本发明涉及施工工地现场质量管理领域，尤其涉及一种基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法。
背景技术：
1、光伏发电是一种新兴的可再生能源发电技术，具有广阔的应用前景。在光伏发电系统中，光伏支架的倾角是影响发电效率的重要因素之一。传统的光伏支架倾角测量方法主要依赖于人工测量或使用专业设备，例如经纬仪、全站仪等，这些方法需要大量的人力、物力和时间，而且存在测量误差大、操作复杂等问题。
2、无人机技术的发展为解决上述问题提供了新的思路。无人机可以搭载摄像头、雷达等设备，对光伏支架进行高精度的拍摄，从而获取支架的倾角信息。然而，目前的无人机航拍技术还存在一些不足之处，例如图像处理算法复杂、计算精度不高、受天气等因素影响较大等。
3、因此，有必要提出一种基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，以提高倾角计算的精度和效率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法。该算法基于无人机拍摄的图像以及雷达扫描数据，通过自动化技术和图像处理手段，快速准确计算出光伏厂区安装支架的倾角，并检测其平整度，方便项目工程部对施工质量的检测。
2、本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。本发明的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，包括以下步骤：
3、步骤1：图像采集：使用无人机航拍批量获取施工区域支架图像；
4、步骤2：图像预处理：对图像进行预处理，包括对图像进行去噪、增强对比度等处理；
5、步骤3：特征提取：提取图像中的特征点，例如支架的端点、拐点等；
6、步骤4：支架定位计算：根据特征点的坐标对支架进行定位，并计算出支架的几何形状和尺寸；
7、步骤5：倾角计算：根据支架的几何形状和尺寸，以及已知的支架高度、拍摄角度以及拍摄高度，计算出支架的倾角；
8、步骤6：支架平整度检测：根据拍摄照片及激光雷达扫描数据对支架平整度进行检测，计算对比支架的安装倾角是否处于同一平面；
9、步骤7：误差分析与校正：对计算结果进行误差分析和修正，以提高计算精度。
10、进一步地，所述步骤1中，利用配备高精度相机的无人机进行航拍，可以实现对大面积区域的全面覆盖。在进行航拍之前，需要根据光伏支架的尺寸和特征，确定无人机航行的高度和飞行姿态，并选择合适的拍摄角度，以确保监测点位能够覆盖所需监测的区域。
11、此外，根据施工地形的限制，制定最佳的监测点位和航行路线，以最大程度地提高图像数据的采集效率和准确性。无人机可以快速进行图像的采集和传输，获取无人机采集的光伏支架照片，与传统的人工或地面调查相比，可以更快速地获得大量的图像数据。
12、所述步骤2中，将采集的光伏支架图像进行预处理。本发明使用快速双边滤波处理将图像进行去噪处理，在进行滤波的时候不仅可以保持边缘信息，而且具有较高的处理效率和较快的处理速度，达到了实时处理的需求。快速双边滤波计算公式如下：
13、
14、其中，ip为原图像ⅰ中p＝(x,y)点灰度；wp为归一化系数；iq是q＝(u,v)点的灰度值；q属于中心像素p的邻域集合s；σs和σr分别为高斯函数的标准差；为空域权重；为滤波权重；bfp是滤波结果图中p点灰度；σr调节滤波函数处理细节的参数；σs确定了双边滤波函数作用的空间范围。
15、通过调整图像的亮度、对比度和色彩饱和度等参数，提升图像的视觉效果和细节，增强图像对比度。
16、并采用边缘检测算法，提取图像中的边界信息，有助于分割图像中的对象和特征，以便后续处理和分析。
17、所述步骤3中，在步骤2中处理好的数据集上，使用计算机视觉技术中的特征点检测算法——harris角点检测，进一步提取特征点，例如支架的端点、拐点等。基于特征提取算法，确定每个特征点在图像中的准确位置，并将其坐标信息记录下来。
18、所述步骤4中，根据特征点坐标计算出支架的几何形状和尺寸：
19、首先进行特征点排序，将特征点按照一定的顺序进行排序，以确定支架的连续边界，并进行边界提取，即连接特征点的线段或曲线。然后进行几何特征计算，根据边界可以计算支架的长度、宽度、角度等，同时进行弯曲度计算，对于光伏支架的曲线部分，可根据曲率计算弯曲程度。根据边界的形状，可以进一步分析支架的形状特征。
20、所述步骤5中计算支架倾角，首先根据已知的支架高度、拍摄角度以及拍摄高度等，可以用三角函数计算，得出相机与第一根支撑杆之间的水平距离。
21、然后求两个支撑杆水平距离，并根据已知的支架高度和几何形状，计算出两个支撑杆的高度差，这可以根据支架的几何模型和尺寸来确定，例如支架的长度、宽度、角度等。
22、最后根据支撑杆的高度差和两个支撑架水平距离，计算出支架的倾角，使用反三角函数，倾角＝arctan(支架高度差/水平距离)；需要注意的是，这种方法假设支架在相机平面上的投影为直角三角形；
23、所述步骤6中，根据无人机拍摄的照片和激光雷达扫描的支架角度数据进行计算对比，计算每个支架的安装倾角角度是否在计算规定角度范围内，可以根据计算出的数据进行打分计算，针对情况做出进一步的调整。
24、所述步骤7中，首先对倾角计算中可能存在的误差源进行分析和识别，包括拍摄扫描角误差、激光脚点定位误差、机载平台振动误差、相机畸变等。
25、模型优化：若计算结果不准确或受到外界因素影响，如存在相机畸变、图像失真等因素，可以采用更复杂的几何模型或者使用更多参数来计算支架倾角。
26、校正算法：根据误差分析的结果，开发适合误差修正的校正算法，校正算法可以根据实际误差情况，对计算结果进行修正，以提高精度，以获得更准确的倾角计算结果。
27、本发明的有益效果为：
28、1.高效准确：通过无人机航拍获取图像数据，并利用图像处理和分析技术自动计算支架倾角，避免了人工测量的繁琐和误差，提高了计算效率和准确性。
29、2.全天候工作：无人机可以在任何天气条件下进行拍摄，无需等待良好的天气条件，从而保证了倾角计算的连续性和可靠性。
30、3.大规模应用：该算法可以应用于大规模的光伏发电系统，通过无人机航拍实现对整个系统的支架倾角监测和调整，大大提高了系统的运营效率和经济效益。
31、4.成本低廉：与传统的人工测量和监测方法相比，无人机航拍和图像处理技术的成本较低，大大降低了支架倾角计算和监测的成本。
32、5.智能调整：该算法可以根据计算结果智能调整支架倾角，从而提高光伏发电效率和系统稳定性，进一步降低了系统的运营成本。
1.一种基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤1中，利用配备高精度相机的无人机进行航拍，实现对大面积区域的全面覆盖；在进行航拍之前，需要根据光伏支架的尺寸和特征，确定无人机航行的高度和飞行姿态，并选择合适的拍摄角度，以确保监测点位能够覆盖所需监测的区域。
3.根据权利要求2所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤1中，根据施工地形的限制，制定最佳的监测点位和航行路线。
4.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤2中，将采集的支架图像进行预处理，采用快速双边滤波处理将图像进行去噪处理，快速双边滤波计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：支架图像进行预处理中，通过调整图像的亮度、对比度和色彩饱和度相关参数，提升图像的视觉效果和细节，增强图像对比度；并采用边缘检测算法，提取图像中的边界信息，有助于分割图像中的对象和特征。
6.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤3中，在步骤2中处理好的数据集上，使用计算机视觉技术中的特征点检测算法进一步提取特征点；基于特征提取算法，确定每个特征点在图像中的准确位置，并将其坐标信息记录下来。
7.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤4中，根据特征点坐标计算出支架的几何形状和尺寸：
8.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤5中计算支架倾角，包括步骤如下：
9.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤6中，根据无人机拍摄的照片和激光雷达扫描的支架角度数据进行计算对比，计算每个支架的安装倾角角度是否在计算规定角度范围内，根据计算出的数据进行打分计算，针对情况做出进一步的调整。
10.根据权利要求1所述的基于航拍的光伏支架倾角快速检测计算方法，其特征在于：所述步骤7中，具体包括：
