太阳能光热发电技术是二十一世纪解决能源短缺和改善环境问题的重要途径之一,塔式太阳能光热发电技术作为其中一种,以其清洁、发电可持续性等优点成为太阳能光热发电领域的重要发展方向。集热岛是塔式太阳能光热发电系统的主要组成部分,实现对太阳辐射能量的收集,其运行的安全性和稳定性关系到整个电站的发电安全和效率,是塔式发电系统中的一个重要研究方向。本文主要以塔式太阳能电站集热岛中的定日镜场为研究对象,包括故障定日镜检测、定日镜误差测量、定日镜场云层监测等。主要工作如下:(1)建立太阳运动的数学模型,并根据光学反射原理建立定日镜聚光追日运动的数学模型,选择两分两至日进行仿真分析。同时,研究聚光镜场的布置方式和无人机航拍规划,为故障定日镜检测奠定基础。(2)提出一种基于航拍图像的故障定日镜检测方法。利用无人机对聚光镜场进行航拍,然后对拍摄的图片进行中值滤波、Canny边缘检测等处理,根据边缘特征对故障定日镜进行检测,并设计了一种级联提取方法解决图像中的阴影遮挡等问题。(3)提出一种基于激光光斑的定日镜误差检测方法。分析定日镜误差类型,建立两种误差计算的数学模型并进行仿真分析,采用激光代替太阳光线,可以在夜间环境下,利用图像处理技术对激光光斑拟合得到光斑中心,然后根据误差计算模型求得误差参数。(4)提出一种基于图像分割的云层测速方法。利用鱼眼相机对镜场上空云层进行拍摄,然后运用遗传算法对云层图像进行分割,提出基于连通域的目标检测和匹配方法,对运动云层的移动速度和方向进行计算并预测。建立太阳、云和镜场三者的位置关系,利用直方图比对方法,判断太阳是否被移动的云层遮挡。实验结果表明,提出的基于航拍图像的故障定日镜检测方法检测准确度高,且无人机巡检具有成本低、广泛性等优点;基于激光光斑的误差测量方法具有较高准确度;提出的基于图像分割的云层测速方法对云层移动具有较好的预测性,直方图比对方法也对云层遮挡判断有较好的判断结果。上述研究内容为塔式太阳能电站集热岛中定日镜与云检测的发展提供了理论基础。