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近幾年，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電并網(wǎng)給光伏電站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來了巨大壓力。由于光伏發(fā)電設(shè)備屬于分散式發(fā)電設(shè)備，具有設(shè)備數(shù)量多、占地面積大的特點(diǎn)，且大部分光伏電站地處荒漠、山地、水上及采礦沉降區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中，因此光伏電站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)較為復(fù)雜和困難。

一

無人機(jī)巡檢在光伏電站中的應(yīng)用

Application of UAV patrol

利用無人機(jī)對(duì)光伏電站進(jìn)行日常巡視檢查及定期的紅外熱成像檢測(cè)成為減輕維護(hù)人員工作負(fù)擔(dān)的有效方式之一。無人機(jī)巡檢過程可視可控，可在光伏組件工作狀態(tài)下飛行巡檢、不會(huì)對(duì)光伏組件的完好性、工作情況造成影響，為光伏電站運(yùn)行效率與穩(wěn)定性提供必要保障。

具體的巡檢工作步驟如下：

1. 航線規(guī)劃

在航線規(guī)劃環(huán)節(jié)，為避免在后續(xù)無人機(jī)自動(dòng)巡航過程中出現(xiàn)與障礙物相碰撞、航線偏移、成像質(zhì)量低、拖尾等問題，應(yīng)綜合考慮各方面影響因素，并滿足以下幾點(diǎn)航線規(guī)劃要求。

（1）適當(dāng)擴(kuò)大航線覆蓋區(qū)域。

（2）設(shè)定合理飛行參數(shù)。

（3）規(guī)避障礙物。

2. 起飛巡檢

無人機(jī)自動(dòng)巡檢航線制定完畢，且光伏電站巡檢區(qū)域沒有檢修維保工作后，工作人員將預(yù)先制定的航線導(dǎo)入無人機(jī)中，啟動(dòng)無人機(jī)設(shè)備，無人機(jī)按既定巡檢航線開展自動(dòng)巡檢工作，抵達(dá)各處懸停點(diǎn)后，無人機(jī)在懸停點(diǎn)中止前行，此時(shí)調(diào)整可視相機(jī)與紅外熱像儀對(duì)鏡頭對(duì)巡檢區(qū)域光伏組件平面進(jìn)行拍攝，拍攝圖像會(huì)保存在攝像頭內(nèi)部?jī)?chǔ)存卡內(nèi)，并實(shí)時(shí)將飛行拍攝畫面?zhèn)髦吝b控顯示屏，并實(shí)時(shí)記錄拍攝照片的gps數(shù)據(jù)，完成既定航線規(guī)劃的巡檢任務(wù)或遇電量低時(shí)，無人機(jī)自動(dòng)返航至起飛點(diǎn)。

3. 數(shù)據(jù)傳輸

在無人機(jī)自動(dòng)巡檢過程中，將持續(xù)向工作人員與遙控顯示平臺(tái)上傳成像數(shù)據(jù)以及無人機(jī)設(shè)備的飛行數(shù)據(jù)。

其中，成像數(shù)據(jù)指，紅外熱像儀與可視相機(jī)所拍攝、顯示的地面光伏電站圖像，工作人員對(duì)圖像信息進(jìn)行分析，即可掌握光伏電站實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，快速發(fā)現(xiàn)各處光伏組件所存在的故障問題。而飛行數(shù)據(jù)指，無人機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)飛行情況及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如實(shí)時(shí)飛行風(fēng)速、偏航角度、飛行高度、飛行速度、飛行距離、實(shí)時(shí)位置等。

4. 多任務(wù)巡檢

當(dāng)前,無人機(jī)巡檢系統(tǒng)已經(jīng)具備多任務(wù)巡檢能力，在無人機(jī)自動(dòng)巡檢過程中，將同步運(yùn)行云臺(tái)控制系統(tǒng)、紅外熱像儀以及可見光相機(jī)，其中可見光相機(jī)具有成像功能配置全、有效像素與識(shí)別率高的優(yōu)勢(shì)，可承擔(dān)光伏防火巡檢、架空線路巡檢、其他日常巡檢、甚至能承擔(dān)光伏測(cè)繪。云臺(tái)系統(tǒng)具有支持多角度拍攝、成像防抖動(dòng)、通信穩(wěn)定、操作便捷等優(yōu)勢(shì)。

二

無人機(jī)巡檢故障智能診斷技術(shù)的應(yīng)用

Application of UAV patrol

目前無人機(jī)故障智能診斷主要依靠軟件來實(shí)現(xiàn)，基于視覺識(shí)別算法對(duì)無人機(jī)完成拍攝后的圖像進(jìn)行分析識(shí)別，及時(shí)發(fā)現(xiàn)所分布各處光伏組件存在的缺陷問題、鎖定具體故障位置，隨后自動(dòng)生成診斷報(bào)告、向光伏電站運(yùn)維工作人員進(jìn)行提交，同時(shí)為后續(xù)檢修工作提供信息支持。而智能診斷技術(shù)主要由以下幾項(xiàng)功能所組成。

1. 圖像預(yù)處理

目前在大多光伏電站無人機(jī)巡檢系統(tǒng)運(yùn)行過程中，受到紅外熱像儀與可視相機(jī)分辨率、飛行參數(shù)設(shè)置、飛行環(huán)境等因素影響，所拍攝圖像的成像質(zhì)量仍存在一定提升空間，且很難做到對(duì)拍攝實(shí)物全部信息的真實(shí)還原。如若直接對(duì)所拍攝圖像進(jìn)行識(shí)別，將出現(xiàn)識(shí)別誤差，且不易定位故障。

因此，首先應(yīng)開展圖像預(yù)處理作業(yè)，對(duì)所拍攝圖像中的各項(xiàng)圖像特征進(jìn)行提取、抑制變形量、有效改善圖像數(shù)據(jù)?？刹捎没叶茸儞Q、圖像濃度擴(kuò)張、圖像平滑等多種預(yù)處理技術(shù)。

2. 圖像識(shí)別

以某光伏電站無人機(jī)巡檢智能故障診斷系統(tǒng)為例，圖像識(shí)別功能的具體工作步驟如下：

（1）圖像拼接。對(duì)多張所拍攝紅外圖像信息加以有效拼接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件區(qū)域全貌的整體還原。

（2）光伏組件區(qū)域檢測(cè)。系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)所拍攝圖像開展降噪處理，并對(duì)圖像邊緣進(jìn)行保留，隨后使用特定算法，對(duì)光伏組件有效區(qū)域進(jìn)行鎖定、提取。

（3）溫度識(shí)別。在已鎖定有效光伏組件區(qū)域基礎(chǔ)上，采取灰度拉伸方法，對(duì)圖像對(duì)比度進(jìn)行增加，再將圖像灰度值計(jì)算轉(zhuǎn)換為溫度值，識(shí)別各處光伏組件的最高溫度。

（4）溫度值對(duì)比。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)所制定組件溫度閥值與實(shí)際測(cè)量溫度進(jìn)行對(duì)比分析，如若二者溫差值在合理區(qū)間范圍以內(nèi)，將對(duì)該區(qū)域光伏組件標(biāo)記“0”，以顯示電池片正常。而在溫差過大、測(cè)量溫度大于閥值時(shí)，將對(duì)該區(qū)域光伏組件標(biāo)記“1”。表明電池片出現(xiàn)故障。

（5）生成故障報(bào)表。最后，系統(tǒng)將分別生成標(biāo)記不同信號(hào)的故障報(bào)表，以及紅外圖像所對(duì)應(yīng)的整幅圖像報(bào)表，向運(yùn)維人員提供信息支持。

3. 故障定位

無人機(jī)巡檢故障智能診斷軟件對(duì)拍攝圖像做了預(yù)處理及圖像識(shí)別后，通過故障點(diǎn)導(dǎo)航、手機(jī)端導(dǎo)航、故障組件編碼，運(yùn)維人員可輕松精確找到故障診斷報(bào)告中對(duì)應(yīng)故障組件的位置，為后續(xù)故障排查、光伏組件檢修工作的開展提供有力的信息支持。

綜上所述，無人機(jī)全自巡檢及故障智能診斷技術(shù)在光伏電站應(yīng)用過程中發(fā)揮出顯著作用，有效解決了傳統(tǒng)光伏電站巡檢工作中長(zhǎng)期存在的各項(xiàng)工作難題，快速、精確發(fā)現(xiàn)各處故障點(diǎn)，幫助運(yùn)維人員全面掌握各處光伏組件的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，為光伏電站的運(yùn)行效率、發(fā)電質(zhì)量與光伏組件檢修水平提供全面保障。

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原標(biāo)題：淺析無人機(jī)巡檢及故障診斷技術(shù)在光伏電站的應(yīng)用