CN102877457B

CN102877457B - 太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统

Info

Publication number: CN102877457B
Application number: CN201210400006.9A
Authority: CN
Inventors: 张德胜; 刘红强; 高淑贞
Original assignee: XINJIANG YIJIN ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Xinjiang Yijin Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN102877457A

Abstract

本发明提供一种太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，包括：聚光器、水平向反射镜、抛物柱面反射镜、遮光反射镜、计算机、太阳位置传感器、水平沙面等。聚光器为平行光聚光器，对太阳进行精确的方位角和高度角跟踪，且输出的平行聚光光线全部射向水平向反射镜，通过水平向反射镜的反射和抛物柱面反射镜的聚焦形成位于水平沙面表面且各点的辐射强度相同的聚光光线。该系统在对沙漠表面进行熔化硬化的过程中，运动能量和对沙面熔化和硬化的能量均来自于太阳能，不消耗化石能源；能够对太阳能的利用时间更长，聚光利用方式更加合理；采用线聚焦且利用计算机控制下进行熔化硬化的效率更高，质量更好；能够实现无人自动运行，进一步降低了人工成本。

Description

太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种对利用太阳能聚光能量对沙漠表面进行硬化的系统。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的化石能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。

在我们生存的地球上，存在着大面积的沙漠，因其恶劣的自然环境，使人类很难在这些区域内居住和生存。在风的作用下，沙漠具有的流动性可以造成周围地区的生产生活设施的破坏，最终导致无法利用，人类的生存空间被沙漠不断侵蚀。

当今，荒漠化也是世界性的公害，全球受到荒漠化危害的陆地面积已达到1／4，且每年仍以5～7万平方公里的速度扩展。目前，全球荒漠化面积达到3800万平方公里，占地球陆地总面积的四分之一，使世界三分之二的国家和五分之一的人口受到其影响。沙尘暴虐，田毁人亡，每年造成的直接经济损失达400多亿美元。

国家林业局公布的数据表明，我国现有荒漠化土地面积为262.6万平方公里,占国土总面积的27.3%,涉及全国18个省区的471个县，影响着近4亿人口的生产和生活，每年由沙化造成的直接经济损失超过540亿元人民币。荒漠化已成为严重威胁中华民族生存空间、严重制约中国经济社会发展的巨大挑战。

目前，政府每年要拿出巨额资金用于防沙治沙工程建设。

现有治沙方法主要包括工程治沙和植物治沙两大类。所谓工程治沙是用柴、草、粘土、板条、席笆、卵石或沥青乳剂和高分子聚合物等设置障碍或辅压遮蔽的方法阻沙固沙。这种方法受资源和条件的限制只在少数地区可用，但费用较高，可持续时间短，而植物治沙法生产周期长、见效慢，在大部分缺水和降水稀少地区是不具备实施条件的。

在公开的《治沙、筑路方法及其装置》（97104067.2）专利技术中，是将聚焦后的太阳光束扫描地面，使地面的沙粒或土壤熔融或者烧结，冷却后使地面上形成坚硬覆盖物。这项技术存在很多缺点：一是采用点聚焦和逐点逐行扫描方式的机构与控制都很复杂；二是在实施过程中太阳的位置时刻都在发生变化，其聚焦落点很难控制；三是动力系统没有采用太阳能，具有碳排放污染。

在公开的《利用太阳能的智能化筑路与沙漠表面硬化系统》（200710161174.6）专利技术中，是采用太阳能发电组件向蓄电池充电，再由蓄电池向激光设备提供电能用于沙漠表面硬化，其缺点有：一是蓄电池蓄电效率低，再加上激光设备的转化效率也比较低，造成只有很少部分能源用于沙漠表面硬化，因此其总体效率较低；二是采用点聚光以逐点逐行扫描方式的机构与控制都很复杂；三是蓄电池寿命短且生产环节存在污染问题，重量大，使整个机构的运动耗能也更大，因此不适合应用推广。

发明内容

为了克服现有防风固沙治沙手段，以及利用聚光方式对沙漠表面进行熔化硬化方式的缺点和不足，本发明提供一种太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，能够在对沙漠表面进行熔化硬化的过程中全部采用太阳能，而不采用化石能源驱动；能够对太阳能的利用时间更长，聚光利用方式更加合理；能够采用线聚焦且利用计算机控制下进行熔化硬化的效率更高，质量更好；能够实现无人自动运行，进一步降低了人工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，包括：行走机构、左侧行走电机、右侧行走电机、左侧行走轮带、右侧行走轮带、太阳能电池组件、电池组件跟踪支架、跟踪支架转动轴、电池组件跟踪电机、DC-DC直流稳压模块、聚光器、水平向反射镜、抛物柱面反射镜、遮光反射镜、水平向反射镜方位角电机、水平向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机、计算机、I/O数据接口、太阳位置传感器、水平沙面。水平沙面是经平整过的表面呈水平状的沙漠区域。

太阳能电池组件将太阳辐射能转化为直流电能，由太阳能电池组件输入的不稳定直流电通过DC-DC直流稳压模块输出为具有稳定电压的直流电，提供给左侧行走电机、右侧行走电机、电池组件跟踪电机、水平向反射镜方位角电机、水平向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机和计算机使用。太阳位置传感器检测到太阳的方位角和高度角，通过I/O数据接口传送给计算机，再由计算机中软件的控制，通过I/O数据接口使电池组件跟踪电机、水平向反射镜方位角电机、水平向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机和聚光器轴旋转电机转动到指定位置；左侧行走电机、右侧行走电机、电池组件跟踪电机、水平向反射镜方位角电机、水平向反射镜高度角电机、聚光器方位角电机、聚光器高度角电机、聚光器轴旋转电机都是具有数控功能的电机，按计算机的控制指令实现精确的转动量。

电池组件跟踪支架固定安装在行走机构上部，跟踪支架转动轴固定在电池组件跟踪支架上，太阳能电池组件安装在跟踪支架转动轴上，沿跟踪支架转动轴转动;由计算机的控制软件，控制电池组件跟踪电机转动，实现太阳能电池组件对太阳的方位角进行跟踪，从而最大程度地将接受到的太阳辐射能转化为电能，为整个系统的运动和控制提供电力能源,而非采用化石能源。

聚光器为平行光聚光器，通过目前公知的光学知识和多种技术实现输出光线与输入光线传播方向相同且平行，能够将垂直入射到矩形ABCD区域内的光线聚光并输出到矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内，矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内各点的聚光辐射强度相同；SO″为聚光器的中心轴线。

抛物柱面反射镜固定安装在行走机构上部，抛物柱面反射镜的焦线XY位于水平沙面表面且与行走机构的行走方向MN垂直；遮光反射镜安装在行走机构上部，能够沿上下方向运动；在行走机构上有固定点O；水平向反射镜位于行走机构上部，水平向反射镜的反射表面中心点位于O点并且能围绕O点转动；聚光器安装在行走机构上部，聚光器中心轴线SO″上的一定点O″在跟踪太阳的运动过程中始终与行走机构上的固定点O点重合。由计算机控制聚光器方位角电机和聚光器高度角电机的转动，聚光器对太阳进行精确的方位角和高度角跟踪，使聚光器中心轴线SO″始终指向太阳； GH是通过聚光器表面、垂直且相交于聚光器中心轴线SO″、始终与水平沙面表面平行的线段；EF位于聚光器表面、垂直且相交于中心轴线SO″的线段；在聚光器轴旋转电机的转动作用下，聚光器能够沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间有偏转角λ；EF线段相对于聚光器的位置固定，且当太阳的方位角ω=0即太阳在正南方向时，偏转角λ=0；聚光器输出的平行聚光光线全部射向水平向反射镜；由计算机控制水平向反射镜方位角电机和水平向反射镜高度角电机转动，使水平向反射镜将聚光器输出的平行聚光光线反射为水平向南方向，并全部射向抛物柱面反射镜上；通过抛物柱面反射镜的聚焦形成聚光光线XY，聚光光线XY位于水平沙面表面。

SO表示太阳入射光线，通过水平向反射镜的反射，形成光线OM，OM指向水平正南方向，OS′是OS在水平面上的投影，OL是∠SOM的角平分线，即垂直于水平向反射镜表面的法线，OL′是OL在水平面上的投影，ω表示太阳的方位角，φ表示太阳的高度角。水平向反射镜的法线OL的方位角α与ω、φ之间保持关系：

；

水平向反射镜的法线OL的高度角β与ω、φ、α之间保持关系：

；

在聚光器轴旋转电机的转动作用下，聚光器沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间实现偏转角λ；聚光器输出的位于矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内平行聚光光线全部射向水平向反射镜的A₂B₂C₂D₂区域内，水平向反射镜将平行聚光光线全部反射为水平向南方向，并全部射向抛物柱面反射镜上；抛物柱面反射镜将接收到的全部聚光平行光线反射聚焦到聚光光线XY上，聚光光线XY位于水平沙面表面；偏转角λ与太阳方位角ω、水平向反射镜方位角α之间的关系为：

线段EF在水平向反射镜上的光学投影为线段E₁F₁,在抛物柱面反射镜上的光学投影为线段E₂F₂；线段E₂F₂与水平沙面平行，且与抛物柱面反射镜的聚光光线XY平行；由光学知识可知，此时聚光光线XY上各点的辐射强度相同；当聚光器的受光面积及聚光倍数足够大时，聚光光线XY上各点具有很高的辐射强度，足以在短时间内达到沙漠沙的熔化温度；当行走机构沿MN方向运动时，聚光光线XY也随行走机构移动，聚光光线XY扫描过的沙子熔化后经过冷却，形成坚硬的石质硬化层，达到硬化沙漠表面的目的。其有益效果是：由聚光光线XY对水平沙面扫描比点聚光具有更高的效率，运动机构更加简化；即使太阳高度角φ很小时，也可以形状稳定且有相对固定聚焦位置的聚光光线XY，大大延长了对太阳的聚焦使用工作时间。

本发明提供的太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，其行进方向为南北方向；按照南北方向行进，其有益效果是：水平向反射镜的方位角最大转动量较小，且水平向反射镜的有效反射面积也最小，有利于制造和降低成本；左侧行走电机驱动左侧行走轮带，右侧行走电机驱动右侧行走轮带；通过计算机的控制，当左侧行走轮带和右侧行走轮带转动速度与方向相同时，行走机构沿直线方向行驶；当左侧行走轮带和右侧行走轮带转动速度不同时，行走机构沿曲线方向行驶，从而实现转向功能。

遮光反射镜沿上下方向运动，能够将从水平向反射镜射向抛物柱面反射镜的平行光线，重新反射至水平向反射镜，再由水平向反射镜反射至聚光器，并沿原传播路径返回，实现对聚光光线XY的辐射控制，同时也方便检查和维护，防止高强度的辐射造成不必要的损伤和破坏。

本发明提供的太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，是在计算机的控制下，聚光光线XY扫描形成若干个具有一定间隔的矩形硬化区块，行走机构按之字往复路径行驶，使很多硬化区块连续排列就能够覆盖大面积的沙漠表面，从而实现对大面积区域沙漠表面硬化的目的；在自然条件恶劣且交通运输条件不便的沙漠环境中，计算机能够通过程序控制，不采用人工操作而采用无人自动控制运行，从而进一步降低了固沙成本，提高了技术方式的实用性。

本发明的有益效果是：本发明在对沙漠表面进行熔化硬化的过程中，运动能量和实现沙面熔化和硬化的能量均来自于太阳能，不消耗化石能源，对应对能源危机、保护环境和应对气候变化具有重要意义；能够对太阳能的利用时间更长，聚光利用方式更加合理；能够采用线聚焦且利用计算机控制下进行熔化硬化的效率更高，质量更好；能够实现无人自动运行，进一步降低了人工成本；对沙漠表面实现硬化后，能够阻止由于沙漠流动造成对人类生产生活设施的破坏作用，同时，由于沙漠表面硬化，能够大大降低水分的蒸发量，提高水分的保持率，从而提高了恢复生态植被的可能性与可行性，对拓展人类的生存空间具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构及光路原理示意图。

图2是本发明的电源及系统控制结构示意图。

图3是本发明的聚光器的结构示意图。

图4是本发明的聚光光路结构示意图。

图5是本发明的水平向反射镜法线角度关系示意图。

图6是本发明的遮光反射镜在光路中的作用示意图。

图7是本发明的硬化工作方式和行驶路径示意图。

图8是本发明的硬化工作流程原理示意图。

图中标号说明如下：

11-水平沙面、12-行走机构、13-左侧行走电机、14-右侧行走电机、15-左侧行走轮带、16-右侧行走轮带、21-太阳能电池组件、22-电池组件跟踪支架、23-跟踪支架转动轴、24-电池组件跟踪电机、25-DC-DC直流稳压模块、31-聚光器、32-水平向反射镜、33-抛物柱面反射镜、34-遮光反射镜、41-水平向反射镜方位角电机、42-水平向反射镜高度角电机、43-聚光器方位角电机、44-聚光器高度角电机、45-聚光器轴旋转电机、51-计算机、52-I/O数据接口、53-太阳位置传感器。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明提供一种太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，包括行走机构12、左侧行走电机13、右侧行走电机14、左侧行走轮带15、右侧行走轮带16、太阳能电池组件21、电池组件跟踪支架22、跟踪支架转动轴23、电池组件跟踪电机24、DC-DC直流稳压模块25、聚光器31、水平向反射镜32、抛物柱面反射镜33、遮光反射镜34、水平向反射镜方位角电机41、水平向反射镜高度角电机42、聚光器方位角电机43、聚光器高度角电机44、聚光器轴旋转电机45、计算机51、I/O数据接口52、太阳位置传感器53、水平沙面11。水平沙面11是经平整过的表面呈水平状的沙漠区域。

如图2所示，太阳能电池组件21将太阳辐射能转化为直流电能，由太阳能电池组件21输入的不稳定直流电通过DC-DC直流稳压模块25输出为具有稳定电压的直流电，提供给左侧行走电机13、右侧行走电机14、电池组件跟踪电机24、水平向反射镜方位角电机41、水平向反射镜高度角电机42、聚光器方位角电机43、聚光器高度角电机44、聚光器轴旋转电机45和计算机51使用。太阳位置传感器53检测到太阳的方位角和高度角，通过I/O数据接口52传送给计算机51，再由计算机51中软件的控制，通过I/O数据接口52使电池组件跟踪电机24、水平向反射镜方位角电机41、水平向反射镜高度角电机42、聚光器方位角电机43、聚光器高度角电机44和聚光器轴旋转电机45转动到指定位置；左侧行走电机13、右侧行走电机14、电池组件跟踪电机24、水平向反射镜方位角电机41、水平向反射镜高度角电机42、聚光器方位角电机43、聚光器高度角电机44、聚光器轴旋转电机45都是具有数控功能的电机，按计算机51的控制指令实现精确的转动量。具有数控功能的电机可以是步进电机，也可以是伺服电机或具有转动量反馈功能的电机。

如图1、图2所示，电池组件跟踪支架22固定安装在行走机构12上部，跟踪支架转动轴23固定在电池组件跟踪支架22上，太阳能电池组件21安装在跟踪支架转动轴23上，沿跟踪支架转动轴23转动; 太阳位置传感器53检测到太阳的方位角和高度角，通过I/O数据接口52传送给计算机51，由计算机51的控制软件，控制电池组件跟踪电机24转动，实现太阳能电池组件21对太阳的方位角进行跟踪，从而最大程度地将接受到的太阳辐射能转化为电能，为整个系统的运动和控制提供电力能源,而非采用化石能源。

如图3所示，聚光器31为平行光聚光器，通过目前公知的光学知识和多种技术实现输出光线与输入光线传播方向相同且平行，能够将垂直入射到矩形ABCD区域内的光线聚光并输出到矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内，矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内各点的聚光辐射强度相同；SO″为聚光器31的中心轴线。

如图1、图2、图3、图4所示，抛物柱面反射镜33固定安装在行走机构12上部，抛物柱面反射镜33的焦线XY位于水平沙面11表面且与行走机构12的行走方向MN垂直；遮光反射镜34安装在行走机构12上部，能够沿上下方向运动；在行走机构12上有固定点O；水平向反射镜32位于行走机构12上部，水平向反射镜32的反射表面中心点位于O点并且能围绕O点转动；聚光器31安装在行走机构12上部，聚光器31中心轴线SO″上的一定点O″在跟踪太阳的运动过程中始终与行走机构12上的固定点O点重合。由计算机51控制聚光器方位角电机43和聚光器高度角电机44的转动，聚光器31对太阳进行精确的方位角和高度角跟踪，使聚光器31中心轴线SO″始终指向太阳； GH是通过聚光器31表面、垂直且相交于聚光器31中心轴线SO″、始终与水平沙面11表面平行的线段；EF也位于聚光器31表面、垂直且相交于中心轴线SO″的线段；在聚光器轴旋转电机45的转动作用下，聚光器31能够沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间有偏转角λ；EF线段相对于聚光器31的位置固定，且当太阳的方位角ω=0即太阳在正南方向时，偏转角λ=0；聚光器31输出的平行聚光光线全部射向水平向反射镜32；由计算机51控制水平向反射镜方位角电机41和水平向反射镜高度角电机42转动，使水平向反射镜32将聚光器31输出的平行聚光光线反射为水平向南方向，并全部射向抛物柱面反射镜33上；通过抛物柱面反射镜33的聚焦形成聚光光线XY，聚光光线XY位于水平沙面11表面。

如图5所示，SO表示太阳入射光线，通过水平向反射镜32的反射，形成光线OM，OM指向水平正南方向，OS′是OS在水平面上的投影，OL是∠SOM的角平分线，即垂直于水平向反射镜32表面的法线，OL′是OL在水平面上的投影，ω表示太阳的方位角，φ表示太阳的高度角。根据数学与几何知识推理得知，水平向反射镜32的法线OL的方位角α与ω、φ之间的关系为：

；

水平向反射镜32的法线OL的高度角β与ω、φ、α之间的关系为：

；

如图1、图2、图3、图4所示，在聚光器轴旋转电机45的转动作用下，聚光器31沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间实现偏转角λ；聚光器31输出的位于矩形截面A₁B₁C₁D₁区域内平行聚光光线全部射向水平向反射镜32的A₂B₂C₂D₂区域内，水平向反射镜32将平行聚光光线全部反射为水平向南方向，并全部射向抛物柱面反射镜33上；抛物柱面反射镜33将接收到的全部聚光平行光线反射聚焦到聚光光线XY上，聚光光线XY位于水平沙面11表面；由数学、几何、光学等知识推理得到，当偏转角λ与太阳方位角ω、水平向反射镜32方位角α之间保持如下关系时：

；

线段EF在水平向反射镜32上的光学投影为线段E₁F₁,在抛物柱面反射镜33上的光学投影为线段E₂F₂；线段E₂F₂与水平沙面11平行，且与抛物柱面反射镜33的聚光光线XY平行；由光学知识可知，此时聚光光线XY上各点的辐射强度相同；当聚光器31的受光面积及聚光倍数足够大时，聚光光线XY上各点具有很高的辐射强度，足以在短时间内达到沙漠沙的熔化温度；当行走机构12沿MN方向运动时，聚光光线XY也随行走机构12移动，聚光光线XY扫描过的沙子熔化后经过冷却，形成坚硬的石质硬化层，达到硬化沙漠表面的目的。其有益效果是：由聚光光线XY对水平沙面12扫描比点聚光具有更高的效率，运动机构更加简化；即使太阳高度角φ很小时，也可以形状稳定且有相对固定聚焦位置的聚光光线XY，大大延长了对太阳的聚焦使用工作时间。

如图2、图4所示，本发明提供的太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，其行进方向为南北方向，即图中所示MN方向；按照南北方向行进，其有益效果是水平向反射镜32的方位角最大转动量较小，且水平向反射镜32的有效反射面积也最小，有利于制造和降低成本；左侧行走电机13驱动左侧行走轮带15，右侧行走电机14驱动右侧行走轮带16；通过计算机51的控制，当左侧行走轮带15和右侧行走轮带16转动速度与方向相同时，行走机构12沿直线方向行驶；当左侧行走轮带15和右侧行走轮带16转动速度不同时，行走机构12沿曲线方向行驶，从而实现转向功能。

如图6所示，遮光反射镜34沿上下方向运动，能够将从水平向反射镜32射向抛物柱面反射镜33的平行光线，重新反射至水平向反射镜32，再由水平向反射镜32反射至聚光器31，并沿原传播路径返回，实现对聚光光线XY的辐射控制，同时也方便检查和维护，防止高强度的辐射造成不必要的损伤和破坏。

如图2、图4、图7、图8所示，本发明提供的太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统的硬化方法，包括以下程序和步骤：开始工作时，步骤61为启动太阳能电源，即在白天太阳辐射达到一定值，太阳能电池组件21上产生的功率能够满足用电需要时，太阳能电池组件21输入的不稳定电压通过DC-DC直流稳压模块25输出为稳定的直流电压，供整个系统使用；步骤62为关闭遮光反射镜34，防止高强度的辐射造成不必要的损伤和破坏，不进行沙漠表面进行硬化；步骤63为在计算机51的控制下，启动跟踪太阳程序，使聚光器31的中心轴线SO″指向太阳；步骤64使行走机构12行驶到指定位置，并调整为南北MN方向；步骤65使行走机构12按设定的速度行驶；步骤66为打开遮光反射镜34，抛物柱面反射镜33将聚光光线聚焦到聚光光线XY上，开始对沙漠表面的熔化和硬化；步骤67和步骤68为计算机51累计行走机构12行驶的距离△S，当∑△S＜L时，即累计行驶距离未达到设计值L时，计算机51控制行走机构12继续行驶；当∑△S≥L时，即累计行驶距离达到设计值L时，由步骤68判断进行步骤69，关闭遮光反射镜34，停止进行聚焦硬化；由于行走机构12处于沿MN方向的行驶状态，聚光光线XY形成的扫描区域X₁Y₁Y₂X₂呈矩形，实现在此区域内的沙漠表面的连续硬化；步骤70为行驶设定的间隔距离，此距离内的沙漠表面未进行硬化，是为了给相邻硬化区域之间留出伸缩空间，防止由于热胀冷缩使硬化区域造成破坏，影响硬化效果；步骤71判断是否继续工作，如果为是，则进行步骤65，实现对区域X₃Y₃Y₄X₄的扫描硬化，如果为否，则进行步骤72，关闭跟踪太阳程序，使聚光装置复位；步骤73关闭太阳能电源，停止工作。其有益效果是：在计算机51的控制下，聚光光线XY扫描形成若干个具有一定间隔的矩形硬化区块，行走机构12按之字往复路径行驶，使很多硬化区块连续排列就能够覆盖大面积的沙漠表面，从而实现对大面积区域沙漠表面硬化的目的；在自然条件恶劣且交通运输条件不便的沙漠环境中，计算机51能够通过程序控制，不采用人工操作而采用无人自动控制运行，从而进一步降低了固沙成本，提高了技术方式的实用性。

方位角、高度角是太阳能跟踪利用行业的术语。

Claims

1.一种太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，该系统包括：行走机构(12)、左侧行走电机(13)、右侧行走电机(14)、左侧行走轮带(15)、右侧行走轮带(16)、太阳能电池组件(21)、电池组件跟踪支架(22)、跟踪支架转动轴(23)、电池组件跟踪电机(24)、DC-DC直流稳压模块(25)、聚光器(31)、水平向反射镜(32)、抛物柱面反射镜(33)、遮光反射镜(34)、水平向反射镜方位角电机(41)、水平向反射镜高度角电机(42)、聚光器方位角电机(43)、聚光器高度角电机(44)、聚光器轴旋转电机(45)、计算机(51)、I/O数据接口(52)、太阳位置传感器(53)、水平沙面(11)；水平沙面(11)是经平整过的表面呈水平状的沙漠区域；

其特征在于：

电池组件跟踪支架(22)固定安装在行走机构(12)上部，跟踪支架转动轴(23)固定在电池组件跟踪支架(22)上，太阳能电池组件(21)安装在跟踪支架转动轴(23)上，沿跟踪支架转动轴(23)转动，太阳能电池组件(21)对太阳的方位角进行跟踪；

抛物柱面反射镜(33)固定安装在行走机构(12)上部，抛物柱面反射镜(33)的焦线XY位于水平沙面(11)表面且与行走机构(12)的行走方向MN垂直；遮光反射镜(34)安装在行走机构(12)上部，能够沿上下方向运动；在行走机构(12)上有固定点O；水平向反射镜(32)位于行走机构(12)上部，水平向反射镜(32)的反射表面中心点位于O点并且能围绕O点转动；聚光器(31)安装在行走机构(12)上部，聚光器(31)中心轴线SO″上的一定点O″在跟踪太阳的运动过程中始终与行走机构(12)上的固定点O点重合；聚光器(31)中心轴线SO″始终指向太阳； GH是通过聚光器(31)表面、垂直且相交于聚光器(31)中心轴线SO″、始终与水平沙面(11)表面平行的线段；EF位于聚光器(31)表面、垂直且相交于中心轴线SO″的线段；在聚光器轴旋转电机(45)的转动作用下，聚光器(31)能够沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间有偏转角λ；EF线段相对于聚光器(31)的位置固定，且当太阳的方位角ω=0即太阳在正南方向时，偏转角λ=0；聚光器(31)输出的平行聚光光线全部射向水平向反射镜(32)；水平向反射镜(32)将聚光器(31)输出的平行聚光光线反射为水平向南方向，并全部射向抛物柱面反射镜(33)上；通过抛物柱面反射镜(33)的聚焦形成聚光光线XY，聚光光线XY位于水平沙面(11)表面；

水平向反射镜(32)的法线的方位角α与太阳的方位角ω、太阳的高度角φ之间的关系为：

水平向反射镜(32)的法线的高度角β与太阳的方位角ω、太阳的高度角φ、水平向反射镜(32)的法线的方位角α之间的关系为：

聚光器(31)沿中心轴线SO″进行转动，使线段EF与GH之间实现偏转角λ；偏转角λ与太阳方位角ω、水平向反射镜(32)方位角α之间的关系为：

线段EF在水平向反射镜(32)上的光学投影为线段E₁F₁,在抛物柱面反射镜(33)上的光学投影为线段E₂F₂；线段E₂F₂与水平沙面(11)平行，且与抛物柱面反射镜(33)的聚光光线XY平行。

2. 根据权利要求1所述太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，其特征在于：遮光反射镜(34)沿上下方向运动，能够将从水平向反射镜(32)射向抛物柱面反射镜(33)的平行光线，重新反射至水平向反射镜(32)。

3.根据权利要求1所述太阳能定向线聚光沙漠表面硬化系统，其特征在于：在计算机(51)的控制下，聚光光线XY扫描形成若干个具有一定间隔的矩形硬化区块，行走机构(12)按之字往复路径行驶，硬化区块连续排列。