组中元素从小到大循环寻找位于同一列的支架，判断是否为处于同一列的支架，分别计算相邻两个支架最左边和最后边的x轴坐标区间，求出所述两个支架x轴坐标区间的并集，x轴坐标区间的并集与两支架中任一支架的x轴坐标区间的重叠率大于限定值，即并集大小占两支架中任一支架的x轴坐标区间的比值(重叠率)大于限定值，则所述两个支架在同一列；获得gps矩阵的n列排序；

30、从1到n行的顺序是纵轴大小决定的，所以使用递归算法递归xw数组，判断是否为同一行的依据：以xw数组中元素从小到大循环寻找位于同一行的支架，判断是否为处于同一行的支架，分别计算相邻两个支架最上边和最下边的y轴坐标区间，求出所述两个支架y轴坐标区间的并集，y轴坐标区间的并集与两支架中任一支架的y轴坐标区间的重叠率大于限定值，即并集大小占两支架中任一支架的y轴坐标区间的比值(重叠率)大于限定值则所述两个支架在同一行，获得gps矩阵的n行排序；

31、遍历数组yw得到的行排序，通过支架的gps信息在列排序里找到对应的列，确当所述支架所在的行列坐标，确定gps矩阵中对应的坐标；

32、203)根据光伏组件面积和光伏组件的gps矩阵l动态的划定拍摄范围。

33、较优地，步骤s3具体包括以下步骤：

34、301)根据gps矩阵l中的组件位置确定无人机每一个拍摄点的gps坐标；

35、302)根据拍摄点的gps坐标和拍摄高度h，生成的无人机拍摄位置信息，控制无人机调整偏航角、云台角度、焦距和无人机gps偏差补偿，使无人机在作业时高度尽可能保持平行，减少耗电量，提高巡检效率。

36、较优地，步骤s4具体包括以下步骤：

37、401)将无人机拍摄位置信息转为kml格式的无人机航线文件；将航点信息按照kml格式要求生成kml格式的文本；

38、402)将无人机航线文件导入到无人机遥控器，执行飞行任务。

39、一种高效的光伏电站无人机巡检系统，包括二维正射全景图生成单元、拍摄范围划分单元、拍摄点确认单元和执行巡检单元；

40、二维正射全景图生成单元控制无人机采集光伏电站图片，生成二维正射全景图，获取数字高程信息；

41、拍摄范围划分单元提取二维正射全景图中的组件位置，划分拍摄范围；

42、拍摄点确认单元根据拍摄范围和相机信息生成无人机拍摄位置；

43、执行巡检单元将无人机拍摄位置转换为可执行的巡检文件，执行巡检。

44、二维正射全景图生成单元工作过程具体包括以下步骤：

45、101)控制无人机组到光伏电站正上方采集照片；

46、102)基于采集到的光伏电站正上方的照片制作二维正射全景图，获取数字高程信息。

47、拍摄范围划分单元工作过程具体包括以下步骤：

48、201)标注二维正射全景图中组件位置；

49、使用图像视觉的分割和合并算法识别并标注二维正射全景图中的光伏组件w＝(w1,w2,…wi…wn),n是识别出来的光伏组件的数量，wi表示第i个光伏组件，i＝1,2…n；获得光伏组件gps位置信息，得到光伏组件的经纬度；

50、gps位置信息包括光伏组件四个角的gps信息，根据光伏组件四个角的gps信息获得每个光伏组件面积；

51、202)将所有光伏组件gps位置信息映射到世界坐标系中；

52、步骤202)具体包括以下步骤：

53、将第i个光伏组件的gps位置信息(lng_i,lat_i)转到世界坐标系中；

54、

55、

56、公式中的π是指的常数；lng_i表示第i个光伏组件的经度，lat_i表示第i个光伏组件的维度；xwi表示世界坐标系中第i个光伏组件的横坐标，ywi表示世界坐标系中第i个光伏组件的纵坐标；

57、分别基于xwi和ywi按照从小到大排序组成数组xw和yw；

58、xw＝(x1,x2,…xj…xn) (3)

59、yw＝(y1,y2,…yj…yn) (4)

60、j＝1,2…n；xj表示排序后的数组xw中的第j个数据；yj排序后的数组yw中的第j个数据；

61、将以数组xw排序对应的光伏组件使用递归算法分为不同的行；将以数组yw排序对应的光伏组件使用递归算法分为不同的列；获得所有光伏组件的带有行列编号的排序矩阵a，将排序矩阵a中的元素使用对应的光伏组件的gps位置信息表示，建立排序矩阵a对应的gps矩阵l：

62、

63、其中，lpq表示gps矩阵l中的第p行第q列的光伏组件；p＝1,2…n，q＝1,2…n；

64、基于光伏组件的支架四个角点的gps信息，设定每张照片需要拍摄的最大支架个数的行列数，获得无人机拍摄最大宽度w，基于数字高程信息，计算出无人机拍摄点的高度h；

65、遍历数组yw得到的行排序，通过支架的gps信息在列排序里找到对应的列，确当所述支架所在的行列坐标，确定gps矩阵中对应的坐标；

66、203)根据光伏组件面积和光伏组件的gps矩阵l动态的划定拍摄范围；

67、建立gps矩阵l具体包括以下步骤：从1列到n列的顺序是横轴大小决定的，使用递归算法递归yw数组，判断是否为同一列的光伏组件；以yw数组中元素从小到大循环寻找位于同一列的支架，判断是否为处于同一列的支架，分别计算相邻两个支架最左边和最后边的x轴坐标区间，求出所述两个支架x轴坐标区间的并集，x轴坐标区间的并集与两支架2任一支架的x轴坐标区间的重叠率大于限定值，则所述两个支架在同一列；获得gps矩阵的n列排序；

68、从1到n行的顺序是纵轴大小决定的，所以使用递归算法递归xw数组，判断是否为同一行的依据：以xw数组中元素从小到大循环寻找位于同一行的支架，判断是否为处于同一行的支架，分别计算相邻两个支架最上边和最下边的y轴坐标区间，求出所述两个支架y轴坐标区间的并集，y轴坐标区间的并集与两支架中任一支架的y轴坐标区间的重叠率大于限定值，则所述两个支架在同一行，获得gps矩阵的n行排序。

69、拍摄点确认单元工作过程具体包括以下步骤：

70、301)根据gps矩阵l中的组件位置确定无人机每一个拍摄点的gps坐标；

71、302)根据拍摄点的gps坐标和拍摄高度h，生成的无人机拍摄位置信息，控制无人机调整偏航角、云台角度、焦距和无人机gps偏差补偿，使无人机在作业时高度保持平行；

72、执行巡检单元工作过程具体包括以下步骤：

73、401)将无人机拍摄位置信息转为kml格式的无人机航线文件；将航点信息按照kml格式要求生成kml格式的文本；

74、402)将无人机航线文件导入到无人机遥控器，执行飞行任务。

75、与现有技术相比，本技术具体包括以下有益效果：

76、本技术公开一种高效的光伏电站无人机巡检方法及系统，使用现有的目标位置，先计算光伏组件的gps矩阵，通过矩阵规划拍摄点，规划最少的拍照次数并保证完全覆盖所有物体，且在拍摄时就已知照片中的目标编号及相关信息，提高了巡检的效率和准确率避免了资源的浪费。

77、本技术在采集数据之前，提前规划出要采集的照片中的组件位置及数量，降低了冗余，提升了传输效率和分析效率。