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专利号: 2024109499837
申请人: 汉坛(北京)科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 供热;炉灶;通风
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,包括:步骤1.对反射镜健康状况进行预测性维护,在每个反射镜及其支撑结构上均匀安装高精度传感器,传感器数据通过无线网络实时传输到数据分析预测模块,利用大数据分析和机器学习技术,对传感器数据进行实时分析,预测反射镜的健康状况;并基于预测结果,提前发出预警信号;

步骤1中使用应变计、温度传感器和湿度传感器,实时监测反射镜及支撑结构的健康状况;

利用广域网LPWAN技术,进行传感器数据的传输;并于云计算平台上对传感器数据进行实时分析,使用机器学习算法预测反射镜的健康状况;

步骤2.针对反射镜表面清洁度进行智能化监控,在反射镜表面安装光学传感器,检测反射镜表面对光的散射和吸收特性变化;光学传感器实时采集数据,通过边缘计算设备进行初步处理,判断清洁度;当检测到反射镜表面污染达到阈值时,自动启动清洁机器人、机械臂进行清洁;

步骤3.基于计算机视觉进行自动对准,在反射镜周围布置相机捕捉反射镜的图像;相机实时采集反射镜的图像,并通过计算机视觉技术进行分析,判断反射镜的对准状态;根据分析结果,自动对准装置实时调整反射镜的角度。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤1中传感器数据实时分析方式为:设每个反射镜上的传感器为Si,i代表不同的传感器类型,包括温度传感器、应变计和湿度传感器,每个传感器在时间t上采集的数据记为Di(t);

设温度传感器数据为T(t),应变计数据ε(t),湿度传感器数据H(t);

利用LPWAN技术,将采集到的数据Di(t)无线传输到云计算平台即实时分析单元;

在云计算平台上进行数据预处理,包括数据清洗、去噪和标准化:对于每个传感器数据Di(t),进行标准化处理:从预处理后的数据中提取特征,使用滑动窗口技术提取时间序列特征:设定窗口大小为w和步长为s:

3.根据权利要求2所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,传感器数据实时分析方式还包括:使用长短期记忆网络LSTM模型处理时间序列数据,进行模型训练:LSTM网络架构包括:

输入层:输入特征Fi(t);

隐藏层:多层LSTM单元;

输出层:健康状况预测结果;

设ht为LSTM单元的隐藏状态,Ct为细胞状态,σ为sigmoid激活函数,tanh为tanh激活函数;

遗忘门:

输入门:

候选细胞状态:

细胞状态更新:

输出门:

隐藏状态更新:ht=ot·tanh(Ct);

其中,Wf,Wi,WC,Wo和bf,bi,bC,bo为权重和偏置矩阵;

使用训练好的LSTM模型,对实时数据进行健康状况预测。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,健康状况预测方式为:设

根据预测结果

设定健康状况阈值θ,当

5.根据权利要求4所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤2中,在反射镜表面安装高精度光学传感器,实时监测清洁度;

利用边缘计算技术,对传感器数据进行初步处理和分析;

结合清洁度监控数据,自动启动清洁机器人、机械臂。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤2中利用边缘计算技术进行传感器数据的初步处理和分析方式为:在每个反射镜表面安装高精度光学传感器,用于监测表面的清洁度,传感器测量光的散射和吸收特性,反映表面的污染程度,设定光学传感器采集到的数据为L(t),表示时间t时的光学反射强度;

传感器数据L(t)通过边缘计算设备进行实时采集,初步处理包括噪声过滤和数据标准化:使用移动平均法来平滑数据,设定窗口大小为w:利用边缘计算设备进行实时分析,判断反射镜的清洁度是否达到清洁阈值;

设定清洁度阈值θL,当标准化后的光学反射强度L'(t)低于阈值时,认为反射镜需要清洁;

根据污染评估结果,边缘计算设备决定是否启动清洁机器人、机械臂;

当检测到反射镜的清洁度低于阈值θL时,向清洁机器人、机械臂发送启动信号。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤3中,在反射镜周围安装高分辨率相机,实时捕捉反射镜的图像;

利用计算机视觉技术和机器学习算法,实时分析反射镜的对准状态;

结合视觉分析结果,自动调整反射镜的角度。

8.根据权利要求7所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤3中进行自动对准方式为:在反射镜周围布置高分辨率相机,设每个相机在时间t采集到的图像记为I(t);

将采集到的图像I(t)转换为灰度图像Ig(t),减少计算量:Ig(t)=0.299·R(t)+0.587·G(t)+0.114·B(t);其中,R(t),G(t),B(t)分别为图像在时间t的红、绿、蓝三个通道像素值;

使用Canny边缘检测算法提取反射镜的边缘,E(t)=Canny(Ig(t)),其中,E(t)为时间t的边缘检测结果;

利用Hough变换从边缘检测结果中提取反射镜的轮廓线,H(t)=HoughLine(sE(t)),其中,H(t)为时间t的Hough变换结果,包含检测到的直线参数。

9.根据权利要求8所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,其特征在于,步骤3中进行自动对准方式还包括:对准状态分析,比较当前图像中的反射镜轮廓线与预设的标准对准状态,计算偏移量,设预设的标准对准状态为Href,当前时间t的检测结果为H(t),两者的偏移量计算公式为:Δθ(t)=H(t)-Href,其中Δθ(t)为时间t的对准偏移量;

根据偏移量Δθ(t)计算需要调整的角度,并生成调整指令,设定调整角度为α(t),控制器的调整指令为A(t):将调整指令A(t)发送到反射镜驱动系统调整反射镜的角度。

10.一种太阳能光热系统反射镜的监控系统,其特征在于,使用了权利要求1-9任一项所述的一种太阳能光热系统反射镜的监控方法,包括:传感器网络模块,包括:

温度传感器单元,监测反射镜及其支撑结构的温度变化;

应变计单元,检测反射镜及其支撑结构的应力和应变;

湿度传感器单元,监控环境湿度;

数据采集传输模块,包括:

数据采集单元,实时收集传感器数据;

无线传输单元,采用广域网技术,将数据传输到计算机视觉模块;

数据分析预测模块,包括:

实时分析单元,利用大数据技术,对传感器数据进行实时分析,识别异常情况;

预测算法单元,使用机器学习算法,预测反射镜的健康状况,提前预警可能的故障;

光学传感模块,包括:

光学检测单元,在反射镜表面安装光学传感器,实时检测反射镜表面的光学特性变化;

数据处理单元,对光学传感器数据进行初步处理,判断反射镜表面的污染程度;

边缘计算模块,包括:

边缘计算设备单元,边缘计算设备部署在本地,处理传感器数据并做出初步分析,并进行清洁度评估,利用边缘计算技术,实时评估反射镜的清洁度,提供清洁建议;

自动清洁系统模块,包括:

清洁机器人单元,配备柔性刷和喷雾装置的清洁机器人,根据清洁度评估结果自动进行清洁;

自动调度单元,根据反射镜的污染情况和清洁优先级,调度清洁机器人进行清洁;

图像采集模块,包括:

相机单元,在反射镜周围安装高分辨率相机,实时捕捉反射镜的图像;

图像传输单元,将采集到的图像数据传输到计算机视觉模块进行处理;

计算机视觉模块,包括:

图像处理单元,基于计算机视觉技术对反射镜的图像进行处理,提取关键特征;

机器学习分析单元,采用机器学习算法分析反射镜的对准状态,识别微小偏移;

自动对准模块,包括:

对准控制单元,根据视觉分析结果,自动调整反射镜的角度;

实时反馈单元,实时监控反射镜的对准效果,反馈调整结果。