镜场天空云层的监测方法研究

【摘要】实时监测云层运动情况并预测云层的运动趋势是保证塔式太阳能热发电系统安全运行的关键技术。然而现有的监测云层运动状态的技术成本较高、功能单一,因此,本文开展了使用工业相机和图像处理技术实现对云层监测方法的研究,在降低成本的同时有效地监测太阳能聚光镜场上空云层的运动趋势并发出相应预警。本文基于图像处理和计算机立体视觉处理技术,提出了实时监测镜场天空云层运动特性(高度、移动速度、太阳遮挡相对关系)和太阳能热发电影响量分析方法。首先采用小波维纳滤波对天空实时图像的预处理,实现了噪声的去除、保留天空图像特性。然后从天空特征图像中分析太阳光斑的成像特征和太阳视轨迹运动方式,研究相机跟踪装置的角度调整方式,获得太阳光斑位于图像中心的有效天空图像。而后采用基于Lab空间的色差梯度边缘检测方法检测天空图像的云层,结合云层特征点匹配计算出云层移动速度。接着研究了镜场和相机成像平面的投射关系并基于双相机测距原理给出了云层高度的测量方法,双相机测距成本低廉,对后续相关的研究和应用提供了一定的参考。最后由云层的运动特征、云层与太阳之间相对位置关系以及镜场方位实时进行云层遮挡镜场影响的预测判断(即云层成像平面上的投影位置),包括云层何时遮挡镜场、云层何时离开镜场。通过实验表明,本研究提出的镜场天空云层监测系统切实可行,能够完成预期的目标,且计算结果准确性及实时性较好。本文利用图像处理和立体视觉技术为镜场天空云层的监测提供了有效可行的解决途径,为塔式太阳能热发电技术在我国实际现实环境中工程应用提供云层影响量分析的技术方案。
【作者】张鹏；
【导师】黄文君；
【作者基本信息】浙江大学，控制工程，2013，硕士
【关键词】塔式太阳能发电；云层监测；边缘检测；特征匹配；双相机测距；

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