CN113847908B - 一种定日镜立柱中心点定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定日镜立柱中心点定位装置及定位方法，通过由支撑部、定位主体等部件组成该定位装置，支撑部用于固定定位主体相对立柱的位置；坐标部、定位部、角度测量部、水平测量部均设于定位主体上，而角度测量部包括角度测量件、辅助支脚、第一测量支脚和第二测量支脚，分别用于检测地理坐标信息、水平偏角信息、张角信息和水平度，并由坐标部对上述信息进行存储和处理。使用时通过支撑部确定定位主体的位置，由水平测量部确定定位主体的水平度，将各个支脚打开并贴合至定日镜立柱的外圆面上即可通过测得上述信息，结合各个支脚的长度即可得到定日镜立柱中心点的位置坐标，操作简单，解决了现有定日镜立柱中心点位置坐标测绘困难的问题。

Description

一种定日镜立柱中心点定位装置及定位方法

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，尤其涉及一种定日镜立柱中心点定位装置及定位方法。

背景技术

在大型塔式光热电站的建设实施过程中，通常需要对镜场配置数以万计的定日镜，为了达到塔式光热电站中定日镜精准对焦聚光至塔上吸热器的目的，需要根据每一面定日镜的中心点地理方位坐标单独定制其运行策略。在工程实践中，由于定日镜结构参数是已知的，通常仅需要对定日镜立柱的中心点坐标进行测量，之后再通过镜场控制软件的内部计算即可得出该定日镜中心点位置坐标。因此对定日镜立柱中心点的定位工作对于塔式光热电站的正常运行至关重要。然而，由于中大型定日镜的立柱高度通常较高，试图通过将RTK等定位装置放置于定日镜立柱顶部或反射镜上部等的做法通常需要登高作业，具有一定的危险性。而传统的利用全站仪定位设备在地面进行多次测绘或标记点测绘的方法往往存在操作不便、步骤繁琐或需要二次计算等问题。考虑到镜场定日镜相对较高的设计高度和巨大的配置数量，对定日镜进行定位的工作往往存在高处作业风险和耗时耗力、效率低下等弊病，给镜场建设增加了巨量的工作，大大延长了塔式光热电站建设及调试的周期。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定日镜立柱中心点定位装置及定位方法，以解决现有定日镜立柱中心点位置坐标测绘困难的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种定日镜立柱中心点定位装置，包括支撑部、定位主体、坐标部、定位部、角度测量部、水平测量部；

所述定位主体上设有所述坐标部、所述定位部、所述角度测量部和所述水平测量部，底部可拆卸连接有所述支撑部；

其中，所述坐标部用于测量所述定位主体的地理坐标信息，并与所述定位部、所述角度测量部信号连接；

所述定位部与所述角度测量部相对应，用于测量所述角度测量部相对地理正北的水平偏角信息；

所述角度测量部包括角度测量件、辅助支脚、第一测量支脚和第二测量支脚；所述角度测量件设于所述定位主体上；所述辅助支脚设于所述角度测量件上，用于测量所述角度测量件至待测定日镜立柱的最近距离；所述第一测量支脚和所述第二测量支脚转动连接于所述角度测量件，且分别位于所述辅助支脚的两侧，输出端分别用于与待测定日镜立柱的外圆面相接触；所述角度测量件用于测量所述第一测量支脚和所述第二测量支脚形成的张角信息；

所述水平测量部用于测量所述定位主体的水平度。

本发明的定日镜立柱中心点定位装置，所述定位部为电子罗盘。

本发明的定日镜立柱中心点定位装置，所述角度测量件为角度尺，所述角度尺与所述第一测量支脚和所述第二测量支脚通过同步齿轮转动连接，用于控制所述第一测量支脚和所述第二测量支脚同步开合。

本发明的定日镜立柱中心点定位装置，所述水平测量部为气泡水平仪或电子水平仪。

本发明的定日镜立柱中心点定位装置，所述坐标部包括全球定位系统测量装置、数据储存核心和数据计算核心；所述全球定位系统测量装置用于测量所述地理坐标信息；所述数据储存核心分别与所述全球定位系统测量装置、所述定位部、所述角度测量部以及所述数据计算核心信号连接，用于储存所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息；所述数据计算核心用于读取所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息并计算待测定日镜立柱中心点的地理坐标。

本发明的定日镜立柱中心点定位装置，所述支撑部为独脚架或三脚架，与所述定位主体螺纹连接或快拆式连接。

本发明的一种定日镜立柱中心点定位方法，应用于上述任意一项所述的定日镜立柱中心点定位装置，具体步骤如下：

S1：将定日镜立柱中心点定位装置的所述支撑部设置于待测定日镜立柱旁，使得所述定位主体位于待测定日镜立柱的固定标记高度处，并控制所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚贴合至待测定日镜立柱的外壁面上；

S2：利用水平测量部精调所述定位主体的水平度，并保持所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚贴合于待测定日镜立柱的外壁面；

S3：通过所述坐标部、所述定位部、所述角度测量件分别得到所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息，并取得所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚的长度信息；

S4：通过所述坐标部对步骤S3中的信息进行储存并计算得到待测定日镜立柱的中心点坐标。

本发明的定日镜立柱中心点定位方法，在步骤S3中，所述辅助支脚、所述第一测量支脚、所述第二测量支脚的交点为A，所述辅助支脚的顶点为L，所述第一测量支脚的顶点为M，所述第二测量支脚的顶点为N；

所述固定标记高度为h，所述地理坐标信息为交点A的坐标(x_A，y_A，z_A)；所述水平偏角信息为∠α；所述张角信息为∠β；所述辅助支脚的长度信息为线段AL，AL＝l；所述第一测量支脚的长度信息为线段AM，AM等于m；所述第二测量支脚的长度信息为线段AN，AN等于n；

则L点在水平面上的坐标为(x_A–l·sinα，y_A–l·cosα)；M点在水平面上的坐标为[x_A–m·sin(α+β/2)，y_A–m·cos(α+β/2)]；N点在水平面上的坐标为[x_A+n·sin(β/2–α)，y_A–n·cos(β/2–α)]，整理得到N点的坐标通式为[x_A-n·sin(α-β/2)，y_A–n·cos(α-β/2)]。

本发明的定日镜立柱中心点定位方法，在步骤S4中，根据已知条件，与定位主体处于同一水平面的待测定日镜立柱的圆心垂直坐标z_O＝z_A，待测定日镜立柱的中心点为O，设O点平面坐标为(x，y),根据圆上的点到圆心的距离处处相等，均为半径R，联立点M、L、N在水平面上的坐标，则有：

(x_A–l·sinα-x)²+(y_A–l·cosα-y)²＝[x_A–m·sin(α+β/2)-x]²+[y_A–m·cos(α+β/2)-y]²＝[x_A–n·sin(α-β/2)-x]²+[y_A–n·cos(α-β/2)-y]²＝R²

联立以上圆的二元二次方程，利用已知参数x_A、y_A、∠α、∠β、l、m、n表达的圆心在水平面上的坐标[x_O＝x＝f(x_A,y_A,α,β,l,m,n)，y_O＝y＝g(x_A,y_A,α,β,l,m,n)]；结合待测定日镜立柱的圆心在距立柱基础h高度的垂直方向上坐标z₀＝z_A，得到待测定日镜立柱的中心点O的坐标为(x_O，y_O，z_O)。

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：

本发明一实施例通过由支撑部、定位主体等部件组成该定位装置，支撑部用于固定定位主体相对立柱的位置；坐标部、定位部、角度测量部、水平测量部均设于定位主体上，而角度测量部包括角度测量件、辅助支脚、第一测量支脚和第二测量支脚，分别用于检测地理坐标信息、水平偏角信息、张角信息和水平度，并由坐标部对上述信息进行存储和处理。使用时通过支撑部确定定位主体的位置，并由水平测量部确定定位主体的水平度，将各个支脚打开并贴合至定日镜立柱的外圆面上即可通过测得上述信息，结合各个支脚的长度即可得到定日镜立柱中心点的位置坐标，操作简单，解决了现有定日镜立柱中心点位置坐标测绘困难的问题。

附图说明

图1为本发明的定日镜立柱中心点定位装置的正视图；

图2为本发明的定日镜立柱中心点定位装置的左视图；

图3为本发明的定日镜立柱中心点定位装置两个测量支脚闭合状态的俯视图；

图4为本发明的定日镜立柱中心点定位装置两个测量支脚打开状态的俯视图；

图5为本发明的定日镜立柱中心点定位装置的电子罗盘指向地理正北的理想实施方案的示意图；

图6为本发明的定日镜立柱中心点定位装置的电子罗盘指向任意指向的一般实施方案的示意图。

附图标记说明：1：定位部；2：水平测量部；3：定位主体；4：角度测量件；5：辅助支脚；6：第一测量支脚；7：第二测量支脚；8：待测定日镜立柱；9：测量支脚开口；10：螺纹连接件；11：支撑部。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种定日镜立柱中心点定位装置及定位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。

实施例一

参看图1至图4，在一个实施例中，一种定日镜立柱中心点定位装置，包括支撑部11、定位主体3、坐标部、定位部1、角度测量部、水平测量部2。

定位主体3上设有坐标部、定位部1、角度测量部和水平测量部2，底部可拆卸连接有支撑部11。

其中，水平测量部2用于测量定位主体3的水平度，以保证定位主体3在测量时是水平的，避免因倾斜导致测量误差。坐标部用于测量定位主体3的地理坐标信息，并与定位部1、角度测量部信号连接。定位部1与角度测量部相对应，用于测量角度测量部相对地理正北的水平偏角信息，当然在其他实施例中，该水平偏角也可以是相对于其他地理方向的，在此不作具体限定。

角度测量部则包括角度测量件4、辅助支脚5、第一测量支脚6和第二测量支脚7。角度测量件4设于定位主体3上。辅助支脚5设于角度测量件4上，用于测量角度测量件4至待测定日镜立柱8的最近距离。第一测量支脚6和第二测量支脚7转动连接于角度测量件4，且分别位于辅助支脚5的两侧，输出端分别用于与待测定日镜立柱8的外圆面相接触。角度测量件4用于测量第一测量支脚6和第二测量支脚7形成的张角信息。

本实施例通过由支撑部11、定位主体3等部件组成该定位装置，支撑部11用于固定定位主体3相对立柱的位置；坐标部、定位部1、角度测量部、水平测量部2均设于定位主体3上，而角度测量部包括角度测量件4、辅助支脚5、第一测量支脚6和第二测量支脚7，分别用于检测地理坐标信息、水平偏角信息、张角信息和水平度，并由坐标部对上述信息进行存储和处理。使用时通过支撑部11确定定位主体3的位置，并由水平测量部2确定定位主体3的水平度，将各个支脚打开并贴合至定日镜立柱的外圆面上即可通过测得上述信息，结合各个支脚的长度即可得到定日镜立柱中心点的位置坐标，操作简单，解决了现有定日镜立柱中心点位置坐标测绘困难的问题。

下面对本实施例的定日镜立柱中心点定位装置的具体结构进行进一步说明：

在本实施例中，定位部1可为电子罗盘，来对相对于地理正北的水平偏角进行检测。

角度测量件可为角度尺，该角度尺与第一测量支脚6和第二测量支脚7通过同步齿轮转动连接，用于控制第一测量支脚6和第二测量支脚7同步开合。较佳的，可将第一测量支脚6和第二测量支脚7的长度设为相同，两者同步打开和合拢可使得两个支脚的伸出端相对于辅助支脚5对称，以便于后续计算。较佳的，两测量支脚6、7及辅助支脚5的长度可以伸缩调整，以便在不同场合应用于多样的测量需求。

水平测量部2为高精度气泡水平仪或电子水平仪，以保证在测量时定位主体3的水平度。

在本实施例中，坐标部具体可包括全球定位系统测量装置(GPS、北斗定位导航系统等)、数据储存核心和数据计算核心。全球定位系统测量装置用于测量地理坐标信息。数据储存核心分别与全球定位系统测量装置、定位部1、角度测量部以及数据计算核心信号连接，用于储存地理坐标信息、水平偏角信息和张角信息。数据计算核心则用于读取地理坐标信息、水平偏角信息和张角信息并计算待测定日镜立柱8中心点的地理坐标。

在本实施例中，支撑部11具体可为独脚架或三脚架。具体地，可在定位主体3的底部设置一螺纹连接件10，从而实现螺纹连接。螺纹连接的方式便于拆装，在不使用时可拆开，以便于运输；而选用独脚架时，可将其插入地中以保证定位主体3的稳定，三脚架则可直接放置在底面上。较佳的，其它快拆式连接固定方式也可应用于本实施例中，在此不作具体限定。

在本实施例中，可通过改变第一测量支脚6、第二测量支脚7和辅助支脚5的长度以适应不同大小的圆形物体的圆心坐标测量。

实施例二

参看图5和图6，一种定日镜立柱中心点定位方法，应用于上述实施例一中的定日镜立柱中心点定位装置，具体步骤如下：

S1：尽可能将定位主体3通过独脚架或三脚架设置于待测定日镜立柱8的有效测量距离内，使得定位主体3位于待测定日镜立柱8的固定标记高度处；将第一测量支脚6和第二测量支脚7沿测量支脚开口9同步打开合适的角度，并控制辅助支脚5、第一测量支脚6和第二测量支脚7贴合至待测定日镜立柱8的外壁面上。

S2：利用水平测量部2精调定位主体3的水平度，使得定位主体3处于最佳的水平待测量状态，并保持辅助支脚5、第一测量支脚6和第二测量支脚7贴合于待测定日镜立柱8的外壁面。

S3：利用手持器激活全球定位系统测量装置，分别测得到地理坐标信息，测得电子罗盘相对于地理正北的水平偏角信息，测得角度出两个测量支脚的张角信息，并取得辅助支脚5、第一测量支脚6和第二测量支脚7的长度信息。

S4：通过坐标部对步骤S3中的信息进行储存并计算得到待测定日镜立柱8的中心点坐标。

对于计算定日镜立柱中心点坐标的基本数学推导过程具体如下：

辅助支脚5、第一测量支脚6、第二测量支脚7的交点为A，辅助支脚5的顶点为L，第一测量支脚6的顶点为M，第二测量支脚7的顶点为N。

将该定位主体3放置在待测定日镜立柱8基础上某固定标记高度h处，并调整至水平，利用该处水平面上任意不在同一条直线上的三个点(第一测量支脚6的顶点M、第二测量支脚7的顶点L、辅助支脚5的顶点N)确定该待测定日镜立柱8的外壁圆O。

由全球定位系统测量装置测得地理坐标信息为交点A的坐标(x_A，y_A，z_A)，由电子罗盘测得水平偏角信息为∠α(即向量OA或LA相对于0°角的顺时针方向水平角)，由角度尺测得张角信息∠MAN的角度，设为为∠β。辅助支脚5的长度信息为线段AL，AL＝l。第一测量支脚6的长度信息为线段AM，AM等于m。第二测量支脚7的长度信息为线段AN，AN等于n。设在该地理坐标系中x方向上向东(纸面上向右)为正，y方向上向北(纸面上向上)为正。

根据以上已知条件，则L点在水平面上的坐标为(x_A–l·sinα，y_A–l·cosα)。M点在水平面上的坐标为[x_A–m·sin(α+β/2)，y_A–m·cos(α+β/2)]。N点在水平面上的坐标为[x_A+n·sin(β/2–α)，y_A–n·cos(β/2–α)]，整理得到N点的坐标通式为[x_A-n·sin(α-β/2)，y_A–n·cos(α-β/2)]。

根据已知条件，与定位主体3处于同一水平面的待测定日镜立柱8的圆心垂直坐标z_O＝z_A，待测定日镜立柱8的中心点为O，设O点平面坐标为(x，y),根据圆上的点到圆心的距离处处相等，均为半径R，联立点M、L、N在水平面上的坐标，则有：

(x_A–l·sinα-x)²+(y_A–l·cosα-y)²＝[x_A–m·sin(α+β/2)-x]²+[y_A–m·cos(α+β/2)-y]²＝[x_A–n·sin(α-β/2)-x]²+[y_A–n·cos(α-β/2)-y]²＝R²

联立以上圆的二元二次方程，利用已知参数x_A、y_A、∠α、∠β、l、m、n表达的圆心在水平面上的坐标[x_O＝x＝f(x_A,y_A,α,β,l,m,n)，y_O＝y＝g(x_A,y_A,α,β,l,m,n)]。结合待测定日镜立柱8的圆心在距立柱基础h高度的垂直方向上坐标z₀＝z_A，得到待测定日镜立柱8的中心点O的坐标为(x_O，y_O，z_O)。

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 (9)

1.一种定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，包括支撑部、定位主体、坐标部、定位部、角度测量部、水平测量部；

所述定位主体上设有所述坐标部、所述定位部、所述角度测量部和所述水平测量部，底部可拆卸连接有所述支撑部；

其中，所述坐标部用于测量所述定位主体的地理坐标信息，并与所述定位部、所述角度测量部信号连接；

所述定位部与所述角度测量部相对应，用于测量所述角度测量部相对地理正北的水平偏角信息；

所述角度测量部包括角度测量件、辅助支脚、第一测量支脚和第二测量支脚；所述角度测量件设于所述定位主体上；所述辅助支脚设于所述角度测量件上，用于测量所述角度测量件至待测定日镜立柱的最近距离；所述第一测量支脚和所述第二测量支脚转动连接于所述角度测量件，且分别位于所述辅助支脚的两侧，输出端分别用于与待测定日镜立柱的外圆面相接触；所述角度测量件用于测量所述第一测量支脚和所述第二测量支脚形成的张角信息；

所述水平测量部用于测量所述定位主体的水平度。

2.如权利要求1所述的定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，所述定位部为电子罗盘。

3.如权利要求1所述的定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，所述角度测量件为角度尺，所述角度尺与所述第一测量支脚和所述第二测量支脚通过同步齿轮转动连接，用于控制所述第一测量支脚和所述第二测量支脚同步开合。

4.如权利要求1所述的定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，所述水平测量部为气泡水平仪或电子水平仪。

5.如权利要求1所述的定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，所述坐标部包括全球定位系统测量装置、数据储存核心和数据计算核心；所述全球定位系统测量装置用于测量所述地理坐标信息；所述数据储存核心分别与所述全球定位系统测量装置、所述定位部、所述角度测量部以及所述数据计算核心信号连接，用于储存所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息；所述数据计算核心用于读取所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息并计算待测定日镜立柱中心点的地理坐标。

6.如权利要求1所述的定日镜立柱中心点定位装置，其特征在于，所述支撑部为独脚架或三脚架，与所述定位主体螺纹连接或快拆式连接。

7.一种定日镜立柱中心点定位方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任意一项所述的定日镜立柱中心点定位装置，具体步骤如下：

S1：将定日镜立柱中心点定位装置的所述支撑部设置于待测定日镜立柱旁，使得所述定位主体位于待测定日镜立柱的固定标记高度处，并控制所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚贴合至待测定日镜立柱的外壁面上；

S2：利用水平测量部精调所述定位主体的水平度，并保持所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚贴合于待测定日镜立柱的外壁面；

S3：通过所述坐标部、所述定位部、所述角度测量件分别得到所述地理坐标信息、所述水平偏角信息和所述张角信息，并取得所述辅助支脚、所述第一测量支脚和所述第二测量支脚的长度信息；

S4：通过所述坐标部对步骤S3中的信息进行储存并计算得到待测定日镜立柱的中心点坐标。

8.如权利要求7所述的定日镜立柱中心点定位方法，其特征在于，在步骤S3中，所述辅助支脚、所述第一测量支脚、所述第二测量支脚的交点为A，所述辅助支脚的顶点为L，所述第一测量支脚的顶点为M，所述第二测量支脚的顶点为N；

所述固定标记高度为h，所述地理坐标信息为交点A的坐标(x_A，y_A，z_A)；所述水平偏角信息为∠α；所述张角信息为∠β；所述辅助支脚的长度信息为线段AL，AL＝l；所述第一测量支脚的长度信息为线段AM，AM等于m；所述第二测量支脚的长度信息为线段AN，AN等于n；

则L点在水平面上的坐标为(x_A–l·sinα，y_A–l·cosα)；M点在水平面上的坐标为[x_A–m·sin(α+β/2)，y_A–m·cos(α+β/2)]；N点在水平面上的坐标为[x_A+n·sin(β/2–α)，y_A–n·cos(β/2–α)]，整理得到N点的坐标通式为[x_A-n·sin(α-β/2)，y_A–n·cos(α-β/2)]。

9.如权利要求8所述的定日镜立柱中心点定位方法，其特征在于，在步骤S4中，根据已知条件，与定位主体处于同一水平面的待测定日镜立柱的圆心垂直坐标z_O＝z_A，待测定日镜立柱的中心点为O，设O点平面坐标为(x，y),根据圆上的点到圆心的距离处处相等，均为半径R，联立点M、L、N在水平面上的坐标，则有：

(x_A–l·sinα-x)²+(y_A–l·cosα-y)²＝[x_A–m·sin(α+β/2)-x]²+[y_A–m·cos(α+β/2)-y]²＝[x_A–n·sin(α-β/2)-x]²+[y_A–n·cos(α-β/2)-y]²＝R²

联立以上圆的二元二次方程，利用已知参数x_A、y_A、∠α、∠β、l、m、n表达的圆心在水平面上的坐标[x_O＝x＝f(x_A,y_A,α,β,l,m,n)，y_O＝y＝g(x_A,y_A,α,β,l,m,n)]；结合待测定日镜立柱的圆心在距立柱基础h高度的垂直方向上坐标z₀＝z_A，得到待测定日镜立柱的中心点O的坐标为(x_O，y_O，z_O)。