基于双无人机协同的光伏精准清洗方法及系统与流程

本发明涉及无人机领域，具体为基于双无人机协同的光伏精准清洗方法及系统。

背景技术：

1、随着光伏电站建设规模不断扩大，光伏组件长期暴露于户外环境中，其表面容易附着灰尘、鸟粪、油污及其他污染物。污染物会遮挡光伏组件的受光区域，影响光伏组件的正常发电，因此需要定期对光伏组件进行巡检和清洗。现有光伏组件清洗方式逐渐由人工清洗向无人机清洗发展，通过无人机搭载摄像装置获取光伏组件表面图像，或者搭载喷淋装置对光伏组件进行清洗，可以降低人工进入大面积光伏阵列进行作业的工作强度。现有技术中也存在利用不同设备分别完成巡检和清洗作业的方案。

2、但是，在实际清洗过程中，巡检得到的污染信息与后续清洗作业之间往往缺乏连续的任务关联，容易出现巡检后仍按照统一方式进行清洗的情况，难以根据识别出的污染情况确定相应的清洗模式；同时，当采用单一无人机依次承担巡检和清洗任务时，多个作业环节串行进行，不利于针对已经确定的污染区域连续完成清洗剂处理和清水冲洗，使巡检结果难以及时转化为针对具体污染区域的清洗任务。特别是在存在局部顽固污染的情况下，单纯采用清水直接冲洗或者对整个区域采用相同方式进行清洗，难以兼顾目标区域的针对性处理和整体作业效率。

3、此外，部分现有清洗方式在完成清洗后即结束作业，清洗结果与前序清洗任务之间缺少自动反馈关系，当局部区域仍残留污染物时，需要依赖人员再次检查并重新组织清洗。因此，如何利用巡检获得的污染信息确定相应的清洗模式，通过不同无人机协同完成污染区域的清洗剂处理和清水冲洗，并在清洗后利用复检结果判断是否需要再次清洗，从而形成从污染识别、清洗执行到清洗效果验证的连续闭环作业过程，是光伏组件无人化清洗过程中需要解决的具体技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于双无人机协同的光伏精准清洗方法及系统，通过巡检、任务决策、双机协同清洗及复检反馈形成连续闭环清洗过程，提高光伏组件清洗作业的针对性和完整性。

2、为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：基于双无人机协同的光伏精准清洗方法，包括以下步骤：

3、s1：由第一无人机对光伏组件的目标区域执行巡检，采集所述目标区域的图像数据；

4、s2：由地面站接收所述图像数据，并根据所述图像数据进行污染识别与分类，获得污染分类结果；

5、s3：所述地面站根据所述污染分类结果确定清洗模式，并根据所确定的清洗模式生成对应的清洗任务；

6、s4：当所述清洗模式为精准清洗模式时，由所述第一无人机飞行至识别出的污染区域并向所述污染区域喷淋清洗剂，所述第一无人机仅对识别出的污染区域进行定点喷淋，非污染区域不进行喷淋作业；

7、s5：经过预设作用时间后，由第二无人机飞行至已喷淋所述清洗剂的污染区域，并对所述污染区域执行清水冲洗，所述预设作用时间根据污染类型在30秒至3分钟范围内动态设定；

8、s6：完成清水冲洗后，由所述第一无人机对清洗后的污染区域执行复检并采集复检图像数据；

9、s7：所述地面站根据所述复检图像数据判断清洗后的污染区域是否达到预设清洁要求，所述预设清洁要求为残余污渍面积小于2cm×2cm，当判断为未达到所述预设清洁要求时，控制所述第一无人机和所述第二无人机对未达到所述预设清洁要求的污染区域重新执行清洗和复检。

10、进一步的，在本发明中，步骤s1中，所述第一无人机通过可见光摄像头和红外热像摄像头采集所述光伏组件的图像数据；步骤s2中，根据所述图像数据确定污染物的位置、类型和面积，并将所述污染物划分为a类污染、b类污染和c类污染，其中，所述a类污染为顽固污渍，所述b类污染为中度污染，所述c类污染为轻度污染；所述a类污染包括鸟粪、油污和水泥点中的至少一种，所述b类污染包括区域积灰，所述c类污染包括大面积浮尘。

11、进一步的，在本发明中，步骤s3中，所述地面站计算所述a类污染区域在全部污染区域中的面积占比以及所述c类污染区域在全部污染区域中的面积占比；当所述a类污染区域在全部污染区域中的面积占比大于10%时，自动启用所述精准清洗模式，该模式下仅对a类污染区域进行清洗剂预处理和定点冲洗；当所述c类污染区域在全部污染区域中的面积占比大于80%时，自动启用无差别清洗模式，该模式下对全部目标区域进行大面积清水喷淋；其余情况下由操控人员根据污染分布图选择清洗模式。

12、进一步的，在本发明中，在所述精准清洗模式下，所述地面站根据污染区域的分布规划第一无人机和第二无人机的协同航线，使所述第一无人机的航线优先经过所述a类污染区域，并使所述第二无人机到达对应污染区域的时间相对于所述第一无人机喷淋清洗剂的时间具有所述预设作用时间的时间间隔；所述预设作用时间为30秒至3分钟，且所述时间间隔根据污染类型动态调整。

13、进一步的，在本发明中，所述第一无人机采用泡沫喷头喷淋所述清洗剂，所述泡沫喷头通过雾化芯组件将清洗剂以泡沫形态喷出，并通过设置于喷口处的锥形扩散罩限定泡沫的喷射范围和覆盖宽度；所述第二无人机根据污染类型选择不同喷射角度的清水喷头，其中，顽固污渍采用0度直射喷头或15度窄幅喷头，大面积轻度污染采用40度宽幅喷头，区域积灰采用25度中幅喷头或40度宽幅喷头。

14、进一步的，在本发明中，在所述第一无人机和/或所述第二无人机执行作业过程中，实时监测对应无人机的电量和所携带液体的液位，当所述电量或液位低于预设阈值时，控制对应无人机返航进行电量补给和/或液体补给，并在完成补给后继续执行未完成的清洗任务；步骤s7中，以清洗区域内残余污渍的面积是否小于预设残余污渍面积作为清洁是否达标的判断依据。

15、进一步的，在本发明中，当启用所述无差别清洗模式时，使所述第一无人机和所述第二无人机均携带清水喷头，所述地面站根据待清洗光伏组件的分布规划双无人机协同大面积覆盖航线，使所述第一无人机与所述第二无人机沿所述协同大面积覆盖航线错开作业区域，共同执行光伏组件的大面积清水喷淋清洗。

16、基于双无人机协同的光伏精准清洗系统，用于实施上述的基于双无人机协同的光伏精准清洗方法，其特征在于，包括第一无人机、第二无人机和地面站；

17、所述第一无人机配置有巡检载荷和可更换的清洗载荷，用于采集光伏组件的巡检图像数据、根据所述地面站下发的清洗任务向污染区域喷淋清洗剂以及在完成清洗后采集复检图像数据；

18、所述第二无人机配置有清水喷淋组件，用于根据所述地面站下发的清洗任务对已喷淋清洗剂的污染区域执行清水冲洗；

19、所述地面站分别与所述第一无人机和所述第二无人机通信连接，并配置有清洗任务调度模块，所述清洗任务调度模块用于根据所述巡检图像数据进行污染识别和分类，根据污染分类结果确定清洗模式并调度所述第一无人机和所述第二无人机执行对应的清洗任务，以及根据所述复检图像数据判断清洁是否达标，并在判断为未达标时触发补充清洗任务。

20、进一步的，在本发明中，所述第一无人机的巡检载荷包括可见光摄像头和红外热像摄像头，所述可见光摄像头的像素为200万像素，所述红外热像摄像头的分辨率为640×512；所述第一无人机的可更换的清洗载荷包括清洗剂泡沫喷头，所述清洗剂泡沫喷头包括雾化芯组件和设置于喷口处的锥形扩散罩，并通过快拆接口与所述第一无人机连接；

21、所述第二无人机的清水喷淋组件包括水箱、高压泵、清水喷头组件和二自由度云台，所述水箱的容量为30升至50升且内部设置有防晃结构，所述高压泵的水压可调范围为0至12mpa且额定流量不小于10l/min，所述清水喷头组件包括0度直射喷头、15度窄幅喷头、25度中幅喷头和40度宽幅喷头，各所述清水喷头通过快拆接口进行安装；所述二自由度云台的俯仰范围为-60度至+35度，水平范围为±45度。

22、进一步的，在本发明中，所述清洗任务调度模块被配置为：

23、接收所述第一无人机采集的巡检图像数据，并根据所述巡检图像数据获得污染物的位置、类型和面积；

24、将污染划分为a类污染、b类污染和c类污染，其中，所述a类污染表示顽固污渍，所述b类污染表示中度污染，所述c类污染表示轻度污染；

25、计算所述a类污染区域和所述c类污染区域分别在全部污染区域中的面积占比，并根据所述面积占比确定启用精准清洗模式或无差别清洗模式；

26、在所述精准清洗模式下规划双无人机协同航线，使所述第一无人机先到达污染区域喷淋清洗剂，并使所述第二无人机在经过预设作用时间后到达对应污染区域执行清水冲洗；

27、在所述无差别清洗模式下规划双无人机协同大面积覆盖航线，使所述第一无人机和所述第二无人机错开作业区域共同执行清水喷淋清洗；

28、以及接收所述第一无人机采集的复检图像数据，根据所述复检图像数据判断清洗区域是否达到预设清洁要求，并在未达到所述预设清洁要求时生成针对未达标污染区域的补充清洗任务。

29、有益效果，本技术的技术方案具备如下技术效果：

30、本发明首先利用第一无人机对光伏组件目标区域进行巡检并获得图像数据，由地面站根据图像数据进行污染识别和分类，并进一步根据污染分类结果确定相应的清洗模式，使后续清洗任务能够建立在前序巡检结果的基础上。由此，巡检作业不再仅用于获得光伏组件的表面状态，而能够进一步作为清洗模式选择和清洗任务生成的依据，有利于使清洗作业针对已经识别出的污染区域进行，减少巡检信息与实际清洗执行相互脱节的问题。

31、在精准清洗模式下，由第一无人机先针对污染区域喷淋清洗剂，再经过预设作用时间后由第二无人机对已喷淋清洗剂的区域执行清水冲洗，使清洗剂处理和清水冲洗由两架无人机按照前后作业关系协同完成。与由单一无人机依次承担全部清洗环节相比，该双机分工方式能够使不同清洗任务由对应无人机承担，并使清洗剂预处理与后续清水冲洗形成连续的作业过程，从而有利于提高针对污染区域实施清洗的连续性，并改善对附着污染物的清洗效果。

32、清水冲洗完成后，再由第一无人机对清洗区域进行复检，并由地面站根据复检图像数据判断清洗区域是否达到预设清洁要求；对于未达到清洁要求的区域，重新控制第一无人机和第二无人机执行相应的清洗及复检过程。由此形成“巡检识别—模式确定—协同清洗—复检判断—必要时再次清洗”的闭环作业过程，使残留污染区域能够继续进入后续清洗流程，降低清洗完成后仍需完全依赖人工检查和重新组织作业的情况，提高光伏组件清洗过程的完整性和清洗结果的可靠性。