基于计算机视觉的海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测研究

摘要

近年来国内外建成了多个海上漂浮式光伏电站实证项目，但相关结构的破坏事故屡屡发生．动位移作为反映结构运行状态和系统性能的重要指标，对其进行有效监测具有重要意义．为了克服传统监测手段在海上环境中的局限性，提出了基于计算机视觉的浮岛运动位移监测方法．该方法采用长焦摄像设备进行视频采集，利用自然标志物进行目标追踪，运用尺度因子法进行位移计算，并根据工程特点提出了一种基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法．为了对该方法的准确性和实用性进行检验，设计实施了简单标定试验、漂浮式光伏浮岛水力学模型试验和天津某海域实际光伏浮岛原型监测试验，并进行了详细的误差分析．结果表明：基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法在精度和计算速度上都比高斯曲面拟合等方法更具优势，可以更好地缓解整像素模板匹配方法随拍摄距离增大而导致的误差显著增长问题；当拍摄距离大于等于100倍的物距变化时，可以基本消除浮岛沿光轴方向运动对成像平面内位移的影响；所提方法在试验室内20 m拍摄距离下的归一化均方根误差为1.78%，具有较好的精度；原型监测得到的竖向运动位移的双幅值与波浪高度相近，归一化相关匹配系数矩阵的峰值十分明显，亚像素计算拟合效果较好．综合分析认为，监测结果合理有效，所提方法在海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测方面具有较好的应用价值．

关键词

计算机视觉 / 海上漂浮式光伏 / 运动响应 / 实时监测 / 误差分析