2023新能源光伏电站无人机巡检技术方案

新能源光伏电站无人机巡检技术方案目录13184_WPSOffice_Level11光伏电站无人机巡检技术方案 214958_WPSOffice_Level21.1无人机巡检系统解决方案 214958_WPSOffice_Level31.1.1巡检方案介绍 324227_WPSOffice_Level31.1.2系统硬件设计方案 415703_WPSOffice_Level31.1.3运营期无人机巡检方案 136519_WPSOffice_Level31.1.4建设期无人机工程管控方案 18光伏电站无人机巡检技术方案无人机巡检系统解决方案无人机智能巡检通过无人机技术、视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件异常情况引起的热斑损等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。系统终端设备采用大疆经纬M300RTK无人机，搭载禅思H20T云台相机，对光伏组件进行红外及可见光的有效拍摄，通过视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件由灰尘、污垢、遮挡、鸟粪、隐裂、二极管损坏等异常情况引起的热斑等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。系统可根据场站的实际情况进行巡检路线的合理规划；结合平台的气象、无人机状态、预设参数等有效信息自主完成巡检任务；巡检采集的数据回传至系统进行AI分析诊断；半小时内出具完整的故障诊断报告；结合诊断报告的内容，系统将故障信息下发至维护人员移动终端，维护人员根据故障原因和故障定位进行定点维护，并将维护结果反馈系统中；系统根据反馈的维护信息及的平台的实时数据确定维护结果的有效性，进行派单复查消缺，形成完整闭环。巡检方案介绍无人机智能巡检通过无人机技术、视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件异常情况引起的热斑损等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。系统终端设备采用大疆经纬M300RTK无人机，搭载禅思H20T云台相机，对光伏组件进行红外及可见光的有效拍摄，通过视频传输技术、图像处理分析技术等技术的创新应用，实现对光伏组件由灰尘、污垢、遮挡、鸟粪、隐裂、二极管损坏等异常情况引起的热斑等异常问题的分析、定位、处理。通过该系统的建设，切实提高光伏电站运维巡检效率，降低成本，推动电站的智能化运维建设。系统可根据场站的实际情况进行巡检路线的合理规划；结合平台的气象、无人机状态、预设参数等有效信息自主完成巡检任务；巡检采集的数据回传至系统进行AI分析诊断；半小时内出具完整的故障诊断报告；结合诊断报告的内容，系统将故障信息下发至维护人员移动终端，维护人员根据故障原因和故障定位进行定点维护，并将维护结果反馈系统中；系统根据反馈的维护信息及的平台的实时数据确定维护结果的有效性，进行派单复查消缺，形成完整闭环。系统硬件设计方案无人机本体智能专业级动力无人机飞行器飞机主体为大疆行业级“M300RTK”无人机，具有机动灵活、携带方便、飞行速度快等优点，机身采用可折叠式设计，使用时快速拆卸及安装；机体材料采用碳纤维机体，强度高，重量轻，7级风速下也可稳定飞行，复杂的工作环境也能承担重任；内置GPS模块，可实时定位飞行位置。无人机主体和遥控器遥控器界面机身采用碳纤维材料，模块化、可折叠机臂及快拆桨设计，可快速拆装。装有指示灯；地面控制站具有指示灯的开关。展开后对角线轴距≤1510mm。续航时间≥55min，5kg负载的续航时间≥45min。可实时将飞行数据（包括当前位置，飞行姿态，飞行高度，电池电量等）信息传到控制站。系统具有低电量保护功能，系统可根据动力巡检系统电池电量实现三级低电量保护提示或操作。当动力巡检系统与控制站控制链路中断时，动力巡检系统能够继续执行完预定航线后回到起飞点上空，垂直降落。具有手动、增稳和全自主三种飞行模式，可相互切换。具备飞行参数记录单元，其记录参数包括：身份识别编码、坐标、速度、高度、航迹、飞行姿态、控制站操纵记录等；飞行参数可存储、导出并回放，持续存储数据时间＞4000h。具备禁飞区设置功能：在飞行过程中无法进入禁飞区执行飞行任务；支持手动设置临时禁飞区，禁飞区可设置圆形或多边形；在禁飞区边缘，自动设置警告区，当飞机接近禁飞区时，发出警告并限速。具备限飞区设置功能，在飞行过程中只能在限制的飞行区域内执行飞行任务，可设置成圆形或多边形限飞区域。最大可承受风速15m/s。单次飞行任务中可设置的航点数量≥1000个。能够在小雨条件起飞，功能正常。防护等级IP45。工作温度：-20℃～50℃。智能双光谱热成像云台支持可见光和热成像双通道图像，均具有双码流功能：可见光视频分辨率不低于≥3840x2160；热成像视频分辨率≥640×512，帧率不低于25fps。可见光通道支持不低于10倍的光学变焦功能和4倍的数字变倍功能；可见光和热成像通道均支持数字降噪功能。可见光通道可通过控制站划定监视画面中的任意区域，在旋转角度允许的条件下，可将该区域处于屏幕中心位置并自动进行变焦、聚焦。热成像通道画面能够实时显示最高温度和最低温度。热成像支持区域测温功能，可显示设定区域的最高温度、最低温度。热成像通道支持白热、黑热、色彩等多种显示模式选择。相机图像及编码参数，可在飞行过程中通过控制站进行设置。云台搭载的相机应同时支持录像和抓图功能，可通过控制站控制相机进行抓图和录像。可将视频图像存储至TF卡，支持TF卡热插拔。智能动力巡检系统地面站具有MicroHDMI输出，3.5mm标准输入输出口、MicroUSB、4GSIM卡接口，TF卡槽，SDI、AV拓展接口；具有可拆卸式肩带。配置≥8英寸液晶显示屏，显示屏应具有多点触摸功能，支持手势操控。具有移动、联通、电信4G及有线网络传输功能。综合显示系统应显示飞行参数和任务参数，应包括高度、速度、航向、飞行航迹坐标、飞行姿态、剩余电量、飞行时间等。当动力巡检系统发生电量不足（一级、二级、三级低电量）、超速飞行、姿态角超过规定范围、定位卫星数量不足、发动机异常、通信中断等情况时，控制站应能进行声、光报警。控制站能通过屏幕提示、蜂鸣器、振动方式进行报警。内置GPS模块，可对当前控制站位置进行定位，支持根据控制站实时位置动态更新返航点。具有手动飞行、自动飞行、云台操控功能。具有一键起飞降落按键、一键返航按键、紧急制动按键、录像按键，云台图像抓拍按键。可预设航线，最大预设航线数≥1000；且支持在线修改与加载航线，具有飞行状态回报与显示能力；支持航线模板功能。当飞行控制、电池电压、发动机转速、遥控遥测信号模块或部件发生故障时，控制站应能进行声、光报警，自动锁定动力巡检系统、禁止飞行。支持手动设置电子围栏，且可设置圆形或多边形形状电子围栏。通过4G或有线网络接入系统管理平台，并能接收管理平台发出的动力巡检系统飞行控制指令。支持GB/T28181协议。支持目标点定位功能，通过动力巡检系统云台摄像机回传的实时图像计算目标点与动力巡检系统之间的距离及目标点的经纬度信息，并在控制站地图上标示目标点位置。动力巡检系统挂载高清增稳云台时，支持三画面切换（可见光画面、热成像画面和地图）；支持双镜头参数配置及双码流录像、回放功能；支持双码流录像、回放功能。输电线路高清平面地图导入功能：支持Google地球厂区的高清地图和高清厂区平面正射地图导入。动力巡检系统可通过地面站控制软件航线模板设计航线，并保存。动力巡检系统按照航线自动飞行巡航。全自动无人机机库日常光伏巡检中，无人机仍旧需要人力搬运至室外，安装电池，展开机翼、开关机、手持遥控器操作飞行，飞行途中由于电池容量不足，需要人为更换电池。这种依赖人工的方式，其效率低下，无法实现完全自动化。无人机机库是实现无人机全自动作业的地面基础设施，是实现无人机自动起降、存放、自动充/换电、远程通信、数据存储、智能分析等功能的重要组成。依托于自动机场的全自动化功能，无人机可以在无人干预的情况下自行起飞和降落、充/换电，有效替代人工现场操作无人机，提高作业效率，彻底实现无人机的全自动作业，实现输电线路“远程监控，少人值守”建设方针。由机库、射频气象地面站等固定设备和配套软件组成的无人机飞行器机场可完成飞行器的收纳、释放、遥控、导航、充电、换电和数据传输、转储等功能。机库与无人机系统配套，满足无人机起飞及降落功能。机库负责监测所在区域的气象状况、判断适飞条件，并通过射频地面站或4G/5G移动网络与处于其服务范围内的无人机飞行器联络通信，完成对飞行器的远程控制和操作，同时获得飞行状态和图像、视频等载荷数据。机场可自动打开由飞行器舱、顶盖、升降平台和配套机电装置及通信、控制设备组成的机库，等待飞行器降落。飞行器在接近目标机场后会根据卫星定位数据和机库的视觉特征、标识主动寻找、定位机库并按接收到的指令准确降落到机库升降平台的中心区域。机库可在确认飞行器降落到平台的有效位置后捕获飞行器、识别/修正其姿态以及自动折合飞行器桨叶并收纳入封闭机库以提供给飞行器适宜、受控的环境并保障其物理安全。机库可为飞行器提供稳定、可靠的高精度飞行器电池更换机械装置，该装置可自动为飞行器拔取、更换电池以及对飞行器进行开关机；机库应为飞行器电池提供稳定、安全、智能的充放电管理系统，该系统应满足同时对不少于四组飞行器电池的管理。机库可满足对飞行器更换电池时间少于2分钟，机库为飞行器自动更换完电池具备二次飞行的时间间隔少于3分钟。飞行器可上传其飞行任务期间存储的应用载荷数据（如图像、视频等）至机库，清空内部存储空间。机库在通信网络空闲时将载荷数据逐步转储到云端或本地服务器。机场具备对飞行器电池健康状态及历史飞行、充电数据的统计和分析，并具备更换电池时选择电池健康状态及电量最佳的一组优先的智能判断系统。调用机场执行任务前可首先通过机场的气象传感器、监控摄像获取实时气象数据以判断环境是否符合任务要求。起飞至预计返航降落期间的风速、光照、能见度不满足飞行器运用要求的不得执行飞行任务。飞行过程中，机场可始终通过射频气象地面站与飞行器保持通信并进行实时图传，及飞行器遥测信息，遥测信息包括且不限于飞行器位置、剩余电池电量及工作温度，卫星数量、RTK信号信息、飞行器续航时间等。飞行器降落时可具备2种精准降落定位方式，且风速、光照、能见度等突发状况导致不能满足准确定位条件时应关闭机库并将飞行器降落在机库旁边的备降区域，待条件满足时再起飞并降落至机库的升降平台。飞行器返航途中若判断环境气象条件、剩余电量及工作温度已经无法完成返航，应在保障人员及飞行器安全的前提下尽快中止任务并就地或选择适当地点迫降。机场系统具备夜降功能。机场具备温湿度传感器和温控系统，可以自动调节机场内部温度、湿度以满足飞行器及飞行器电池存储条件。机场具备声光警示功能，以提醒机场周边人员注意在进行飞行器升降作业。项目要求值长/宽/高(舱门关闭)≦1.65m(L)*1.65m(W)*1.67m(H)长/宽/高(舱门打开)≦3.00m(L)*1.65m(W)*1.67m(H)箱体材料铝合金/不锈钢重量≦1300kg作业方式自动换电同时更换电池数可同时更换2块电池无人机容量1架二次作业间隔时间≦3min机械重复定位精度±0.1mm输入电压200~240Vac输入接口3芯国标电源接口断电保护可选装UPS机场最大功率≦2300W机场待机功率≦500W工业空调功率制冷量≥2000W，功耗≦875W最大充电功率≥940W支持电池数量≥4组无人机精准降落辅助视觉降落/RTK/GPS有线网络接入宽带/光纤无线网络接入4G/5G工作环境温度-20℃至50℃内部环境控制系统自动恒温、自动除湿机场结构具备箱体骨架、双层壳体，内外结构加强具备防水结构和导流结构，排线结构规范隔热层有作业状态灯光有机场内部环境监测温湿度监测/摄像头监控雨天工作能力小雨(＜10mm/24h)大风工作能力6级(≤13.8m/s)防护等级IP54工作噪音≦65dB无人机管理有电池管理有机场管理有数据记录具备机场运行记录和故障日志具备无人机飞行视频记录具备内、外部监控数据记录调试触控有机场软件升级方式现场升级/OTA远程升级电气安全保护具有接地保护、防浪涌、防静电、抗电压扰动符合标准GB4943信息技术设备的安全GB28281视频监控技术要求GB/T5226.1机械电气安全GB/T17626电磁兼容欧盟CE标准第三方检测报告有独立式通信站规格参数通信站布置方式可独立部署通信站尺寸≦0.6m(L)*0.6m(W)*1.58m(H)通信站重量≦120kg外置天线2根通信站功率待机≦120W，峰值功率≦400W通信站空调制冷量≥500瓦，功率≦260W防护等级IP54气象站规格参数气象站高度3米/4米气象站重量≦40kg机场外监控摄像头不低于200万像素，1080P，具备夜间监控功能环境监测仪风速、风向、温度、湿度防雷装置避雷针作业告警功能声光报警器运营期无人机巡检方案总体流程系统整体流程图如图所示。系统先后进行场站建模、巡检前准备工作、巡检工作、AI分析、报告生成、缺陷复核及消缺、平台复核关单等步骤。建立场站模型执行无人机巡检任务，首先需要对光伏场站进行模型的建立，所有的巡检任务均基于模型进行巡检任务的执行。场站的模型建立主要是基于大疆无人机的大疆智图软件，结合场站和系统的实际情况进行建模。建模的步骤主要有：模型航线规划、模型数据获取、模型重建。模型航线规划：在选定目标区域可自动生成航线，如图所示。提供地图打点、KML文件导入、飞行器打点等3种方式添加边界点。规划过程中，界面会显示预计飞行时间、预计拍照数及面积重要信息。模型数据获取：无人机根据规划好的建模航线进行飞行拍摄。系统会自动进行数据的采集和处理，数据处理效率最高可达400张影像/1GB内存2，可快速完成建模。最终建立的场站模型如图所示：组件编号根据建立的场站模型，结合施工图及场站实际施工情况，对场站内的所有组件进行自动定位及编号，在系统中建立对应关系，方便进行故障定位。组件编号示意如图所示。规划航线首次执行巡检任务，需对巡检航线进行规划设定，设定好的航线会保存在系统中，供日常巡检任务直接调用。根据建模信息，对场站进行区域划分和航线规划，制定合理高效的巡检航线，设置重叠率等相应参数，完成航线设定。系统会按照设定好的航线，顺序执行。航线规划示如图所示。无人机巡检完成巡检准备工作之后，无人机可自动进行巡检任务的执行。无人机巡检内容包括照片素材采集、图片标定、光伏组件缺陷定位标记，整个流程无人机自主工作，无需人工参与，最大程度解放人力。1）照片素材采集在飞行过程中，无人机会自动计算所需拍摄位置，为确保巡检过程中不会漏拍光伏板，拍摄的图片会有一定的重叠率。无人机在航线飞行过程中，在所需拍摄位置短暂停留并拍摄可见光及热成像照片后，继续向下一拍摄位置飞行。2）图片标定图片采集完成后，地面站将自动对可见光和热成像云台拍摄的图片进行标定纠偏，裁减可见光图片使其与热成像图片具有相同的视场角，提取热成像图片中的温度信息并映射到可见光图片中，生成各区域模块的缺陷图片。如图所示。3）光伏组件缺陷定位标记图片标定完成后，系统结合RTK定位信息，依据电站的高清平面地图和缺陷图片内的位置信息等，将缺陷图片附着在高清平面地图上，标注出热成像图片中高温点在整个电站的位置，同时保存该缺陷对应的热红外和可见光图像。为后续人员的维护和消缺提供精确故障及位置信息。整个过程无需人工参与，由自动完成。整个巡检流程结束之后，地面站可以输出一份带有之前所有问题标