Sử dụng máy học để nhắm gương trong một mảng năng lượng mặt trời?


10

Tôi đã suy nghĩ về các bộ thu năng lượng mặt trời trong đó một số gương độc lập để tập trung ánh sáng vào bộ thu năng lượng mặt trời, tương tự như thiết kế sau đây từ Đổi mới năng lượng.

Mảng năng lượng mặt trời

Bởi vì sẽ có những sai sót trong quá trình lắp ráp mảng năng lượng mặt trời này, tôi đang tiến hành các giả định sau (hoặc thiếu nó):

  • Phần mềm biết "vị trí" của từng gương, nhưng không biết vị trí này liên quan đến thế giới thực hay các gương khác như thế nào. Điều này sẽ chiếm hiệu chuẩn gương kém hoặc các yếu tố môi trường khác có thể ảnh hưởng đến một gương nhưng không ảnh hưởng đến gương khác.

  • Nếu một chiếc gương di chuyển 10 đơn vị theo một hướng, và sau đó 10 đơn vị theo hướng ngược lại, nó sẽ kết thúc tại nơi nó bắt đầu.

Tôi muốn sử dụng máy học để định vị gương chính xác và tập trung ánh sáng vào bộ thu. Tôi hy vọng tôi sẽ tiếp cận vấn đề này như một vấn đề tối ưu hóa, tối ưu hóa các vị trí gương để tối đa hóa nhiệt bên trong bộ thu và sản lượng điện.

Vấn đề là tìm một mục tiêu nhỏ trong không gian nhiều chiều ồn ào (xem xét mỗi gương có 2 trục quay). Một số vấn đề tôi dự đoán là:

  • những ngày nhiều mây, ngay cả khi bạn vấp phải sự liên kết gương hoàn hảo, nó có thể có mây vào thời điểm đó

  • dữ liệu cảm biến ồn ào

  • Mặt trời là một mục tiêu di chuyển, nó di chuyển dọc theo một con đường và đi theo một con đường khác nhau mỗi ngày - mặc dù bạn có thể tính toán vị trí chính xác của mặt trời bất cứ lúc nào, bạn sẽ không biết vị trí đó liên quan đến gương của bạn như thế nào

Câu hỏi của tôi không phải là về mảng năng lượng mặt trời, nhưng các kỹ thuật máy học có thể sẽ giúp giải quyết vấn đề "mục tiêu nhỏ trong không gian chiều cao ồn ào" này. Tôi đã đề cập đến mảng năng lượng mặt trời vì nó là chất xúc tác cho câu hỏi này và là một ví dụ điển hình.

Những kỹ thuật máy học có thể tìm thấy một mục tiêu nhỏ như vậy trong một không gian chiều cao ồn ào?

BIÊN TẬP:

Một vài suy nghĩ bổ sung:

  • Có, bạn có thể tính toán vị trí mặt trời trong thế giới thực, nhưng bạn không biết vị trí gương có liên quan đến thế giới thực như thế nào (trừ khi bạn đã học được cách nào đó). Bạn có thể biết góc phương vị mặt trời là 220 độ, và độ cao của mặt trời là 60 độ, và bạn có thể biết một chiếc gương ở vị trí (-20, 42); Bây giờ nói cho tôi biết, cái gương đó có thẳng hàng với mặt trời không? Bạn không biết.

  • Giả sử bạn có một số phép đo nhiệt rất tinh vi và bạn biết rằng "với mức nhiệt này, phải có 2 gương được căn chỉnh chính xác". Bây giờ câu hỏi là, hai gương (trong số 25 hoặc nhiều hơn) được căn chỉnh chính xác?

  • Một giải pháp tôi đã xem xét là ước tính đúng "chức năng căn chỉnh" bằng cách sử dụng mạng thần kinh sẽ lấy phương vị và độ cao của mặt trời làm đầu vào và đầu ra một mảng lớn với 2 giá trị cho mỗi gương tương ứng với 2 trục của mỗi gương. Tôi không chắc phương pháp đào tạo tốt nhất là gì.

Thêm suy nghĩ:

  • Các gương có một hệ tọa độ mà phần mềm có quyền truy cập, nhưng phần mềm không biết hệ thống tọa độ này liên quan đến thế giới thực như thế nào. Giả sử một chiếc gương ở vị trí (4, 42); điều đó nghĩa là gì? Tôi không biết và phần mềm cũng không. Nhưng tôi biết rằng nếu tôi di chuyển gương xung quanh và sau đó di chuyển nó trở lại (4, 42) thì gương sẽ ở cùng vị trí như trước đây. Ngoài ra, hai gương có thể ở vị trí (4, 42) nhưng được chỉ theo hướng ngược nhau trong thế giới thực.

  • Có, với rất nhiều cảm biến chất lượng, vấn đề rất dễ giải quyết. Năng lượng đổi mới không hoạt động như tôi có thể nói, có lẽ vì họ đã sử dụng một loạt các cảm biến thực sự tuyệt vời và mọi người nói "Tôi sẽ chỉ mua các tấm pin mặt trời, chúng rẻ hơn."

  • Các cảm biến duy nhất trong hệ thống nằm trong đầu thu.


Xin lỗi vì đã không trả lời câu hỏi của bạn nhưng tôi đột nhiên có một ý tưởng đọc qua bài viết của bạn. Sẽ không hợp lý nếu sử dụng các phép đo của người khác để xác định ai có sự liên kết tốt nhất và mục tiêu tổng thể để làm cho độ lệch chuẩn càng nhỏ càng tốt VÀ mọi người nên tạo ra bằng hoặc nhiều hơn mức tối đa từ dân số?
AlexanderBrevig


2
Trong một thế giới mà bất kỳ điện thoại di động nào cũng biết vị trí của nó và vị trí của nó, giả định rằng một chiếc gương của máy trợ lực không phải là không thực tế.
mouviciel

1
Miễn là bạn biết mảng của bạn ở đâu, nơi mỗi gương có liên quan đến điểm đó, nơi bộ thu tương đối với từng gương và cách định hướng của mảng (góc phương vị), mọi thứ bạn muốn làm đều có thể tính toán được. Đây không phải là một vấn đề máy học, đó là tất cả hình học.
Blrfl

1
Tôi thấy chỉnh sửa mới của bạn. Đối với tôi có vẻ như vấn đề của bạn sôi nổi khi dịch tọa độ gương thành góc phương vị và độ cao. Nó không nên yêu cầu một mảng, cũng không yêu cầu học máy; nó có lẽ chỉ là một vài phương trình toán học đơn giản với một số hằng số.
Robert Harvey

Câu trả lời:


15

Đường đi của mặt trời có thể được dự đoán , vì vậy tôi tưởng tượng bạn có thể sắp xếp gương khá gần nếu bạn biết thời gian trong ngày, ngày trong năm, và vĩ độ và kinh độ.

Bạn không cần học máy cho việc này.

Nếu bạn có gương không biết đường nào chúng chỉ (ví dụ: bạn không thể tương quan vị trí của chúng với các phép đo độ cao và góc phương vị), bạn có thể thử sử dụng máy ảnh có trường nhìn rộng, quét bầu trời cho đến khi sáng đốm trắng xuất hiện trong chế độ xem của camera. Sau đó, bạn có thể di chuyển gương về phía điểm đó (sử dụng một số tính toán x / y đơn giản), cho đến khi điểm sáng được căn giữa trong chế độ xem của máy ảnh. Đặt một bộ lọc tối trên máy ảnh để tất cả những gì nó nhìn thấy là mặt trời.

Tuy nhiên, các quốc gia câu hỏi của bạn mà bạn làm biết được nơi các gương là nhọn. Nếu bạn có các cảm biến trên gương cho bạn biết vị trí của chúng, thì bạn có khả năng tương quan các phép đo vị trí đó với số góc phương vị và độ cao thực tế.

Tôi sẽ tưởng tượng nó sẽ khá đơn giản để phát hiện những ngày nhiều mây với một pin mặt trời, hoặc không có bất kỳ nhiệt nào trên gương.


5
Bạn vẫn cần tính đến sự không hoàn hảo của lắp ráp, nhưng đây là vấn đề hiệu chỉnh không liên quan đến học máy. Kỹ thuật điều khiển sẽ là một khung lý thuyết phù hợp hơn.
mouviciel

2
@FrustratedWithFormsDesigner: Nếu gương của bạn được gắn trên xe lửa, tôi cho rằng. Một cảm biến cân bằng GPS và cân bằng sẽ giải quyết vấn đề đó.
Robert Harvey

3
@RobertHarvey: Nhưng nó sẽ vui không? ;)
Thất vọngWithFormsDesigner

7
Việc bạn có hàng trăm tấm gương không phải là vấn đề lớn, hành vi của từng chiếc gương không phụ thuộc vào hàng xóm của nó. Bạn đang cố tình làm cho vấn đề này khó khăn hơn thực tế.
whatsisname

4
@ Nút840: Nếu bạn không có cách nào để tương quan ý nghĩa của cảm biến vị trí của bạn so với vị trí thực tế của gương, học máy sẽ không giúp bạn định vị chúng. Bất cứ điều gì bạn làm mà không có dữ liệu đó về cơ bản sẽ là một người say rượu. Hiệu chuẩn thô nên là một yếu tố của thiết kế. Hiệu chuẩn tốt có thể được thực hiện bằng cách raster từng gương chống lại mặt trời và xem đầu ra của bộ thu của bạn. Whatsisname hoàn toàn đúng: bạn đang làm điều này trở nên khó khăn hơn mức cần thiết.
Blrfl

9

Đối với loại ứng dụng này, một lĩnh vực gương cố gắng hướng vào bộ thu năng lượng mặt trời, bạn có thể tính toán rất nhiều nơi bạn nghĩ mặt trời nên ở đâu, gương nên ở đâu, góc nào và vị trí của chúng như thế nào họ chỉ về phía nhà sưu tập của bạn. Bạn biết đấy, một mô hình toán học. Nó sẽ gần thôi. Có lẽ đủ gần.

Đối với việc hiệu chỉnh các gương để đối phó với sự không hoàn hảo và sai lệch so với mô hình của bạn:
Ngọ một gương mỗi lần. Nếu sản lượng của bạn tăng, hãy giữ sự thay đổi. Lưu trữ các thay đổi như calOffset. Gọi nó là xong.

Tôi đồng ý với Harvey, học máy là quá mức cần thiết cho việc này.

Nhưng này, giả sử bạn muốn có một hệ thống tự trị di động có thể thức dậy sau một giấc ngủ dài và đi tìm mặt trời . Và chúng tôi không thể đủ pin 0,05 đô la để giữ thời gian. Và vì nó là thiết bị di động, mặt trời có thể ở trên trời - biết hướng nào. Và tất cả con người đã chết. Và các lớp phủ pin mặt trời robot của chúng ta đã có một người chơi nghiêm túc và họ không biết phần nào của thế giới mà họ thức dậy. Và GPS của họ không thể nhận tín hiệu. Và không ai trong số bạn bè của họ biết chuyện gì đã xảy ra.

1) Quét khu vực bằng một gương và lưu ý bất kỳ đột biến nào trong sản lượng điện. Lặp lại điều đó một vài lần để đảm bảo đó không phải là đám mây hay thứ gì đó.
2) Bây giờ bạn biết vị trí của mặt trời. Đi git nó.
3) Đợi một tiếng.
4) Quét toàn bộ khu vực một lần nữa bằng gương. Gai nhọn. Mây. Đau quá.
5) Bây giờ bạn biết con đường của mặt trời. Thực hiện theo cho đến khi bạn đạt đến giới hạn của động cơ của bạn hoặc cho đến khi mất điện
6) Xoay 180 độ và chờ 12 giờ.
7) Làm điều quét.
8) Từ sự khác biệt về vị trí cài đặt của mặt trời và vị trí tăng, giờ đây bạn gần như biết được vĩ độ / mùa * của mình. (Ít nhất, phần bù của bạn từ xích đạo. Vẫn không biết hướng bắc từ nam). Điều chỉnh phù hợp.
9) Đợi một ngày. Lưu ý sự khác biệt ở vị trí mặt trời mọc. Bây giờ bạn biết phía nào của ngày hạ chí.
10) Chờ đến 6 tháng. Lưu ý nơi hướng của đỉnh mặt trời mọc. Bây giờ bạn biết nếu bạn đang trong mùa đông hoặc mùa hè, và có thể tìm ra con đường mặt trời một cách an toàn cho EON tiếp theo.

Nếu bất kỳ bước nào với "bây giờ bạn biết" không rõ ràng, câu trả lời là MATH (và cơ học quỹ đạo của Trái đất **). Ông Toán là bạn của bạn. Anh ấy có thể nói với bạn những điều. Và trừ khi tiên đề của sự bình đẳng hoặc một số như vậy hóa ra là sai, bạn thậm chí có thể tin tưởng anh ta.

* Ưu đãi không hợp lệ trong vòng tròn Bắc Cực hoặc Nam Cực.
** Ưu đãi cũng không hợp lệ trên Sao Hỏa, Sao Kim, Titan, Io và các địa điểm được chọn khác.


Như đã nói, tôi đang tiến hành theo giả định rằng tôi không biết các vị trí gương trong thế giới thực và tuyên bố rằng với một số phép toán, tôi có thể có "đủ gần" không có cơ sở.
Nút840

Khi bạn nói rằng bạn không biết vị trí của gương trong thế giới thực, chính xác thì bạn có ý gì? Tôi đã có GPS trên điện thoại có thể cung cấp cho bạn tọa độ vĩ độ và kinh độ, chính xác trong phạm vi vài mét.
Robert Harvey

2
Giả sử GPS đã bị vô hiệu hóa bởi các ngọn lửa mặt trời hoặc một quả bom Kessler.
Kỹ sư thế giới

@WorldEngineer - Giả sử rằng tất cả mọi thứ trừ học máy đã không hoạt động, liệu học máy có phải là giải pháp?
mouviciel

@mouviciel không, không có một số động cơ hoặc cảm biến, học máy không có gì để học và không có gì để làm sau tất cả những suy nghĩ đó.
Philip

2

Câu hỏi của bạn dường như không liên quan đến học máy nhiều như việc tự động hiệu chỉnh một nhóm thiết bị. Bạn đã có một thiết bị (gương) có cảm biến vị trí và bạn biết nơi bạn muốn trỏ thiết bị, nhưng bạn không biết đầu ra cảm biến liên quan đến thế giới thực như thế nào. Vì vậy, bạn thực sự chỉ cần hiệu chỉnh thiết bị - tìm vị trí chính xác để bạn có thể xác định cách đọc cảm biến liên quan đến vị trí thực tế. Sau khi hiệu chỉnh, có vẻ như bạn có thể dựa vào các cảm biến để định vị thiết bị.

Với tất cả những điều đó, có lẽ bạn nên hiệu chỉnh từng thiết bị riêng lẻ . Bạn có thể làm điều đó tự động bằng cách sử dụng một số loại thuật toán tìm kiếm. Gilbert Le Blanc mô tả một cái nên hoạt động. Một cách khác là giả định rằng dữ liệu cảm biến là chính xác và sử dụng nó để hướng gương vào đúng vị trí; sau đó di chuyển gương theo mô hình xoắn ốc ra ngoài cho đến khi bạn bắn trúng mục tiêu.

Nếu bạn thực sự muốn điều chỉnh tất cả các gương cùng một lúc , một thuật toán di truyền có thể được gọi cho:

  • Chọn một cài đặt ngẫu nhiên cho mỗi gương và lưu trữ chúng trong một mảng. Lặp lại, để bạn có một số cấu hình trường gương.
  • Tiếp theo, chạy qua các cấu hình trường gương, đặt tất cả các gương cho từng gương và sau đó đo nhiệt lượng được tạo ra.
  • Loại bỏ các cấu hình trường gương tạo ra nhiệt ít nhất khỏi danh sách.
  • Tạo một số cấu hình mới bằng cách kết hợp lại các phần của cấu hình vẫn còn trong danh sách.
  • Lặp lại cho đến khi các cấu hình hội tụ thành một giải pháp duy nhất hoặc sự cải thiện ở mỗi lần lặp lại giảm xuống dưới một số ngưỡng (nghĩa là bạn đã đạt đến "đủ tốt").

Ngoài ra, tôi nên chỉ ra rằng nếu bạn thử phương pháp trên, điều bạn đang cố gắng tối ưu hóa là hiệu chuẩn cảm biến gương chứ không phải vị trí. Mỗi bước sẽ mất một chút thời gian, vì vậy bạn sẽ cần tính đến sự chuyển động của mặt trời khi quá trình này diễn ra. "Cài đặt" cho mỗi gương không phải là vị trí mà là lỗi cảm biến, tức là sự khác biệt giữa đọc cảm biến và đọc lý tưởng.


1

Tôi gần như ghét viết này.

  • Xác định từ pin mặt trời xem mặt trời có chiếu sáng hay không.
  • Nếu mặt trời chiếu sáng, hãy bắt đầu với gương ở (0, 0).
  • Xoay gương về 0 trên trục x.
  • Xoay gương dọc theo toàn bộ trục Y. Ở mỗi bước, đo để xem sản lượng nhiệt của bộ thu năng lượng mặt trời của bạn tăng lên. Nếu vậy dừng lại, và di chuyển đến gương tiếp theo trong mảng.
  • Xoay gương dọc theo trục X một bước. Lặp lại bước trước.
  • Nếu gương đã được xoay dọc theo toàn bộ trục x và y mà không tăng sản lượng nhiệt, hãy đánh dấu gương là cần bảo trì và di chuyển đến x = 0 và y = 0.
  • Lặp lại tất cả các bước với mỗi gương trong mảng gương.
  • Đợi một giờ, và lặp lại tất cả các bước.

Đơn giản, tuy nhiên cách tiếp cận này không phải là tối ưu, giả sử rằng việc xoay gương tiêu tốn năng lượng .....
mikera

Đó không phải là giá trị xuất bản mặc dù.
Công việc

3
@Job Oh tôi xin lỗi, bạn có muốn SE.Programmer giúp bạn với luận án của bạn không? Tôi biết vấn đề bài tập về nhà là một vấn đề, nhưng bây giờ chúng tôi có học sinh tốt nghiệp muốn chúng tôi làm việc của họ?
Philip

@mikera: Đúng vậy, đây là một giải pháp vũ phu. Tuy nhiên, vì một trong những chỉnh sửa làm rõ là "Ngoài ra, hai gương có thể ở vị trí (4, 42) nhưng được chỉ theo hướng ngược lại trong thế giới thực.", Tôi không thấy bất kỳ phím tắt nào.
Gilbert Le Blanc

@Gilbert - bạn cần sử dụng thông tin từ các phép đo trước đó. Hai phép đo, ví dụ, là đủ để có được ước tính độ dốc một phần. Sau đó, bạn có thể bắt đầu sử dụng các phương pháp như giảm độ dốc để tìm vị trí tối ưu. Tốt hơn nhiều so với lực lượng vũ phu, đặc biệt là vì vấn đề tối ưu hóa trong trường hợp này có khả năng là lồi!
mikera
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.