TCEC 2125-2020 光伏发电站无人机智能巡检系统技术要求-solarbe文库

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I T/CEC中国电力企业联合会标准T/CEC 2125-2020光伏发电站无人机智能巡检系统技术要求 Technical Requirements of Intelligent Inspection System for UnmannedAerial Vehicles in Photovoltaic Power Station 2020 12 15发布 2021 06 01实施中国电力企业联合会发布 T/CEC 2125-2020 I 目次前言 .II1 范围 .32 规范性引用文件 .33 术语和定义 .34 总则 .55 系统架构 .56 技术要求 .57 检测试验 .12附录 A （资料性附录）光伏电站巡检方式错误未定义书签。附录 B （资料性附录）光伏组件红外热成像评定分类标准 20附录 C （资料性附录）检测说明 .25 T/CEC 2125-2020 II 前言本文件按照 GB/T 1.1-2020给出的规则起草。本文件由中国电力企业联合会提出并归口。本文件负责起草单位北京中科利丰科技有限公司本文件参加起草单位中国电力科学研究院有限公司、吉林电力股份有限公司科技开发分公司、长春吉电能源科技有限公司、国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司、黄河水电光伏产业技术有限公司、国家电投集团内蒙古能源有限公司、中国三峡新能源集团股份有限公司、国电南京自动化股份有限公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、中节能太阳能股份有限公司、大唐吉林发电有限公司、五凌电力有限公司宁夏分公司。本文件主要起草人本文件在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化中心（北京市宣武区白广路二条一号， 100761）。 T/CEC 2125-2020 3 光伏发电站无人机智能巡检系统技术要求1 范围本文件规定了光伏发电站无人机智能巡检系统的总则、系统架构、技术要求、检测试验。本文件适用于光伏发电站巡检用无人机。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 2828.1 计数抽样检验程序 GJB 6703 无人机测控系统通用要求GB/T 15532 计算机软件测试规范GB/T 18492 信息技术系统及软件完整性级别GB/T 20047.1 光伏（ PV）组件安全鉴定第 1 部分结构要求GB/T 29195 地面用晶体硅太阳能电池总规范GB/T 34975 信息安全技术移动智能终端应用软件安全技术要求和测试评价方法GB/T 36567 光伏组件检修规程GB/T 37729 信息技术智能移动终端应用软件（ APP）技术要求GB 50794 光伏发电工程施工规范GB/T 50796 光伏发电工程验收规范GB 50797光伏发电站设计规范DL/T 1578 架空输电线路无人直升机巡检系统DL/T1709.3智能电网调度控制系统技术规范第 3部分基础平台DL/T 1709.9智能电网调度控制系统技术规范第 9 部分软件测试 NB/T 32034 光伏发电站现场组件检测规程AC-91-FS 轻小无人机运行规定3 术语和定义下列术语和定义适用于本规范。3.1 无人机 unmanned aircraft由动力驱动、机上无人驾驶的航空飞行器的简称，以携带任务载荷，能够完成自主飞行为特征。通常由机体、动力系统、航电设备、任务载荷设备等组成。〔来源 GJB 6703-2009,3.1,有修改〕3.2 无人机智能巡检系统 unmanned aircraft intelligent inspection system利用无人机搭载可见光、红外等检测设备，完成光伏电站巡检任务的作业系统。一般包括无人直升机、任务设备、地面控制模块、综合保障模块及图像识别、智能诊断、报告生成、数据存储发布、故障 T/CEC 2125-2020 4 导航管理终端等系统。〔来源 DL/T 1578-2016,3.1,有修改〕3.3 单旋翼无人直升机 unmanned helicopter具有一个旋翼轴，能垂直起降，自由悬停的无人机。通过调节桨距，桨面、桨速，实现速度及姿态的改变。〔来源 DL/T 1578-2016,3.1.1,有修改〕3.4 多旋翼无人机 multi-rotor UAV一种由动力驱动，飞行时凭借三个及以上旋翼依靠空气反作用力获得支撑，能够垂直起降、自由悬停的无人机。〔来源 GB/T 38058-2019,3.2〕3.5 控制站 control pilot station用于实现无人机任务规划、链路通讯、飞行控制、载荷控制、飞行状态参数显示、载荷信息显示、以及记录和分发等功能的设备。〔来源 GJB 6703-2009,3.3〕3.6 任务设备 mission equipment搭载在无人机上，用于测绘、检测、采集和记录光伏电站相关数据的设备或装置，可为转塔式光电吊舱型式，也可为云台搭载光电传感器型式。〔来源 DL/T 1578-2016,3.1.2〕3.7 视距内运行 visual line of sight operationsVLOS视距内运行，无人机驾驶员或无人机观测员与无人机保持直接目视视觉接触的操作方式，航空器处于驾驶员或观测员目视视距内半径 500m，相对高度低于 120m的区域内。〔来源 AC-91-FS-2015,3.11〕3.8 超视距运行 beyond VLOS无人机在目视视距以外的运行。〔来源 AC-91-FS-2015,3.10〕3.8 红外热成像 infrared thermalimaging将来自物体表面的红外辐射亮度的二维空间变化以灰度或伪彩色显示的图像的过程。〔来源 GB/T 12604.9-2008,2.19〕 T/CEC 2125-2020 5 3.10红外检测 infrared testing基于红外辐射原理，通过红外系统观察或记录被测物体红外辐射的一种检测方法。〔来源 GB/T 12604.9-2008,2.28〕3.11红外检测系统 infrared testing system基于红外检测原理，能独立使用的无损检测系统。〔来源 GB/T 12604.9-2008,3.1〕3.12 组件热斑 photovaltaic hot-spot光伏组件中的部分电池因自身原因或被周围其他物体所遮挡造成局部阴影，被遮挡的部分电池产生过热的现象。〔来源 GB/T 36567-2018,3.4〕3.13组件隐裂 photovaltaic subfissure电池片受到较大机械力或热应力时，在电池单元产生肉眼不易察觉的的隐形裂纹。〔来源 GB/T 36567-2018,3.5〕3.14同步定位与建图 simultaneous localization and mappingSLAM SLAM simultaneous localization and mapping,也称为 CML Concurrent Mapping andLocalization, 即时定位与地图构建，或并发建图与定位。3.15仿射变换 affined transformation保持变换前后影像中直线的平行性不变的变换方法。〔来源 GB/T 14950-2009,5.37〕3.16伪彩色影像 psendo-color image黑白影像经密度分割和彩色编码后形成的影像。〔来源 GB/T 14950-2009,6.42〕 3.17动态测试方法 dynamic test method动态测试一般采用黑盒测试和白盒测试方法。黑盒测试方法包括功能分解、边界值分析、判定表、因果图、状态图、随机测试、猜错法和正交实验法等。白盒测试方法包括控制流测试、数据流测试、程 T/CEC 2125-2020 6 序变异、程序插桩、域测试和符号求值等。〔来源 DL/T1709.9-2017,4.3.3]4 总则光伏发电站无人机智能巡检系统遵循以下基本技术原则 a 通过 “ AI人工智能算法云计算 ” 思维模式，实现全站无人机巡检信息统一建模和接入；b 构建光伏发电站全景数据，满足数据完整性、准确性和一致性的要求；c 利用图像识别技术、 SLAM（同步定位与地图构建）等技术和人工智能诊断算法与智能应用终端相结合，对电站进行故障排查、定位、识别、分析，对光伏电站的运行状态、性能进行故障、隐患和组件质量进行精准识别并综合分析和评定，提供智能运维、决策辅助关键数据。d 实现光伏发电站与调度（调控）中心信息纵向贯通，实现数据优化、发电量预测、智能运维、在线监督。5 系统架构 5.1 系统结构光伏发电站无人机智能巡检系统由无人机系统、任务系统、智能巡检系统组成，主要包括设备端、云端、技术支持端三部分，包括无人机、控制站、混合云台（ 4K 变焦可见光相机、红外相机、激光测距）、故障导航管理终端、移动 RTK 基站、客户端、人工智能数据处理和存储等设备。5.2 系统功能概述光伏发电站无人机智能巡检系统应具备实现远程操控下达任务指令、可查看运维人员作业轨迹、支持光伏巡检发现故障位置一键定位并识别故障种类、可实现巡检导航功能，可实现电站发电量预测、电站光伏组件运行质量预测、光伏电站草木、灰尘遮挡等提前预警功能。 6 技术要求6.1 一般要求一般要求包括以下内容 a 无人机外观不应有明显变形和伤痕；连接线布局合理，固定牢靠；连接件、紧固件有防松措施；涂镀层无气泡、龟裂和脱落；金属件无锈蚀和机械损伤。b 机头机尾应有明显标识；机身应设置航行灯。c 无人机系统挂载任务设备在无风环境悬停的最大续航时间不应小于 35min。 T/CEC 2125-2020 7 d 无人机巡检系统开展水面作业时应具备紧急漂浮装置。e 无人机宜具备机载追踪功能或可加装机载追踪装置。f 搭载后台数据识别、存储、分析等人工智能巡检系统。6.2 环境适应性要求6.2.1 温度适应性除非针对使用环境有特别说明，应能够在 -10°C～ 45°C 的环境温度下正常飞行。无人机的存储温度应适应地域典型气候温度范围，如未规定适应地域范围时，应注明存储温度范围。典型气候温度参照如表 1。表 1 典型气候类型温度值气候类型最低温度 ° C 最高温度° C干热气候 -30 65湿热气候 -10 65高寒气候 -40 65暖温气候 -30 656.2.2 湿度适应性除针对使用环境有特别说明，样机应能够在常温 25℃ ± 2℃ ，不低于 95的相对湿度下正常飞行。6.2.3 海拔适应性无人机能够在 4000m 海拔条件下正常飞行。 6.2.4 抗风性能无人机应能够在有风环境中正常飞行作业，一般要求无人机的抗风等级不低于 4 级（ 5.5m/s～7.9m/s），应用在 L3 型或容量超出 U3以上的光伏电站时，应达到 5 级 8.0m/s～ 10.7m/s以上。6.2.5 抗雨性能无人机应该能在小雨环境或制造商规定的最大降水强度中正常飞行，飞行时间不小于 5min。6.3 巡检人员要求参加取证考试，取得由中国航空器拥有者及驾驶员协会颁发的民用无人驾驶航空器系统驾驶员合格证（ AOPA）。6.4 系统功能及性能指标要求6.4.1 无人机系统 6.4.1.1 飞行模式具备增稳和全自主的飞行模式，不同模式间可以自由切换。切换过程中飞行状态应保持稳定。6.4.1.2全自主飞行及航迹控制可以根据预设航迹路线进行自主升降，飞行巡航。在环境风速小于 3m/s时，巡航期间航迹水平最大偏差应小于 1.5m，高度最大偏差应小于 0.5m。 T/CEC 2125-2020 8 6.4.1.3 躲避障碍不正确的飞行操作或在自主飞行中，无人机可能会遭遇建筑物、墙面、树木等障碍物。为避免出现飞行事故。无人机宜具备一定的躲避障碍能力，可以识别到路线上存在的障碍物，发出报警信息，并在抵近障碍物前，采取主动躲避动作，空中刹车或绕开障碍物飞行。一般应至少具备前视障碍物检测能力，至少能够识别 2m 2m（相对高度和宽度）的平面物体，障碍物的识别距离不小于 5m。以制造商声明最大飞行速度飞行时，在抵近障碍物 0.7m前应能够采取躲避动作。6.4.1.4飞行自检功能无人机在开机后应进行自检，对包括动力系统、电池状态、遥测遥控及导航定位功能。以上任一项不满足要求，均能在地面站或遥控手柄上以明显的报警提示，且飞控系统锁死。报警宜提示故障部位或原因。6.4.1.5 自动返航功能无人机在执行飞行任务期间，接收到返航指令或在出现故障后，能够在地面站上提示报警信息，并按照预设着落点或起飞点自行返航着陆，未设置预设点时，能够默认起飞点为返航地点。自动返航触发事件包括不限于 g 通信链路中断后，无人机悬停或盘旋等待超时后，无人机能按照预定返航点，自动返航；h 无人机接收到返航指令（如一键返航）后，应立即中断飞行返回预设航点；i 完成全自主飞行作业后，自主返航；j 电池的电量低于控制要求后，自主返航；k 无人机的安全监控系统监测故障问题后，立即停止作业，向地面站发出报警信息，悬停等待地面站指令或能够自主返航。实际落点与返航点偏差半径应小于 1± 0.5m。6.4.1.6 机头重定向功能无人机在作业期间，可仅通过地面控制模块或遥控手柄实现巡航控制。6.4.1.7 定点悬停功能无人机在执行飞行任务时，可以在任意指定位置悬停。在环境风速小于 3m/s，无人机悬停期间应保持稳定的飞行状态，水平最大偏差应小于 1.5m，高度最大偏差应小于 0.5m。6.4.1.8断点续航功能无人机在执行长时任务，因续航、故障或人为原因导致任务中断时，应可以自动或手动记录断点位置。恢复飞行时，应能够定位到断点位置，继续执行任务。应至少能够存储 10个位置点。6.4.1.9 限制飞行区域无人机系统能够设置限制飞行区域，在规划航线时，对超出规定飞行范围或预设禁止飞行区域时进行提示。无人机在飞行期间，临近限制飞行区域时，应发出警示信号；在抵近限制飞行区域时，飞机应自动中断任务，悬停等待或自动返航。限制区域的几何模型、有效时间等要素可参照民用航空行业标准 “ 无人机围栏 ” 设置。无人机系统在执行飞行任务前应对航线上禁止飞行的区域进行预设。6.4.1.10 遥控与通信 a 无人机应具备可靠的遥控与远程通信功能，在飞行高度 40m时，全向传输距离应不低于 2km。b 具备影像实时传输功能，在飞行高度 40m时全向传输距离不小于 2km。c 应实时记录无人机飞行动态信息，包括经纬度、高度、时间、地速、航向等。d 具备数据暂存机制。一旦出现通信中断，可以在待通信恢复后立即进行数据续传，存储卡不小于 64G，最大可支持 128G；现场网络条件具备时，部分机型可搭载 4G/5G实时在线传输设备。 T/CEC 2125-2020 9 6.4.2 任务系统6.4.2.1 云台为减少无人机运动过程对成像设备造成的影响，成像设备一般需安装在云台上。云台应具备水平和俯仰的转动性能。转动角速度应不小于 30° /s，水平转动宜为－ 180° ～＋ 180° ，俯仰转动范围宜为－ 60° ～＋ 30° 。6.4.2.2 可见光成像设备a有效像素不低于 1400万，或具备自动变焦功能，在距离光伏组件中心距离不小于 10m 处，拍摄的影像能够清楚识别光伏组件焊带、电池片及组件表面的 12cm²白色不透明遮挡物。b搭配云台使用的可见光传感器，转动角速度和转动性能宜符合水平和俯仰转动要求。c应具备手动和自动成像功能，具备拍照模式，录像模式，回放模式。6.4.2.3 红外热成像设备 a温度灵敏度和校准范围 -25℃ ～ 135℃ ；b工作环境范围不低于无人机系统工作环境；c热灵敏度在 30℃ 时， ≤ 0.1K；d几何分辨率 ≥ 640 480，支持全屏测温（每个像素测温）；e绝对测量误差 ± 2 K；f具备手动和自动拍摄存储功能。6.4.2.4 控制站控制站功能性要求包含但不限于 a）控制站应能够实时显示经纬度，飞行速度，飞行高度，电池容量等信息。b）与控制站成套配置的显示器，应能同时显示遥控遥测数据和回传影像，表面不应有明显凹痕、碰伤、裂痕、变形等现象，开机后显示器不应出现坏点或条纹。显示器最大显示亮度值不应低于200cd/m²，对比度不应低于 50 1，上下视角不应小于 40° ，左右视角不应小于 60° 。 c）能够存储和导出飞行日志、拍摄的图片、视频和其他任务信息，并能够对图片、视频信息进行备份。d）宜具备实景地图加载功能。6.4.2.5 故障导航管理终端用制作的电站全景地理信息图，供运维人员使用智能终端设备导航到电站相应位置，快速准确找到对应点，原始故障点信息可以轻松查询。6.4.2.5.1 功能性要求APP功能性要求包含但不限于 a 对用户的类型、名称、口令、登记手机号进行统一管理，并能进行口令重置；b 全景图和电气化图加载与显示，光伏发电站故障叠加显示，不同故障以不同的颜色进行显示，并可进行故障过滤显示，不同故障可分类隐藏和显示； c 具备故障信息分类查询、故障点坐标导航查询功能；d 在满足 APP使用周境要求的前提下、应实现用户文档中描述的所有功能，所实现的功能应与其文档所描述或更新日志中明示的功能一致；e 应实现功能内在、外在及与业务直接相关的隐含性需求；f 所包含的功能应明示给用户，不应包含隐藏功能；g终端发生断电、断网、电话接人等中断或挂起 APP事件时， APP 不应对终端设备产生破坏性 T/CEC 2125-2020 10 影响，如系统崩溃，存储的数据、文件破坏或丢失，重新加电无法重启等问题；h）反复操作使用 APP相关功能后，设备不应出现异常现象；i在通信信号不稳定、信号连接切换等的环境下运行 APP时，设备不应出现异常现象 j 功能上应可以随时停止或退出操作；k终端开锁屏、切换网络、终端接人电源等操作，应不影响 APP功能的正常使用；l 终端在 APP运行状态下做关机、重启系统、终止进程等操作后，重启 APP应可正常使用；m 对可预知的误操作应进行处置，误操作发生并处置后， APP的功能可正常使用；n）开发者宜向用户或应用商店提供第三方检测报告或自测报告，以证明 APP实现了其所设计功能 ,且不存在功能缺陷。6.4.2.5.2性能效率要求6.4.2.5.2.1 时间特性a冷启动响应时间 APP的冷启动响应时间不宜超过 3s。b热启动响应时间 APP的热启动响应时间不宜超过 1s。 c操作响应时间 APP在界面切换的过程中，如无特殊要求。帧率应不低于 20 FPS。APP安装、卸载的响应时间，如无特殊要求，应小于 5 min.APP功能性操作的响应时间，如无特殊要求，应小于 5s.注用户有明确指标要求的，以用户要求为准。6.4.2.5.2.2 容量APP的用户容量和处理容量，应能满足应用的业务场景需求，保证良好的使用体验。同时应遵从 GB/T 25000.51-2016 对软件容量的要求。6.4.2.5.2.3资源利用性6.4.2.5.2.3.1 CPU占用用户在使用 APP过程中，不应引发智能移动终端的 CPU出现持续长时间超过 70占用。6.4.2.5.2.3.2 内存占用用户在使用 APP 过程中，不应引发智能移动终端内存出现持续长时间超过 70占用。6.4.2.5.2.3.3 网络资源占用在满足业务场景需要的前提下， APP 应尽可能减少网络资源消耗；在未告知用户的情况下，不应有与应用无关的流量消耗。6.4.2.5.2.3.4功耗资源占用在满足业务场景需要的前提下， APP应尽可能降低电能资源消耗，在用户未启动的状态下， APP 应不消耗终端电能。6.4.2.5.2.3.5 存储空间占用APP在安装与使用过程中，可能降低存销空间占用，如确实需要占用较大存储空间， APP应提供相关功能可供用户方便清理供认为无用的数据。6.4.2.4.2.3.6 其他资源占用APP 对终端设备相关硬件资源的使用应遵从最小化占用原则，在不使用或退出活动状态时应及时释放资源。如麦克风、摄像头等。6.4.2.6 实时动态测量（ RTK）设备可支持 GPS、 GLONASS、北斗、 GALILEO 等 4 系统 11 频点卫星信号接收。 RTK 移动站集成的多种数据传输链路以及高性能传感器，可为飞行平台提供实时差分数据，厘米级的三维定位和精准定向。定位精度如下 a）单点水平 1.5 mRMS垂直 3.0 mRMSb） RTK水平 1 cm 1 ppmRMS垂直 2 cm 1 ppmRMS1 ppm 每增加 1 km，精度变差 1 mm。例如距离基站 1 km，则精度为 1.1 cm。 T/CEC 2125-2020 11 6.4.3 智能巡检系统智能巡检系统功能主要包括 a通过高清 4K 可见光和全屏测温高灵敏红外热成像相机，将拍摄的图片或视频数据，利用故障组件（组串）与周围环境（组件、组串、方阵）之间由于温度与发射率的差异所产生的热对比不同，把红外辐射能量密度分布图显示出来；c结合图像识别技术、红外图像 SLAM 采集定位、图像分割算法、故障识别算法、全图拼接算法、云计算、神经网络算法，通过无人机双光同步拍摄数据采集数据与系统特征库对比，自动识别电站组件（组串）故障情况，并生成检测检测分析报告，d结合故障导航管理终端系统，智能巡检管理系统，实现电站的精准运维。6.4.3.1图像识别功能图像识别功能包含但不限于 a将无人机拍摄的可见光和红外热成像双光视频数据上载到云端； b由图像识别系统追踪目标区域针对可见光图像，利用仿射变换以及自适应色彩分类，进行板块行列分割追踪与定