塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電鏡場(chǎng)攝像機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

【摘要】：太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是21世紀(jì)解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的有效途徑之一。如何提高塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電的工作效率和運(yùn)行可靠性成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)一種能夠確保太陽(yáng)能熱發(fā)電站中的定日鏡能夠安全、可靠、高效運(yùn)行的系統(tǒng)是十分必要的。 本文主要針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站中存在的若干問(wèn)題進(jìn)行研究,主要包括如何有效對(duì)定日鏡進(jìn)行跟蹤控制、如何提高控制精度、如何校正控制參數(shù)、如何檢測(cè)鏡場(chǎng)中的故障定日鏡以及鏡場(chǎng)中攝像機(jī)布局等相關(guān)問(wèn)題。本文的具體工作內(nèi)容和主要貢獻(xiàn)如下： (1)通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),提出了一種基于圖像處理技術(shù)的定日鏡控制參數(shù)計(jì)算與誤差校正系統(tǒng)。主要利用攝像機(jī)標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)二維圖像空間和三維空間的轉(zhuǎn)換,利用改進(jìn)的自適應(yīng)閾值算法、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波算法、矩不變算法、以及橢圓擬合算法定位光斑位置,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)定日鏡控制器參數(shù)的估計(jì)與誤差校正。其中,本文基于Retinex理論提出了一種具有更強(qiáng)增強(qiáng)效果和自適應(yīng)性的MSR-Hist亮度增強(qiáng)算法。該算法解決了光照較弱或亮度變化時(shí)的光斑識(shí)別問(wèn)題。此外本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種針對(duì)大規(guī)模鏡場(chǎng)的定日鏡異常姿態(tài)診斷和鏡場(chǎng)防入侵監(jiān)控系統(tǒng),用以輔助鏡場(chǎng)中定日鏡的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。 (2)由于利用圖像處理技術(shù)對(duì)定日鏡控制器參數(shù)進(jìn)行校正需要在鏡場(chǎng)中安裝一定數(shù)量的攝像機(jī)。同時(shí)圖像數(shù)據(jù)信息量大、占用網(wǎng)絡(luò)帶寬高等問(wèn)題將直接影響整個(gè)鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性,因此本文通過(guò)對(duì)攝像機(jī)模型以及數(shù)據(jù)傳輸方式的研究,提出了一種能夠減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的攝像機(jī)鏡場(chǎng)布局與優(yōu)化方案。 (3)基于上述研究?jī)?nèi)容,本文編寫定日鏡控制系統(tǒng)太陽(yáng)方位參數(shù)計(jì)算軟件,以及基于白板成像的參數(shù)校驗(yàn)軟件。此外,本文還開發(fā)了一套集全鏡場(chǎng)監(jiān)控、定日鏡異常姿態(tài)檢測(cè)、以及非法入侵報(bào)警于一體的軟件,并提出了一種加入柵格化處理的漸消記憶高斯背景建模方法。該方法主要解決了小范圍擾動(dòng)(如樹木搖晃)和大跨度時(shí)變因素(如一天中的光影變化)給移動(dòng)物體檢測(cè)帶來(lái)的影響。上述軟件可以與定日鏡控制系統(tǒng)進(jìn)行通信,提高定日鏡控制精度以及整個(gè)鏡場(chǎng)運(yùn)行的可靠性和高效性。上述軟件均已在紫金港太陽(yáng)熱發(fā)電小試現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用,長(zhǎng)期運(yùn)行證實(shí)了軟件和算法的可靠性和穩(wěn)定性,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。最后,本文提出的攝像機(jī)布局方案在Matlab下進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果顯示本文的布局設(shè)計(jì)可以滿足鏡場(chǎng)對(duì)攝像系統(tǒng)的性能要求。最后,本文對(duì)所有工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】：塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電 定日鏡 圖像處理 參數(shù)估計(jì) 誤差校正 布局與優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615;TP391.41
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目錄10-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電介紹13-14
• 1.3 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站攝像機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本文研究的主要問(wèn)題18-20
• 1.5 主要內(nèi)容和章節(jié)安排20-22
• 第二章 定日鏡控制系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)22-46
• 2.1 定日鏡控制系統(tǒng)策略簡(jiǎn)介22-24
• 2.2 參數(shù)估計(jì)的方法與流程24-25
• 2.3 基于圖像處理的參數(shù)估計(jì)25-43
• 2.3.1 圖像處理完成的主要任務(wù)25-27
• 2.3.2 自適應(yīng)閾值的光斑提取27-30
• 2.3.3 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的濾波處理30-33
• 2.3.4 基于橢圓擬合的光斑定位33-37
• 2.3.5 局部自調(diào)節(jié)窗口光斑跟蹤算法37-43
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與誤差分析43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第三章 定日鏡控制系統(tǒng)參數(shù)誤差校正系統(tǒng)46-70
• 3.1 基于圖像處理的參數(shù)誤差校正46-48
• 3.1.1 誤差校正基本方法46-47
• 3.1.2 成像白板設(shè)計(jì)47-48
• 3.2 基于圖像處理的光斑識(shí)別與定位48-68
• 3.2.1 基于色彩和輪廓匹配的白板識(shí)別48-57
• 3.2.2 圖像透視畸變的校正57-59
• 3.2.3 基于Retinex理論的自適應(yīng)光斑識(shí)別59-68
• 3.3 本章小結(jié)68-70
• 第四章 大規(guī)模鏡場(chǎng)中定日鏡異常姿態(tài)識(shí)別與診斷70-82
• 4.1 異常姿態(tài)識(shí)別算法70-72
• 4.1.1 異常姿態(tài)識(shí)別系統(tǒng)的組成70-71
• 4.1.2 故障診斷算法流程設(shè)計(jì)71-72
• 4.3 基于Tsai算法的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法72-75
• 4.4 異常姿態(tài)定日鏡判別75-77
• 4.5 鏡場(chǎng)防入侵檢測(cè)77-81
• 4.6 本章小結(jié)81-82
• 第五章 鏡場(chǎng)攝像機(jī)系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化82-94
• 5.1 布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化目標(biāo)82
• 5.2 基于攝像機(jī)模型的視場(chǎng)角度計(jì)算82-85
• 5.2.1 攝像機(jī)本體坐標(biāo)系82-83
• 5.2.2 攝像機(jī)視場(chǎng)范圍83-85
• 5.3 攝像機(jī)整體布局設(shè)計(jì)與可行性分析85-91
• 5.3.1 鏡場(chǎng)攝像機(jī)布局設(shè)計(jì)85-88
• 5.3.2 基于Matlab的攝像機(jī)布局可行性分析88-91
• 5.4 攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量與延時(shí)分析91-93
• 5.5 本章小結(jié)93-94
• 第六章 總結(jié)與展望94-96
• 6.1 本文總結(jié)94-95
• 6.2 研究展望95-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 作者簡(jiǎn)介100
• 作者在攻讀碩士期間的科研成果100

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