本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是涉及一种光伏电站中热斑定位方法。
背景技术：
随着人类社会的发展，能源短缺日益成为限制人类社会发展的一个重要因素，因此，从可能获取能源的途径获取能源是一个非常现实的方案。
太阳能发电技术以其清洁、廉价的优点得到前所未有的发展。太阳电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。但是，在太阳能发电过程中，由于太阳能电池发生损坏、电池由裂纹发展为破碎、电池特性变坏、在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，在大型太阳电池组件方阵中行间距不适合也能互相形成阴影。由于局部阴影的存在，太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大，从而在这些电池组件上产生了局部温升。太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。目前可以通过无人机携带的红外摄像装置对光伏组件进行红外摄像，进而利用热斑识别算法识别出热斑。但是，无人机飞行速度较快，且无人机与控制中心存在通信延迟，当控制中心接收到识别出热斑的指令时，无人机已经飞过了出现热斑的光伏组件，因此，现有技术存在热斑定位不准确的技术问题。
技术实现要素：
本发明实施例的目的在于提供一种光伏电站中热斑定位方法，以实现准确定位热斑的目的。具体技术方案如下：
为达到上述目的，本发明实施例提供了一种光伏电站中热斑定位方法，所述方法包括：
获取自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频；
识别出红外视频中包含热斑的当前视频帧以及所述热斑在所述当前视频帧中的坐标；
根据每块光伏组件的宽度、所述热斑在所述当前视频帧中的坐标、所述当前视频帧的横向像素数量以及所述当前视频帧的横向像素所对应的光伏组件的数量、计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离；
按照所述红外视频中各视频帧的播放顺序，获取所述当前视频帧对应的序号；
根据所述当前视频帧对应的序号、所述红外视频的帧率以及拍摄所述红外视频的设备的运动速度，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，得到第二距离；
获取所述第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，得到第三距离；
根据所述第一距离和所述第二距离的和、所述第三距离、所述第一预设坐标点的经纬度和所述第二预设坐标点的经纬度计算所述热斑的经纬度。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述获取自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频，包括：
利用无人机携带的红外摄像装置拍摄自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述利用无人机携带的红外摄像装置拍摄自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频，包括：
无人机沿第一预设坐标点开始至第二预设坐标点之间的直线飞行，利用无人机携带的红外摄像装置拍摄自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所根据每块光伏组件的宽度、所述热斑在所述当前视频帧中的坐标、所述当前视频帧的横向像素数量以及所述当前视频帧的横向像素所对应的光伏组件的数量、计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离，包括：
利用公式，计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离，其中，
l1为热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，即第一距离；n为当前视频帧横向包含的光伏组件的数量；w为每块光伏组件的宽度，单位为m；x为热斑在当前视频帧中的横坐标；α为当前视频帧的横向像素数量。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述根据所述当前视频帧对应的序号、所述红外视频的帧率以及拍摄所述红外视频的设备的运动速度，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，得到第二距离，包括：
利用公式，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，得到第二距离，其中，
l2为拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，即第二距离，单位为m；p为当前视频帧对应的序号；fps为红外视频的帧率，单位为Hz；v为红外视频的设备的运动速度，单位为m/s。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述获取所述第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，得到第三距离，包括：
利用公式，获取所述第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，得到第三距离，其中，
d为第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，即第三距离；R为第一预设坐标点、第二预设坐标点以及地心所在的地球截面对应的地球半径；Aj为第一预设坐标点的经度；Aw为第一预设坐标点的纬度；Bj为第二预设坐标点的经度；Bw为第二预设坐标点的纬度。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述根据所述第一距离和所述第二距离的和、所述第三距离、所述第一预设坐标点的经纬度和所述第二预设坐标点的经纬度计算所述热斑的经纬度，包括：
利用公式，计算所述热斑的经度，其中，
Dj为热斑的经度；L第一距离和第二距离的和，且L＝l1+l2；Aj为第一预设坐标点的经度；Bj为第二预设坐标点的经度；
利用公式，计算所述热斑的纬度，其中，
Dw为热斑的经度；L第一距离和第二距离的和，且L＝l1+l2；Aw为第一预设坐标点的纬度；Bw为第二预设坐标点的纬度。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：
利用公式，计算热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量，其中，
flag_1为热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量；y为热斑在当前视频帧中的纵像素坐标；β为当前视频帧的纵向像素数量。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述方法还包括：
利用公式，计算热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离，其中，
flag_2为热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离；m为当前视频帧所对应的光伏组件的纵向总长度，单位为m；y为热斑在当前视频帧中的纵像素坐标；β为当前视频帧的纵向像素数量。
本发明实施例提供的一种光伏电站中热斑定位方法，可以根据包含热斑的当前视频帧的序号确定出红外摄像装置在拍摄当前视频帧时所处的位置，即使通信存在延迟，也不会对当前视频帧的序号产生影响，因此可以忽略通信延迟和红外摄像装置飞行速度的影响，进而可以准确定位热斑。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的第一种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的红外摄像装置的运行路径示意图；
图3为本发明实施例提供的热斑在当前视频帧中的位置示意图；
图4为本发明实施例提供的第一预设坐标点至第二预设坐标点的直线距离相对于地球的位置示意图；
图5为本发明实施例提供的热斑在所有视频帧中的位置示意图；
图6为本发明实施例提供的计算热斑经纬度过程的示意图；
图7为本发明实施例提供的第二种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的第三种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种光伏电站中热斑定位方法。
图1为本发明实施例提供的第一种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图；如图1所示，该方法包括：
S101：获取自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频。
具体的，可以利用无人机携带的红外摄像装置拍摄自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频。还可以无人机沿第一预设坐标点开始至第二预设坐标点之间的直线飞行，利用无人机携带的红外摄像装置拍摄自第一预设坐标点开始至第二预设坐标点路径上的光伏组件的红外视频。
示例性的，图2为本发明实施例提供的红外摄像装置的运行路径示意图。可以在无人机中设置无人机的运行路径，设置的无人机的运行路径如图2所示，1号点为起点，10号点为终点，1号点至2号点之间的运行路径为第一条路径；2号点至3号点之间的运行路径为第二条路径，以此类推，10个点共可以形成5条路径。
本发明实施例仅以图2所示运行路径中的1号点到2号点为例进行说明。可以理解的是，1号点为第一预设坐标点，2号点为第二预设坐标点。
携带有红外摄像装置的无人机从1号点开始沿直线飞行至2号点，在飞行过程中，无人机可以恒定的速度运行，其携带的红外摄像装置全程拍摄光伏电站中光伏组件的红外视频。
可以理解的是，无人机也可以变速运行。当无人机变速运行时，需要记录无人机的速度随时间的变化曲线，根据该曲线计算无人机运行的距离。在实际应用中，可以调节无人机的高度或者红外摄像装置的拍摄范围，以使红外摄像装置拍摄预设数量排的光伏组件，例如，可以将无人机的高度降低，使无人机携带的红外摄像装置仅拍摄两排光伏组件。也就是说，在红外摄像装置拍摄的红外视频的视频帧中，每一视频帧的纵向方向上仅包含两排光伏组件。通常情况下，可以1号点作为起点，确定出热斑距1号点的距离，也可以以2号点为起点确定出热斑距2号点的距离，相应的，红外视频的第一帧是从2号点开始拍摄的，本发明实施例并不对起点作出限定。另外，红外摄像装置可以为红外摄像头、红外热像仪等具有拍摄红外视频功能的装置。
S102：识别出红外视频中包含热斑的当前视频帧以及所述热斑在所述当前视频帧中的坐标。
示例性的，可以利用热斑识别算法识别出包含热斑的当前视频帧，并识别出热斑在当前视频帧中的坐标。需要说明的是，热斑在当前视频帧中的坐标可以为像素坐标(x，y)。图3为本发明实施例提供的热斑在当前视频帧中的位置示意图；如图3所示，以当前视频帧为例，当前视频帧的横向像素数量为640像素，纵向像素数量是480像素；将当前视频帧的左上角作为坐标原点，当前视频帧的横向方向为x轴的正方向，当前视频帧的纵向方向为y轴的正方向，识别出热斑在当前视频帧中的像素坐标。可以理解的是，术语“像素坐标”是指，以一个像素为一个单位，热斑所处的位置至x轴对应的纵向像素数量，和热斑所处位置至y轴对应的横向像素数量。
需要强调的是，识别热斑所在的当前视频帧和热斑在当前视频帧中的坐标所用的算法包括但不仅限于热斑识别算法，其他能够实现本发明的算法，如图像边缘检测算法、图像像素直方图计算算法均可以应用在本发明实施例中，本发明实施例在此并不对其作出限定。另外，利用热斑识别算法识别热斑所在的当前视频帧和热斑在当前视频帧中的坐标为现有技术，本发明时事类在此不对其赘述。
可以理解的是，本发明实施例所说的纵向为与红外摄像装置的运动方向相同的方向，横向为垂直于和红外摄像装置的运行方向的方向；对于视频帧来说，横向为当以垂直于水平面的屏幕播放视频时，视频的水平方向即为视频帧的横向方向，垂直方向即为视频帧的纵向方向。
S103：根据每块光伏组件的宽度、所述热斑在所述当前视频帧中的坐标、所述当前视频帧的横向像素数量以及所述当前视频帧的横向像素所对应的光伏组件的数量、计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离。
具体的，可以利用公式，计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离，其中，l1为热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，即第一距离；n为当前视频帧横向包含的光伏组件的数量；w为每块光伏组件的宽度，单位为m；x为热斑在当前视频帧中的横坐标；α为当前视频帧的横向像素数量。
示例性的，如图3所示，当前视频帧中横向对应n块光伏组件，纵向包括两排光伏组件。
利用公式，计算热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，得到第一距离，
其中，l1为热斑相对所述当前视频帧的中心点的横向距离，即第一距离；n为当前视频帧横向包含的光伏组件的数量，当无人机以预设高度运行时，无人机携带的红外摄像装置视界内包含的光伏组件的数量是固定的，可以从视频帧中获取当前视频帧横向包含的光伏组件的数量；w为每块光伏组件的宽度，单位为m，该值时预设的光伏组件的沿当前视频帧的横向上的宽度；x为S102步骤中获得的热斑在当前视频帧中的横像素坐标；α为当前视频帧的横向像素数量，该值为640。
S104：按照所述红外视频中各视频帧的播放顺序，获取所述当前视频帧对应的序号。
示例性的，S101步骤中获取的红外视频中包含的1000帧视频帧。通常情况下，当播放红外视频时，是按照红外摄像装置拍摄图像时的拍摄顺序进行播放的，先拍摄的先进行播放，因此红外视频中的每一帧都存在播放的顺序，可以根据每一帧视频帧的播放顺序获取当前视频帧的序号，例如，获取的序号为p。
S105：根据所述当前视频帧对应的序号、所述红外视频的帧率以及拍摄所述红外视频的设备的运动速度，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，得到第二距离。
具体的，可以利用公式，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，得到第二距离，其中，l2为拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点的距离，即第二距离，单位为m；p为当前视频帧对应的序号；fps为红外视频的帧率，单位为Hz；v为红外视频的设备的运动速度，单位为m/s。
示例性的，图5为本发明实施例提供的热斑在所有视频帧中的位置示意图，如图5所示，利用公式，计算拍摄所述当前视频帧时，所述拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点A的距离，得到第二距离，其中，l2为拍摄所述红外视频的设备距所述第一预设坐标点A的距离，即第二距离，单位为m；p为S104步骤中获得的当前视频帧对应的序号；fps为红外视频的帧率，单位为Hz，该值为无人机携带的红外摄像装置的中设定的帧率；v为红外视频的设备的运动速度，单位为m/s，在实际应用中，该速度为无人机以设定高度设定速度运行时的运行速度。
S106：获取所述第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，得到第三距离。
具体的，可以利用公式，
获取所述第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，得到第三距离，其中，d为第一预设坐标点至所述第二预设坐标点的直线距离，即第三距离；R为第一预设坐标点、第二预设坐标点以及地心所在的地球截面对应的地球半径；Aj为第一预设坐标点的经度；Aw为第一预设坐标点的纬度；Bj为第二预设坐标点的经度；Bw为第二预设坐标点的纬度。
假设地球是球体，半径为R，以地心为原点，地轴为Z轴，北极方向为Z轴正方向，以赤道所在的平面为XY平面，地心到0度经线的方向为X轴正方向，指向90度经线方向为Y轴正方向，按照以上规则建立空间直角坐标系，则A、B两点，点A的三维坐标为(Ax,Ay,Az)，点B的三维坐标为(Bx,By,Bz)。A、B两点的经度和纬度坐标为(Aj，Aw)和(Bj，Bw)。
且其中，为地心至A的向量，为地心至B的向量；θ为与的夹角。
另外，
(Ax,Ay,Az)＝(R·cosAw·cosAj,R·cosAw·sinAj,R·sinAw)
(Bx,By,Bz)＝(R·cosBw·cosBj,R·cosBw·sinBj,R·sinBw)
其中，
为弧AB的长度；R为A、B、O三点确定出的一个半径为R的圆平面；θ为OA与OB的夹角。
因此，可以计算出：
图4为本发明实施例提供的第一预设坐标点至第二预设坐标点的直线距离相对于地球的位置示意图，如图4所示，第一预设坐标点至第二预设坐标点B的直线距离为d，由于地球的半径远远大于d，因此，可以认为约等于d。
需要强调的是，1号点也就是A点、2号点也就是B点、3号点、···、10号点的经纬度可以由GPS设备预先读取出来。
S107：根据所述第一距离和所述第二距离的和、所述第三距离、所述第一预设坐标点的经纬度和所述第二预设坐标点的经纬度计算所述热斑的经纬度。
具体的，可以利用公式，计算所述热斑的经度，其中，Dj为热斑的经度；L第一距离和第二距离的和，且L＝l1+l2；Aj为第一预设坐标点的经度；Bj为第二预设坐标点的经度。
还可以利用公式，计算所述热斑的纬度，其中，Dw为热斑的经度；L第一距离和第二距离的和，且L＝l1+l2；Aw为第一预设坐标点的纬度；Bw为第二预设坐标点的纬度。
示例性的，利用公式L＝l1+l2计算S103步骤中获得的第一距离l1与S105步骤得到的第二距离l2的和L。
图6为本发明实施例提供的计算热斑经纬度过程的示意图，如图6所示，C点的经纬度为(Cj，Cw)；热斑所在位置为D点，且D点的经纬度为(Dj，Dw)；E点的经纬度为(Ej，Ew)；F点的经纬度为(Fj，Fw)，则有：
Dj＝Fj，Dw＝EW
Bj＝Cj，Aw＝CW
另外，由于A点距B点的距离为d，热斑所在位置D点距A点的距离为L，
且L＝l1+l2，则有：
因此，
然后再将第一距离和第二距离的和、S106步骤中获得的第三距离d、第一预设坐标点的经纬度(Aj，Aw)和所述第二预设坐标点的经纬度计算所述热斑的经纬度(Bj，Bw)，带入如下公式，
计算热斑的经纬度。
应用本发明图1所示实施例提供的一种光伏电站中热斑定位方法，可以根据包含热斑的当前视频帧的序号确定出红外摄像装置在拍摄当前视频帧时所处的位置，即使通信存在延迟，也不会对当前视频帧的序号产生影响，因此可以忽略通信延迟和红外摄像装置飞行速度的影响，进而可以准确定位热斑。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本发明实施例还提供了第二种光伏电站中热斑定位方法。
图7为本发明实施例提供的第二种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图，如图7所示，本发明图7所示实施例在本发明图1所示实施例的基础上增加了S108：
利用公式，计算热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量，其中，
flag_1为热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量；y为热斑在当前视频帧中的纵坐标；β为当前视频帧的纵向像素数量。
示例性的，热斑在当前视频帧中的像素坐标为(x，y)，其中，x为横向像素坐标，y为纵向像素坐标。利用公式，计算热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量，其中，flag_1为热斑距所述当前视频帧的中心点的纵向像素数量，β为当前视频帧的纵向像素数量。
可以理解的是，当前视频帧的左上角为原点时，flag_1为正时，热斑位于当前视频帧的中心点的下方；当flag_1为负值时，热斑位于当前视频帧的中心点的上方。
在当前视频帧的纵向上仅包含两排光伏组件时，当前视频帧的中心点位于两排光伏组件的中间，可以利用本发明图6所示实施例判断热斑是在两排光伏组件中的纵向上的上一排还是下一排。
应用本发明图7所示实施例，可以判断出热斑在当前视频帧的纵向的上部分还是下部分，可以更加精确的确定热斑的位置。
本发明实施例还提供了第三种光伏电站中热斑定位方法。
图8为本发明实施例提供的第三种光伏电站中热斑定位方法的流程示意图，如图8所示，本发明图8所示实施例在本发明图1所示实施例的基础上增加了S109：
利用公式，计算热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离，其中，
flag_2为热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离；m为当前视频帧所对应的光伏组件的纵向总长度，单位为m；y为热斑在当前视频帧中的纵像素坐标；β为当前视频帧的横向像素数量。
示例性的，热斑在当前视频帧中的像素坐标为(x，y)，其中，x为横向像素坐标，y为纵向像素坐标。利用公式，计算热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离，其中，flag_2为热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离，β为当前视频帧的纵向像素数量。
可以理解的是，当前视频帧的左上角为原点时，flag_2为正时，热斑位于当前视频帧的中心点的下方；当flag_2为负值时，热斑位于当前视频帧的中心点的上方。
在当前视频帧的纵向上仅包含两排光伏组件时，当前视频帧的中心点位于两排光伏组件的中间，可以利用本发明图8所示实施例判断热斑是在两排光伏组件中的纵向上的上一排还是下一排。
当然，在当前视频帧的纵向上仅包含两排光伏组件时，当前视频帧的中心点位于两排光伏组件的中间，视频帧的纵向上所有的像素对应的光伏组件的纵向上的总长度为两排光伏组件纵向上的总长度，如果一排光伏组件纵向上的长度为3m，则两排光伏组件纵向上的长度为6m。当然，如果两排光伏组件纵向上还具有间隙的话，两排光伏组件纵向上的总长度还应包括两排光伏组件在纵向上的间隙的宽度。利用本发明图8所示实施例，还可以计算出热斑相对当前视频帧对应的光伏组件区域的中心点的纵向距离。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、存储介质、系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。