一种定日镜跟踪精度的校验方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于定日镜跟踪精度校验的方法，该方法采用一台及以上的实时拍摄定日镜，对所得的定日镜图像进行实时处理，控制定日镜按照一定的规则转动，将太阳光线反射到图像采集装置中，根据图像处理结果读取定日镜转动的实际角度信息，将定日镜的实际角度信息与以该图像采集装置为目标的定日镜理论角度信息进行比较，计算定日镜的跟踪精度。本发明克服了传统基于白板的校验方法的缺陷，大大提高了校验速度并降低了成本，由于图像采集装置安装位置比白板更加靠近集热器，该方法更加准确的反映了定日镜相对于集热器的跟踪精度。
【专利说明】一种定日镜跟踪精度的校验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及塔式太阳能领域，尤其涉及一种定日镜跟踪精度的校验方法。
【背景技术】
[0002]太阳能的开发和利用已成为全球重点研究的项目。塔式太阳能作为太阳能热发电的一种模式，其基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜组成定日镜群，将太阳光反射至固定于接收塔顶的集热器，加热工质产生蒸汽，推动汽轮机进行发电。
[0003]定日镜将太阳光反射至集热器的过程称为追日，定日镜安装完成后，为了判断其跟踪精度是否满足追日要求，即能否将太阳光准确的反射到集热器表面的指定目标点，需要对它的跟踪精度进行校验。
[0004]传统的校验方法如下:控制系统根据太阳光角度、目标点坐标和定日镜坐标控制定日镜将太阳光反射到安装于吸热塔的白板上的目标点，采用相机拍摄白板上的光斑图像，通过图像处理系统对光斑图像进行处理，得到光斑中心点坐标，并与目标点坐标比较，计算定日镜的跟踪精度。但是该方法存在几个主要缺陷，第一，吸热塔上可以进行校验的白板数量是有限的，一般为1-4块，每块白板同一时刻只允许I面定日镜进行校验，镜场中需要校验的定日镜数量为成千上万面，校验周期很长，甚至达到几个月，校验结果的时效性变差；第二，该方法的校验结果代表了定日镜相对于白板的跟踪精度，由于集热器安装位置和白板有一定的距离，一般为十几到几十米，定日镜对于不同目标点的跟踪精度是不同的，该跟踪精度并不能很好的反映定日镜相对于集热器的跟踪精度，存在较大的偏差；第三，在吸热塔上安装白板对吸热塔的载荷和风载有较高的要求，加上白板本身材料，方案的成本较闻。
[0005]为了解决上技术问题，现有技术中公开过一种技术方案，即直接用相机对定日镜进行拍摄，通过对采集到的定日镜中的太阳虚像进行观察分析，判断跟踪精度。但这仅仅是一种理论上的构想，由于实际中的太阳光强烈，相机是无法采集到定日镜中清晰的太阳虚像，因此，此种技术方案无法得到实际应用。
【发明内容】
[0006]为了提高定日镜校验的效率和精度，本发明提出了一种定日镜跟踪精度的校验方法，具体的技术方案如下:
[0007]—种定日镜跟踪精度的校验方法，包括如下步骤:
[0008]坐标对应关系建立步骤:利用图像采集装置对定日镜进行拍摄，每个图像采集装置对应一面或多面定日镜；建立定日镜的实际坐标与图像采集装置的图像坐标之间的对应关系;
[0009]理论转动角度计算步骤:根据当前的定日镜镜场信息计算对应的太阳光角度，太阳光角度为入射光线角度；根据定日镜实际坐标和图像坐标计算得到出射光线角度，根据入射光线角度和出射光线角度计算得到定日镜的法向量，从而得到定日镜的理论转动角度；
[0010]实际转动角度计算步骤:利用图像采集装置实时采集定日镜的反射光斑，对光斑进行识别，记录光斑面积大小并获取对应的定日镜的实际转动角度；将定日镜按照预设的旋转规则进行转动，若识别到面积更大的光斑，则更新最大光斑面积以及对应的实际转动角度；
[0011]跟踪精度计算步骤:根据实际转动角度和太阳光角度计算得到实际出射光线角度，根据理论转动角度和太阳光角度计算得到理论出射光线角度，根据实际出射光线角度和理论出射光线角度的计算偏差，获得定日镜的跟踪精度。
[0012]作为优化方案，旋转规则为沿长方形、三角形或其他多边形的螺旋线形状转动定日镜，或者是沿理论转动角度周围的一系列随机角度转动定日镜。
[0013]作为优化方案，图像采集装置设置在集热器的上方或下方，且位置尽可能靠近集热器。
[0014]作为优化方案，建立定日镜的实际坐标与图像采集装置的图像坐标之间的对应关系具体为:
[0015]选择图像采集装置视野内的一些定日镜作为标定镜，测绘得到这些标定镜的实际坐标，通过图像处理得到标定镜在图像采集装置视野中的图像坐标，从而建立整个定日镜场中定日镜的实际坐标和图像采集装置视野内的图像坐标的对应关系。
[0016]作为优化方案，定日镜镜场信息包括定日镜镜场所在位置的经纬度、海拔、温度、压力、时区以及当前时刻。
[0017]作为优化方案，根据实际出射光线角度和理论出射光线角度的计算偏差，获得定日镜的跟踪精度，如公式(I)所示:
【权利要求】
1.一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，包括如下步骤: 坐标对应关系建立步骤:利用图像采集装置对定日镜进行拍摄，每个图像采集装置对应一面或多面定日镜；建立定日镜的实际坐标与图像采集装置的图像坐标之间的对应关系; 理论转动角度计算步骤:根据当前的定日镜镜场信息计算对应的太阳光角度，所述太阳光角度为入射光线角度；根据所述定日镜实际坐标和所述图像坐标计算得到出射光线角度，根据所述入射光线角度和所述出射光线角度计算得到定日镜的法向量，从而得到定日镜的理论转动角度； 实际转动角度计算步骤:利用所述图像采集装置实时采集定日镜的反射光斑，对所述光斑进行识别，记录光斑面积大小并获取对应的定日镜的实际转动角度；将定日镜按照预设的旋转规则进行转动，若识别到面积更大的光斑，则更新最大光斑面积以及对应的实际转动角度； 跟踪精度计算步骤:根据所述实际转动角度和所述太阳光角度计算得到实际出射光线角度，根据所述理论转动角度和所述太阳光角度计算得到理论出射光线角度，根据所述实际出射光线角度和所述理论出射光线角度的计算偏差，获得定日镜的跟踪精度。
2.根据权利要求1所述的一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，所述旋转规则为沿长方形、三角形或其他多边形的螺旋线形状转动定日镜，或者是沿理论转动角度周围的一系列随机角度转动定日镜。
3.根据权利要求1所述的一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，所述图像采集装置设置在集热器的上方或下方，且位置尽可能靠近所述集热器。
4.根据权利要求1所述的`一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，建立定日镜的实际坐标与图像采集装置的图像坐标之间的对应关系具体为: 选择图像采集装置视野内的一些定日镜作为标定镜，测绘得到这些标定镜的实际坐标，通过图像处理得到标定镜在图像采集装置视野中的图像坐标，从而建立整个定日镜场中定日镜的实际坐标和图像采集装置视野内的图像坐标的对应关系。
5.根据权利要求1所述的一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，所述定日镜镜场信息包括定日镜镜场所在位置的经纬度、海拔、温度、压力、时区以及当前时刻。
6.根据权利要求1所述的一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，根据所述实际出射光线角度和所述理论出射光线角度的计算偏差，获得定日镜的跟踪精度，如公式(I)所示:
7.根据权利要求1所述的一种定日镜跟踪精度的校验方法，其特征在于，所述图像采集装置为相机。
8.一种定日镜跟踪精度的校验装置，其特征在于，包括: 坐标对应关系建立单元:用于利用图像采集装置对定日镜进行拍摄，每个图像采集装置对应一面或多面定日镜；建立定日镜的实际坐标与图像采集装置的图像坐标之间的对应关系; 理论转动角度计算单元:用于根据当前的定日镜镜场信息计算对应的太阳光角度，所述太阳光角度为入射光线角度；根据所述定日镜实际坐标和所述图像坐标计算得到出射光线角度，根据所述入射光线角度和所述出射光线角度计算得到定日镜的法向量，从而得到定日镜的理论转动角度； 实际转动角度计算单元:用于利用所述图像采集装置实时采集定日镜的反射光斑，对所述光斑进行识别，记录光斑面积大小并获取对应的定日镜的实际转动角度；将定日镜按照预设的旋转规则进行转动，若识别到面积更大的光斑，则更新最大光斑面积以及对应的实际转动角度； 跟踪精度计算单元:用于根据所述实际转动角度和所述太阳光角度计算得到实际出射光线角度，根据所述理论转动角度和所述太阳光角度计算得到理论出射光线角度，根据所述实际出射光线角度和所述理论出射光线角度的计算偏差，获得定日镜的跟踪精度。
9.一种定日镜跟踪精度的校验系统，其特征在于，包括:依次连接的图像采集装置、图像处理装置以及如权利要求8所述的定日镜跟踪精度的校验装置；其中，所述校验装置与定日镜连接，并对定日镜的转动进行控制；图像处理装置用于接收所述图像采集装置采集到的图像，并将处理后的图像信息传送给所述校验装置。
10.根据权利要求9所述的一种定日镜跟踪精度的校验系统，其特征在于，所述图像采集装置为相机。`
【文档编号】G05D3/00GK103728983SQ201310728364
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】宓霄凌, 薛刚强, 黄文君, 刘志娟, 胡中, 徐能 申请人:青海中控太阳能发电有限公司