CN113375632B - 一种用于定日镜初始安装偏差测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定日镜初始安装偏差测试装置，包括：第一安装部、第二安装部、连接杆、第一RTK天线、第二RTK天线、RTK基站、信号处理终端和上位服务器；第一安装部设有第一RTK天线，第二安装部设有第二RTK天线，第一安装部经连接杆与第二安装部连接；第一RTK天线、第二RTK天线和RTK基站配合形成定位网络，信号处理终端接收第一RTK天线和第二RTK天线位于定位网络的坐标点并进行解算获取外部定日镜初始安装偏差，上位服务器接收信号处理终端解算结果并进行数据整理。本发明减少工作量，提高工作效率，测量方案复杂度低，且不易受周围坏境因素干扰，测量精度高；有利于工作人员携带，便携性能好；还能自主规划测量路线，提高测量效率，具备夜间操作的可行性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，尤其涉及一种用于定日镜初始安装偏差测试装置及方法。
背景技术
太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电采用塔式太阳能热发电的方法，塔式太阳能热发电系统利用实时跟踪太阳的定日镜将太阳光反射到塔架上的吸热器,通过加热其内的吸热工质产生高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电。
定日镜场是塔式太阳能热发电站系统的重要组成部分，定日镜场通常由成千上万面定日镜组成。由于定日镜机械结构在生产、安装过程中存在一定的偏差，在定日镜安装完成之初难以准确将太阳光线反射到吸热器上，因此需要对定日镜进行校正。定日镜校正流程一般通过将太阳光反射至标靶或者校正相机进行参数标定。当定日镜初始安装偏差较小时，在未校正情况下，对于标靶方案而言，定日镜光斑可能有一定程度的偏离标靶中心，甚至只有部分光斑在标靶上；对于相机校正方案而言，则表现为相机识别到的光斑较正常校正后精度较佳的定日镜的光斑较小、较暗。无论是哪种方案，校正流程都可以通过内部的光斑识别反馈机制进行调整，最终可以将光斑调整到正对标靶或者校正相机，达到标定定日镜的目的。但当定日镜的初始安装偏差较大时，标靶上可能完全不存在光斑或者校正相机完全无法识别到任何亮斑(为了能够识别精度正常的定日镜的光斑，相机的光圈及曝光时间较低，画面亮度很低，只能识别阳光直射到相机位置的区域)，所以无法根据标靶或者相机的反馈信息进行相关调整。基于上述原因，为了使校正流程能正常运行，定日镜的初始安装偏差必须控制在一定范围内或者通过某种方法可以获取误差在一定范围内的初始估计值。
定日镜的初始安装偏差包括初始定位三维坐标和定日镜初始方位角安装偏差(不同定日镜设计厂商可能有不同的方位零位标准，一般认为正北或者正南方向为方位角零度方向)，定日镜立柱与重力方向的倾斜度等。
现有技术中如下：定日镜初始定位三维坐标一般通过全站仪或者RTK测量得到；
定日镜初始方位角安装偏差一般通过指南针结合一定的工装进行测量；
定日镜立柱与重力方向的倾斜度则可以通过水平尺进行测量。
现有技术中，上述三道解决方案独立执行，施工工程量较大，此外，使用指南针进行定日镜初始方位角安装偏差测量时，还存在下述问题：
不同指南针测量结果存在偏差，需要事先进行标定，进一步增加了测量方案的复杂度；
指南针的测量结果为地磁正北，而光热领域的测量结果一般为地理正北，需要进行修正。不同地区的磁偏角都不尽相同，甚至不同年份的磁偏角也存在微小变化。
指南针测量极易受环境磁场、电场干扰，即便使用木材、塑料等材料制造测量工装，还是有可能受金属立柱本身，周边其他施工设备，汽车等设备干扰，很难满足光热领域的豪弧度级别精度要求。
除坐标测量外，指南针和水平尺方案的测量结果数据很难电子化，现场测量结束后好需要进行海量的数据整理分析，会进一步增加了施工复杂度。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种用于定日镜初始安装偏差测试装置及方法，以解决现有技术中工程量大的技术问题。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种定日镜初始安装偏差测试装置，包括：测试安装组件、RTK基站、信号处理终端和上位服务器，其中，测试安装组件包括第一安装部、第二安装部、连接杆、第一RTK天线、第二RTK天线；
第一安装部用于与外部定日镜立柱固定，第一安装部设有第一RTK天线，第一安装部与连接杆的一端连接，连接杆的另一端与第二安装部连接，第二安装部设有第二RTK天线；
第一RTK天线、第二RTK天线和RTK基站配合形成定位网络，信号处理终端用于分别接收第一RTK天线和第二RTK天线位于定位网络的坐标点，并进行解算获取外部定日镜初始安装偏差，上位服务器用于接收信号处理终端的解算结果并进行数据整理。
其中，第一安装部为第一环形件，第二安装部为第二环形件；
第一环形件的下端面用于与外部定日镜立柱上端面键连接，第一环形件的内壁面与第一RTK天线键连接，第一环形件的外壁面与连接杆的一端固定连接；
第二环形件的外壁面与连接杆的另一端固定连接，第二环形件的内壁面与第二RTK天线键连接。
具体地，连接杆为中空金属杆，连接杆长度为1米。
进一步优选地，还包括与连接杆连接的握杆，握杆为中空塑料杆。
一种定日镜初始安装偏差测试方法，满足上述任意一项的定日镜初始安装偏差测试装置进行定日镜初始安装偏差测试，包括如下步骤：
S1：将第一安装部固定于定日镜立柱的第一固定点θ1，并获取第一RTK天线的坐标P1＝(x1,y1,z1)、第二RTK天线的坐标P2＝(x2,y2,z2)；
S2：以定日镜立柱为圆心旋转第二RTK天线，将第一安装部固定于定日镜立柱的第二固定点θ2，并获取第二RTK天线P3＝(x3,y3，z3)；
S3：基于坐标P1和坐标P2得到第一坐标差
根据第一坐标差
计算得到第一单位向量
基于坐标P1和坐标P3获取第二坐标差
根据第二坐标差
获取第二单位向量
S4：基于第一单位向量
第二单位向量
得到定日镜立柱朝上的第三单位向量
S5：基于第三单位向量
得到定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β；
S6：基于第一固定点θ1、第一单位向量
和倾斜度α、β或第二固定点θ2、第二单位向量
和倾斜度α、β得到定日镜的方位角安装偏差γ；
S7:获取定日镜中心和第一RTK天线中心的高差h，计算得到定日镜的实际测绘坐标M，
其中，倾斜度α、β和方位角安装偏差γ分别为定日镜重力方向和方位角方向的初始安装偏差。
其中，在步骤S3中，根据第一坐标差
计算得到第一单位向量
的公式为
根据第二坐标差
计算得到第二单位向量
的公式为
其中，在步骤S4中，基于第一单位向量
第二单位向量
进行计算得到定日镜的立柱朝上的第三单位向量
公式为
其中，在步骤S5中，得到外部定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β公式为
其中，
Rx(α)为外部定日镜立柱与重力方向在x0方向上倾斜偏差，
Ry(β)为外部定日镜立柱与重力方向在y0方向上倾斜偏差，
其中，在步骤S6中，得到定日镜方位角安装偏差γ的公式为
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明可实现一次性测量得到定日镜的坐标、水平倾角、方位角安装偏差，相较于现有技术减少了测量过程中所需的工作量，大大提高了工作效率；
2)相较于现有技术本发明通过双RTK天线进行推算定日镜方位安装偏差，测量方案复杂度低，且不易受周围坏境磁场、电场、材料等因素干扰，有效地提高测量精度；
3)本发明连接杆的周侧至少设有一根握杆，握杆为中空塑料杆，有利于工作人员携带，提升了本发明的便携性能；
4)本发明设有信号处理终端和上位服务器，工作人员可通过信号处理终端获取RTK天线位置信息并进行定日镜位置推算，上位服务器接收信号处理终端的推算信息，整理并储存，上位服务器还能自主规划测量路线，提高测量效率，具备夜间操作的可行性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明的一实施例的用于定日镜初始安装偏差测试装置的结构示意图；
图2为本发明的一实施例的外部定日镜立柱的结构示意图；
图3为本发明的一实施例的用于定日镜初始安装偏差测试装置的无线信号传输示意图；
图4为本发明的另一实施例的用于定日镜初始安装偏差测试装置的结构示意图；
图5为本发明的一实施例的塔式太阳能热发电站的工作原理示意图。
附图标记说明
1：第一环形件；2：第二环形件；3：连接杆；4：连接键；5：握杆；6：第一RTK天线；7：第二RTK天线；8：RTK基站；9：信号处理终端；10：上位服务器；11：第一弧形件；12：第二弧形件。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于定日镜初始安装偏差测试装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1和图3，本实施例提供一种用于定日镜初始安装偏差测试装置，包括：测试安装组件、RTK基站8、信号处理终端9和上位服务器10，其中，测试安装组件包括第一安装部、第二安装部、连接杆3、第一RTK天线6、第二RTK天线7。
参看图1，现对本实施例的一种测试安装组件进行详细说明，首先，由于图1为测试安装组件俯视结构图，因此从图1中看第一安装部为环形结构，因此称其为第一环形件1。在俯视角下，现定义距离较近处为上，距离较远处为下。其中，第一环形件1的上端面设有连接键4，该连接键4用于与第一RTK天线6实现键连接，第一环形件1的内部空间为第一RTK天线6的安装空间；第一环形件1的下端面同样设有连接键4，该连接键4用于与外部定日镜立柱的上端面的连接键4实现键连接，具体参看图2，定日镜立柱的上端面相对应的设有与第一环形件1键连接的两个连接键4，该两个连接键4之间呈一定角度设置，具体设置角度及原理在实施例3中进行详细说明。此外，第一环形件1的外周侧与连接杆3的一端固定连接，具体地，连接杆3为中空金属杆，由于RTK的定位精度目前普遍在1cm左右，当连接杆3的长度为1m时，角度测量精度为1cm/1m＝10mrad，基本满足进行初次校正的条件，连接杆3长度减少时，角度测量精度会急剧下降，连接杆3长度增加时，整体重量会进一步上升，丧失便携性，因此本实施例中连接杆3长度设置为1米。连接杆3的另一端与第二环形件2即第二安装部的外周侧固定连接。第二环形件2设有用于与第二RTK天线7键连接的连接键4，第二环形件2的内部空间为第二RTK天线7的安装空间。
较优地，还包括与连接杆3连接的握杆5，以及握杆5末端设有一把手。由于握杆5不涉及测量精度且没有刚度要求，因此采用轻质塑料材质，降低了整体工装的重量，提升了便携性能，便于作业人员携带以及将本实施例往上抬升以安装在定日镜立柱的上端面。
RTK基站8安装于镜场坐标系的一标准点，第一RTK天线6、第二RTK天线7和RTK基站8配合形成定位网络，以RTK基站8安装位置作为基准点，第一RTK天线6和第二RTK天线7测量得到的坐标即为镜场坐标系内的坐标，避免了坐标转换的相关工作。
信号处理终端9用于分别实时接收第一RTK天线6和第二RTK天线7位于定位网络的坐标点，其提供定位精度高达1cm，并进行解算获取外部定日镜初始安装偏差，上位服务器10用于接收信号处理终端9的解算结果并进行数据整理。
具体地，参看图3，在本实施例中，第一RTK天线6和第二RTK天线7实时与RTK基站8信号通信，并将坐标定位信息输送至信号处理终端9PDA，而信号处理终端9又与上位服务器10之间实现无线信号通信。该信号处理终端9能向操作人员提供以下信息：当前是否具备测量条件，接收到的第一、第二RTX天线的差分信号是否正常，信号处理终端9与上位服务器10之间通讯是否正常；通过与上位服务器10的通讯，可获取当前测量的定日镜的编号，以及下一面待测定日镜编号及其距当前作业人员的位置方向；当前定日镜的初始安装偏差结果，镜场总体定日镜的数量，剩余待测定日镜数量等信息。
当操作人员安装测试安装组件后，通过信号处理终端9发出“测量”指令即可实现测量，并能将定日镜位置测量结果(坐标)、初始安装偏差结果发送至上位服务器10即上位机。由于光热电站的定日镜安装距离间隔一般在10m左右的数量级，而RTK天线的差分坐标定位精度可以达到1cm，所以上位服务器10可以根据位置测量结果自动识别所测定日镜编号，进行归档记录，可以完全替代原本测量结束后海量的数据整理工作。并且，上位服务器10还具有历史数据记录功能，每完成一面定日镜测量，便更新剩余待测定日镜清单，根据剩余待测定日镜清单及作业人员的当前位置，规划出效率最佳的测量路径，辅助作业人员在镜场中持续作业。
实施例2
参看图3、图4本实施例提供另一种用于定日镜初始安装偏差测试装置，与实施例1相同，其同样包括测试安装组件、RTK基站8、信号处理终端9和上位服务器10，且RTK基站8、信号处理终端9和上位服务器10设置和作用与实施例1相同。其中，本实施例中的测试安装组件与实施1存在差异，具体参看图4，其包括第一安装部、第二安装部、第三安装部、连接杆3、第一RTK天线6、第二RTK天线7。
由于图4为测试安装组件俯视结构图，因此从图4中看第一安装部为环形结构，因此称其为第一环形件1。在俯视角下，现定义距离较近处为上，距离较远处为下。其中，第一环形件1设有连接键4，该连接键4用于与第一RTK天线6实现键连接，第一环形件1的内部空间为第一RTK天线6的安装空间；此外，第一环形件1的外周侧与连接杆3的一端固定连接，具体地，连接杆3为中空金属杆，连接杆3长度设置为1米，连接杆3的另一端与第二环形件2即第二安装部的外周侧固定连接。第二环形件2设有用于与第二RTK天线7键连接的连接键4，第二环形件2的内部空间为第二RTK天线7的安装空间。与之相对的，第一环形件1的外周侧还设有另一连接杆3，该连接杆3的另一端与第三安装部固定连接，且该连接杆3设置方向为第二环形件2和第一环形件1之间的连接杆3的延长方向。具体地，第三安装部包括第一弧形件11和第二弧形件12，第一弧形件11和第二弧形件12之间为同心圆卡扣连接，即可以将第三安装部从一侧打开即将第一弧形件11或第二弧形件12打开，将第三安装部套设于定日镜立柱上，以实现固定测量。具体参看图2，定日镜立柱的外侧壁相对应的设有与第三安装部键连接的两个连接键4，同理，该两个连接键4之间呈一定角度设置。由于一般定日镜立柱上端面高于正常人身高半米左右，本实施例的如此设计可免去了作业人员需要每次高举工装的操作，但增加每次作业时，打开，关闭第三安装部的操作，与实施例1各有利弊。
实施例3
参看图1、图2和图5，本实施例提供一种基于实施例1一种用于定日镜初始安装偏差测试方法。由于一次测量只采用一种实施例的测量安装组件，因此单次测量只需考虑定日镜立柱同一水平面上的两个连接键，参看图2将定日镜立柱同一水平面上的两个连接键假设为两个固定点，则得到第一固定点θ1，和第二固定点θ2。
步骤一：先将第一安装部的连接键固定于定日镜立柱的第一固定点θ1，开始测量，得到第一RTK天线的坐标P1＝(x1,y1,z1)、第二RTK天线的坐标P2＝(x2,y2,z2)，上述坐标以实际正南方向为x轴正方向，正东方向为y轴正方向，垂直地面向上为z轴正方向。
步骤二：待步骤一测量结束后，以定日镜立柱为圆心旋转第二RTK天线，从而将第一安装部的连接键固定于定日镜立柱的第二固定点θ2，并获取第二RTK天线的坐标P3＝(x3,y3,z3)，若采用实施例1的测量安装组件则第一RTK天线坐标不变，若采用实施例2的测量安装组件则还需要对第一RTK天线坐标进行测量记录，为了撰写方便，本实施例采用实施例1的测量安装组件进行说明。
步骤三：基于坐标P1和坐标P2得到第一坐标差
根据第一坐标差
计算得到第一单位向量
基于坐标P1和坐标P3获取第二坐标差
根据第二坐标差
获取第二单位向量
步骤四：基于第一单位向量
第二单位向量
得到定日镜立柱朝上的第三单位向量
其中，
为坐标P1、P2、P3所在平面的法向，其物理意义为定日镜立柱朝上方向的单位向量。
步骤五：基于第三单位向量
得到定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β；具体地，得到定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β基于公式
其中，
为坐标系z轴方向的单位向量；Rx(α)为定日镜立柱与重力方向在x0方向上倾斜偏差，
为坐标系x轴方向的单位向量；Ry(β)为定日镜立柱与重力方向在y0方向上倾斜偏差，
为坐标系y轴方向的单位向量。
步骤六：基于第一固定点θ1、第一单位向量
和倾斜度α、β或第二固定点θ2、第二单位向量
和倾斜度α、β得到定日镜的方位角安装偏差γ；具体地，得到定日镜方位角安装偏差γ的公式为
步骤七:获取定日镜中心和第一RTK天线中心的高差h，计算得到定日镜的实际测绘坐标M，
其中，倾斜度α、β为测量得到的定日镜在重力方向的初始安装偏差，用于判断定日镜固定在地面上的时候是不是竖直；方位角安装偏差γ为测量得到的定日镜在方位角方向的初始安装偏差，方位角方向是指定日镜立柱的周向方向，方位角方向的偏差测量是为了判断定日镜安装时，是否将其表面的某个特征点朝向预设方向，若方位角方向存在偏差，可能导致后续对定日镜的精确校正或与其他构件的连接产生影响；实际测绘坐标M为测量得到的定日镜的实际安装坐标。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种定日镜初始安装偏差测试装置，其特征在于，包括：测试安装组件、RTK基站、信号处理终端和上位服务器，其中，所述测试安装组件包括第一安装部、第二安装部、连接杆、第一RTK天线、第二RTK天线；
所述第一安装部用于与外部定日镜立柱固定，所述第一安装部设有所述第一RTK天线，所述第一安装部与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述第二安装部连接，所述第二安装部设有所述第二RTK天线；
所述第一RTK天线、所述第二RTK天线和所述RTK基站配合形成定位网络，所述信号处理终端用于分别接收所述第一RTK天线和所述第二RTK天线位于所述定位网络的坐标点，并进行解算获取外部定日镜初始安装偏差，所述上位服务器用于接收所述信号处理终端的解算结果并进行数据整理。
2.根据权利要求1所述的定日镜初始安装偏差测试装置，其特征在于，所述第一安装部为第一环形件，所述第二安装部为第二环形件；
所述第一环形件的下端面用于与所述外部定日镜立柱上端面键连接，所述第一环形件的内壁面与所述第一RTK天线键连接，所述第一环形件的外壁面与所述连接杆的一端固定连接；
所述第二环形件的外壁面与所述连接杆的另一端固定连接，所述第二环形件的内壁面与所述第二RTK天线键连接。
3.根据权利要求1所述的定日镜初始安装偏差测试装置，其特征在于，所述连接杆长度为1米。
4.一种定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，基于如权利要求1至3任意一项所述的定日镜初始安装偏差测试装置进行定日镜初始安装偏差测试，包括如下步骤：
S1：将第一安装部固定于定日镜立柱的第一固定点θ1，并获取第一RTK天线的坐标P1＝(x1,y1,z1)、第二RTK天线的坐标P2＝(x2,y2,z2)；
S2：以定日镜立柱为圆心旋转所述第二RTK天线，将所述第一安装部固定于定日镜立柱的第二固定点θ2，并获取所述第二RTK天线P3＝(x3,y3,z3)；
S3：基于所述坐标P1和所述坐标P2得到第一坐标差
根据所述第一坐标差
计算得到第一单位向量
基于所述坐标P1和所述坐标P3获取第二坐标差
根据所述第二坐标差
获取第二单位向量
S4：基于所述第一单位向量
所述第二单位向量
得到定日镜立柱朝上的第三单位向量
S5：基于所述第三单位向量
得到定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β；
其中，所述倾斜度α、β为定日镜在重力方向的初始安装偏差。
5.根据权利要求4所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，还包括步骤S6，基于所述第一固定点θ1、所述第一单位向量
和所述倾斜度α、β或所述第二固定点θ2、所述第二单位向量
和所述倾斜度α、β得到定日镜的方位角安装偏差γ，其中，所述方位角安装偏差γ为定日镜在方位角方向的初始安装偏差。
6.根据权利要求4所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，还包括步骤S7，获取定日镜中心和所述第一RTK天线中心的高差h，计算得到定日镜的实际测绘坐标M，
7.根据权利要求4所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，
在所述步骤S3中，所述根据所述第一坐标差
计算得到第一单位向量
的公式为
所述根据所述第二坐标差
计算得到第二单位向量
的公式为
8.根据权利要求4所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述基于所述第一单位向量
所述第二单位向量
进行计算得到定日镜的立柱朝上的第三单位向量
公式为
9.根据权利要求4所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述得到外部定日镜立柱与重力方向的倾斜度α、β公式为
其中，
Rx(α)为外部定日镜立柱与重力方向在x0方向上倾斜偏差，
Ry(β)为外部定日镜立柱与重力方向在y0方向上倾斜偏差，
10.根据权利要求5所述的用于定日镜初始安装偏差测试方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述得到定日镜方位角安装偏差γ的公式为
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