本發(fā)明涉及清潔機器人，尤其涉及無人機清洗多晶硅光伏面板的方法、裝置及控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著全球對清潔能源需求的日益增長，太陽能發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛應用。然而，光伏面板的有效清潔成為提高能源轉換效率的關鍵。

2、現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)的人工清洗方法不僅成本高、效率低，而且在復雜地形或高空作業(yè)中，其安全性難以保障。目前，現(xiàn)有的固定軌道式光伏面板清洗機器人雖然在一定程度上解決了部分清洗問題，但在面對形狀不規(guī)則或多變環(huán)境下的大型光伏陣列時，其適應性和靈活性受限，導致清潔覆蓋率不高，且安裝和維護成本較高。

3、因此，有必要提供無人機清洗多晶硅光伏面板的方法、裝置及控制系統(tǒng)解決上述技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供無人機清洗多晶硅光伏面板的方法、裝置及控制系統(tǒng)，用于解決傳統(tǒng)的人工清洗方法不僅成本高、效率低，而且在復雜地形或高空作業(yè)中，其安全性難以保障，并且現(xiàn)有的固定軌道式光伏面板清洗機器人雖然在一定程度上解決了部分清洗問題，但在面對形狀不規(guī)則或多變環(huán)境下的大型光伏陣列時，其適應性和靈活性受限，導致清潔覆蓋率不高，且安裝和維護成本較高的問題。

2、本發(fā)明提供的無人機清洗多晶硅光伏面板的方法，所述方法包括：

3、基于目標光伏區(qū)域，通過無人機設備上的檢測傳感器，識別所述目標光伏區(qū)域中的多晶硅光伏面板和周圍障礙物的位置狀態(tài)信息，生成對應的三維光伏空間地圖；

4、根據(jù)所述三維光伏空間地圖對所述無人機設備進行動態(tài)路徑規(guī)劃，生成所述無人機設備的最優(yōu)清洗路徑；

5、監(jiān)測所述無人機設備的前驅飛行狀態(tài)，并基于所述前驅飛行狀態(tài)預測所述無人機設備的最優(yōu)飛行狀態(tài)；

6、通過所述無人機設備上的感應傳感器，采集所述多晶硅光伏面板表面的面板溫度變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述面板溫度變化數(shù)據(jù)確定所述無人機設備的最優(yōu)清洗強度；

7、基于所述最優(yōu)清洗路徑、所述最優(yōu)飛行狀態(tài)和所述最優(yōu)清洗強度，控制所述無人機設備對所述多晶硅光伏面板進行清洗操作。

8、優(yōu)選的，所述基于目標光伏區(qū)域，通過無人機設備上的檢測傳感器，識別所述目標光伏區(qū)域中的多晶硅光伏面板和周圍障礙物的位置狀態(tài)信息，生成對應的三維光伏空間地圖，具體包括：

9、通過所述無人機設備上的視覺導航傳感器對所述多晶硅光伏面板和周圍障礙物的位置進行識別，生成所述目標光伏區(qū)域的三維光伏位置數(shù)據(jù)；

10、通過所述無人機設備上的激光雷達對所述多晶硅光伏面板和周圍障礙物的狀態(tài)進行掃描，生成所述目標光伏區(qū)域的三維光伏狀態(tài)數(shù)據(jù)；

11、對所述三維光伏位置數(shù)據(jù)和三維光伏狀態(tài)數(shù)據(jù)進行配準重建處理，得到所述三維光伏空間地圖；

12、其中，所述檢測傳感器包括所述視覺導航傳感器和所述激光雷達。

13、優(yōu)選的，所述對所述三維光伏位置數(shù)據(jù)和三維光伏狀態(tài)數(shù)據(jù)進行配準重建處理，得到所述三維光伏空間地圖，具體包括：

14、將所述三維光伏位置數(shù)據(jù)和三維光伏狀態(tài)數(shù)據(jù)作為三維光伏源點云，對所述三維光伏源點云進行點云配準處理，即確定所述三維光伏源點云對應的三維光伏目標點云，通過調整點云配準處理時的旋轉矩陣和平移向量，最小化所述三維光伏源點云中的點與所述三維光伏目標點云中的對應點之間的誤差距離，對應的計算公式如下：

15、式中，r表示點云配準處理時的旋轉矩陣，即將三維光伏源點云旋轉到與三維光伏目標點云對齊所需的旋轉操作；t表示點云配準處理時的平移向量，即將三維光伏源點云平移到與三維光伏目標點云對齊所需的平移操作；表示三維光伏源點云中的點與三維光伏目標點云中的對應點之間的誤差距離的平方和；表示誤差距離的平方和達到最小值時，旋轉矩陣r和平移向量t的值；n表示三維光伏源點云中的點的總數(shù)；表示三維光伏源點云中的第n個點；表示三維光伏目標點云中的第n個對應點；

16、基于表面重建算法，根據(jù)點云配準處理后的所述三維光伏源點云，得到所述三維光伏空間地圖。

17、優(yōu)選的，所述根據(jù)所述三維光伏空間地圖對所述無人機設備進行動態(tài)路徑規(guī)劃，生成所述無人機設備的最優(yōu)清洗路徑，具體包括：

18、設定所述無人機設備的清洗路徑起點和清洗路徑終點；

19、基于最短路徑算法，迭代更新所述三維光伏空間地圖中的地圖節(jié)點v與所述清洗路徑起點的最短路徑估計值，對應的計算公式如下：

20、式中，表示三維光伏空間地圖中的地圖節(jié)點v與清洗路徑起點的最短路徑估計值；f表示無人機設備的所有清洗路徑的集合；表示表示地圖節(jié)點v對應的前驅節(jié)點u與清洗路徑起點的最短路徑估計值；表示地圖節(jié)點v與對應的前驅節(jié)點u組成的路徑的權重；min表示取最小值操作；

21、當所述地圖節(jié)點v更新至所述清洗路徑終點時，停止所述最短路徑估計值的迭代更新過程，得到所述無人機設備的最優(yōu)清洗路徑。

22、優(yōu)選的，所述監(jiān)測所述無人機設備的前驅飛行狀態(tài)，并基于所述前驅飛行狀態(tài)預測所述無人機設備的最優(yōu)飛行狀態(tài)，具體包括：

23、基于狀態(tài)轉移方程，根據(jù)所述無人機設備的前驅飛行狀態(tài)，計算所述無人機設備的當前飛行狀態(tài)的最優(yōu)解，對應的計算公式如下：

24、式中，表示無人機設備的當前飛行狀態(tài)i的最優(yōu)解；表示無人機設備的當前飛行狀態(tài)i對應的前驅飛行狀態(tài)j的最優(yōu)解；表示無人機設備從前驅飛行狀態(tài)j轉移到當前飛行狀態(tài)i的成本；表示無人機設備的當前飛行狀態(tài)i對應的前驅飛行狀態(tài)集合；min表示取最小值操作；

25、根據(jù)所述無人機設備的當前飛行狀態(tài)的最優(yōu)解，確定所述最優(yōu)飛行狀態(tài)。

26、優(yōu)選的，所述通過所述無人機設備上的感應傳感器，采集所述多晶硅光伏面板表面的面板溫度變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述面板溫度變化數(shù)據(jù)確定所述無人機設備的最優(yōu)清洗強度，具體包括：

27、通過所述無人機設備上的感應傳感器，采集所述多晶硅光伏面板表面的面板溫度變化數(shù)據(jù)，并基于所述面板溫度變化數(shù)據(jù)評估所述多晶硅光伏面板對應的面板污染數(shù)據(jù)；

28、根據(jù)所述面板污染數(shù)據(jù)確定所述無人機設備的最優(yōu)清洗強度，并基于所述最優(yōu)清洗強度，動態(tài)調整所述無人機設備上的清洗壓力泵的壓力數(shù)據(jù)和清洗刷頭的旋轉頻率數(shù)據(jù)。

29、優(yōu)選的，在確定所述最優(yōu)清洗強度之后，獲取實時天氣條件，并根據(jù)所述實時天氣條件選取所述無人機設備的最佳清洗時間窗口。

30、優(yōu)選的，所述基于所述最優(yōu)清洗路徑、所述最優(yōu)飛行狀態(tài)和所述最優(yōu)清洗強度，控制所述無人機設備對所述多晶硅光伏面板進行清洗操作，具體包括：

31、基于所述最優(yōu)清洗路徑、所述最優(yōu)飛行狀態(tài)和所述最優(yōu)清洗強度，構建所述無人機設備對應的目標能耗函數(shù)；

32、通過調整所述最優(yōu)清洗路徑、所述最優(yōu)飛行狀態(tài)和所述最優(yōu)清洗強度對應的權重，最小化所述目標能耗函數(shù)，生成所述無人機設備的最優(yōu)清洗策略，所述目標能耗函數(shù)的計算公式如下：

33、式中，e表示目標能耗函數(shù)；表示起始清洗時間；表示終止清洗時間；表示功率函數(shù)；表示最優(yōu)清洗路徑；表示最優(yōu)清洗路徑對應的權重；表示最優(yōu)飛行狀態(tài)；表示最優(yōu)飛行狀態(tài)對應的權重；表示最優(yōu)清洗強度；表示最優(yōu)清洗強度對應的權重；z表示無人機設備的清洗時間；

34、基于所述最優(yōu)清洗策略，控制所述無人機設備對所述多晶硅光伏面板進行清洗操作。

35、無人機清洗多晶硅光伏面板的裝置，所述裝置包括：

36、地圖構建模塊，用于基于目標光伏區(qū)域，通過無人機設備上的檢測傳感器，識別所述目標光伏區(qū)域中的多晶硅光伏面板和周圍障礙物的位置狀態(tài)信息，生成對應的三維光伏空間地圖；

37、路徑規(guī)劃模塊，用于根據(jù)所述三維光伏空間地圖對所述無人機設備進行動態(tài)路徑規(guī)劃，生成所述無人機設備的最優(yōu)清洗路徑；

38、狀態(tài)預測模塊，用于監(jiān)測所述無人機設備的前驅飛行狀態(tài)，并基于所述前驅飛行狀態(tài)預測所述無人機設備的最優(yōu)飛行狀態(tài)；

39、強度確定模塊，用于通過所述無人機設備上的感應傳感器，采集所述多晶硅光伏面板表面的面板溫度變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述面板溫度變化數(shù)據(jù)確定所述無人機設備的最優(yōu)清洗強度；

40、面板清洗模塊，用于基于所述最優(yōu)清洗路徑、所述最優(yōu)飛行狀態(tài)和所述最優(yōu)清洗強度，控制所述無人機設備對所述多晶硅光伏面板進行清洗操作。

41、無人機清洗多晶硅光伏面板的控制系統(tǒng)，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時，實現(xiàn)上述方法的步驟。

42、與相關技術相比較，本發(fā)明提供的無人機清洗多晶硅光伏面板的方法、裝置及控制系統(tǒng)具有如下有益效果：

43、本發(fā)明可以基于目標光伏區(qū)域，通過無人機設備上的檢測傳感器，識別目標光伏區(qū)域中的多晶硅光伏面板和周圍障礙物的位置狀態(tài)信息，生成對應的三維光伏空間地圖；根據(jù)三維光伏空間地圖對無人機設備進行動態(tài)路徑規(guī)劃，生成無人機設備的最優(yōu)清洗路徑；監(jiān)測無人機設備的前驅飛行狀態(tài)，并基于前驅飛行狀態(tài)預測無人機設備的最優(yōu)飛行狀態(tài)；通過無人機設備上的感應傳感器，采集多晶硅光伏面板表面的面板溫度變化數(shù)據(jù)，并根據(jù)面板溫度變化數(shù)據(jù)確定無人機設備的最優(yōu)清洗強度；基于最優(yōu)清洗路徑、最優(yōu)飛行狀態(tài)和最優(yōu)清洗強度，控制無人機設備對多晶硅光伏面板進行清洗操作，從而可以解決固定軌道式清洗機器人無法靈活適應無規(guī)律分布或布局復雜的光伏面板，以及固定軌道系統(tǒng)的高昂建設維護費用的問題，進而可以實現(xiàn)光伏面板的全方位高效清潔，提高能源利用率，降低運維成本，增強光伏電站的安全性。

44、本發(fā)明通過采用無人機設備與智能控制機制的協(xié)同工作模式，可以實現(xiàn)任意布局下的光伏面板的全方位高效清潔，從而可以提高能源利用率和運維管理水平；本發(fā)明通過對無人機設備進行最短路徑規(guī)劃，預測并優(yōu)化其飛行狀態(tài)，適應性地調整無人機設備上清洗裝置的強度，從而可以大幅度降低長期運行的成本開支，增強系統(tǒng)運維的可靠性和經(jīng)濟可行性；同時，本發(fā)明通過智能控制無人機自主飛行，可以減少人工介入的次數(shù)和風險，保障大規(guī)模光伏電站的日常維護的便捷性和安全性。