[发明专利]一种基于多相机实时拍摄与图像处理的天气监测系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及塔式太阳能热发电系统中对天气的监测和预警，尤其涉及一种基于多相机实时拍摄天空并进行图像处理的天气监测系统与方法。

 

背景技术

太阳能的开发和利用已成为全球重点研究的项目，塔式太阳能作为太阳能热发电的一种模式，其基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜组成定日镜群，将太阳光反射至固定于接收塔顶的集热器，加热工质产生过热蒸汽或高温蒸汽，推动汽轮机发电。

太阳辐射的大小受天气状况和云层等不可预知因素的影响，云层阴影遮挡将在段时间内改变集热器接收太阳辐射能量的大小，进而导致系统温度的急剧变化，使系统不稳定，甚至出现损坏。通常情况下，集热器接受定日镜反射过来的太阳光，其表面平均温度往往能达到数百度，当云层遮挡太阳后，镜场接受的太阳辐射能急剧下降，系统温度也会跟着降低；当云层阴影离开镜场，集热器接收的太阳辐射又恢复到原来的辐射值，集热器表面温度也随即上升，集热器表面温度在短时间内急剧上升、下降，其寿命将受到严重影响。

因此，为了避免因云层对镜场遮挡而影响乃至损坏整个塔式太阳能热发电系统，必须提出一种基于多相机实时拍摄和图像处理的天气监测系统与方法。

 

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种通过相机拍摄天空和计算机处理图像信息，可以精确细致的反应云层信息及其变法，对镜场上空特定区域进行实时监测和预警，并为整个太阳能光热发电系统采取相应措施提供依据的一种基于多相机实时拍摄和图像处理的天气监测系统与方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于多相机实时拍摄与图像处理的天气监测方法，包括以下步骤：

步骤1:控制云台追日；每隔若干时间控制云台转动，确保太阳位于相机图像画面中心区域，或者通过控制相机广角镜头确保太阳始终位于相机图像画面内；

步骤2：云台巡航扫描；每隔若干时间控制云台按设置的巡航线路扫描，扫描结束云台恢复至追日角度，或者通过控制相机广角镜头确保足够广的监控视野；

步骤3：多相机图像采集；通过多个相机对天空图像进行实时采集，并将采集到的图像传送至一图像处理装置；

步骤4：多相机图像处理；多相机图像处理模块对不同相机在同一时刻拍摄的图像进行太阳中心位置的确定以及云层轮廓的查找和匹配，并根据匹配结构对云层进行编号；

步骤5：计算云层高度；图像处理装置接收相机拍摄到的天空图像，根据多相机图像处理结果获取云层匹配关系，对匹配的云层利用双目视觉三维测距算法计算云层高度；

步骤6：镜场遮挡判断；图像处理装置接收相机传输的图像，完成图像处理操作，获取云列表、云轮廓和云高信息，利用投影算法实现镜场投影计算，并通过镜场投影和云轮廓位置信息实现镜场遮挡判断；

步骤7：计算镜场遮挡时间；图像处理装置接收相机传输的图像，对前后帧图像进行云层跟踪操作，完成跟踪的云层利用特征点位置信息和前后帧图像时间间隔，计算云移动速度，基于云移动速度、云轮廓位置和镜场投影位置完成镜场遮挡时间计算；

步骤8：信息显示与预警；通过一显示装置显示云高、影响等级、遮挡时间、遮挡比例信息，并对定日镜场和整个发电系统后续的影响进行预测和预警。

较佳地，所述步骤1进一步包括：通过坐标变换原理建立云台转动角度和太阳角度间的数学模型，通过多组测试数据获取数学模型参数，根据所述数学模型设计云台实时追日算法，并通过控制云台转动确保太阳在相机视野中心。

较佳地，所述步骤2通过扩大监测范围进行云台巡航扫描，且所述步骤2进一步包括：设置若干云台巡航点数，按巡航点位置设置巡航线路，每隔若干时间控制所述云台按设置的巡航线路巡航，所述云台转至巡航点时，太阳刚好位于监控画面的顶点；

其中，所述每个巡航点对应一个画面顶点，每个巡航点停留若干时间搜集图像信息，巡航结束时控制所述云台转角使太阳位置处于监控画面中心；

而且，通过坐标转换原理建立云台转动角度和图像像素移动的数学模型，通过多组测试数据获取数学模型参数，并通过所述数学模型设计不同时刻的云台巡航点，实现云台巡航扫描。