薛剛強，宓霄凌，李曉波

(浙江可勝技術(shù)股份有限公司，杭州 310053)

0 引言

定日鏡作為塔式太陽能熱發(fā)電站中聚光集熱系統(tǒng)的核心部件，其光學(xué)效率會直接影響整個電站的性能。由于定日鏡運行在戶外環(huán)境，空氣中的粉塵及其他污染物會逐漸堆積在其表面，使其表面的光學(xué)反射率下降。因此，必須設(shè)計高效的定日鏡清洗方式，對定日鏡進行周期性清洗，以提升整個電站的發(fā)電量。

目前，在世界范圍內(nèi)，已有大量針對已投運塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡清洗方式的研究和試驗。西班牙的Sener公司和Torresol Energy公司針對該國已投運的19.9 MW Gemasolar塔式太陽能熱發(fā)電站的定日鏡聯(lián)合開發(fā)了一款智能清洗機器人[1]，該機器人被放置在水平鏡面上，可自動行走完成清掃。以色列的BrightSource公司針對其2014年2月投運的392 MW Ivanpah塔式太陽能熱發(fā)電站的定日鏡設(shè)計了一款基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)定位的自動清洗車[2]，該清洗車的本體為一臺起重機，清洗刷輥通過1根長24.5 m的可伸縮機械臂固定在本體上，在同一個位置可清洗約24.5 m范圍內(nèi)的定日鏡，并可通過增加機械臂的長度來減少清洗車在鏡場內(nèi)的行進里程。2015年3月投運的位于美國內(nèi)華達州的新月沙丘110 MW塔式太陽能熱發(fā)電站的定日鏡清洗時采用的清洗車是在重型車輛本體上搭載水箱，然后由人工操縱定日鏡來清洗。

雖然上述清洗方式可實現(xiàn)清洗設(shè)備對局部定日鏡半自動化清洗導(dǎo)航，但對于整個鏡場的定日鏡清洗，仍需要人工干預(yù)，這主要是由于存在定日鏡因故障而轉(zhuǎn)角未到位的工況。浙江可勝技術(shù)股份有限公司以德令哈50 MW塔式太陽能熱發(fā)電站為背景，設(shè)計了一款可全自主執(zhí)行定日鏡清洗任務(wù)的清洗車。該清洗車通過在本體上搭載清洗水箱，并結(jié)合高壓噴嘴、刷輥及精密的距離傳感器來控制清洗車主動靠近鏡面，以完成清洗任務(wù)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 浙江可勝技術(shù)股份有限公司設(shè)計的定日鏡清洗車的結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of heliostat cleaning vehicle designed by Cosin Solar Technology Co.，Ltd.

由于該清洗車的行進和清洗任務(wù)均是在無人工干預(yù)的情況下自主完成的，因此可將清洗任務(wù)安排在鏡場關(guān)場后的非日間時段，避免了日間清洗時因定日鏡處于待清洗狀態(tài)而造成的能量損失，有效提高了鏡場的運營效率，降低了運維成本。

由于該清洗車采用跨越式結(jié)構(gòu)設(shè)計，其執(zhí)行清洗任務(wù)時需要從水平放置的定日鏡鏡面上跨過去，因此，定日鏡需轉(zhuǎn)角至清洗車需要的清洗姿態(tài)。只有當定日鏡處于設(shè)計的清洗姿態(tài)時，清洗車才能正常進行跨越清洗作業(yè)而不發(fā)生碰撞事故；而當定日鏡不處于設(shè)計的清洗姿態(tài)時，如果清洗車不能檢測到這種異常工況，則會發(fā)生清洗車與定日鏡相撞的事故，輕則造成定日鏡鏡面玻璃破損，重則造成定日鏡反射體不可逆的破壞，甚至清洗車車體都可能因此而被撞毀。對于采用半自動化導(dǎo)航系統(tǒng)的清洗車的駕駛員，除了日常保養(yǎng)、維護清洗車之外，其每天的大部分工作內(nèi)容是跟車，即跟著清洗車行走，使用人眼觀察清洗車是否會和障礙物碰撞，當發(fā)生意外情況時，可及時進行緊急制動。很顯然，這樣的工作內(nèi)容是對人力資源的極大浪費。因此，亟待研發(fā)一套智能避障系統(tǒng)，使定日鏡清洗車實現(xiàn)全自動導(dǎo)航，全面解決清洗車駕駛員的跟車任務(wù)，解放生產(chǎn)力，同時降低清洗車及太陽能熱發(fā)電站的整體運維成本。

需要說明的是：任何避障系統(tǒng)都不可能依靠單一設(shè)備(比如激光雷達)來達到100%的避障效果。整個避障系統(tǒng)還應(yīng)該包括紅外相機、超聲波傳感器、拉線開關(guān)等其他與激光雷達同級別的子系統(tǒng)。其中：紅外相機和激光雷達屬于中遠距離避障系統(tǒng)；超聲波傳感器屬于近距離制動系統(tǒng)；拉線開關(guān)作為接觸式制動系統(tǒng)，是整個避障系統(tǒng)的最后一道防線，由于拉線開關(guān)的物理性質(zhì)，決定了其不能經(jīng)常被觸發(fā)，否則可能存在因開關(guān)老化而制動失靈的風(fēng)險。

本文提出了一種基于二維激光雷達(下文簡稱為“激光雷達”)的定日鏡清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)由清洗車導(dǎo)航系統(tǒng)和激光雷達系統(tǒng)結(jié)合而成，利用激光雷達來測量前方定日鏡的姿態(tài)，并結(jié)合清洗車導(dǎo)航系統(tǒng)，從而實現(xiàn)清洗車對定日鏡的全自動化清洗。但需要說明的是，并非所有的異常姿態(tài)定日鏡都需要避障系統(tǒng)來制動，大部分定日鏡都具備電機角度反饋功能，當反饋功能正常運行時，鏡場控制系統(tǒng)可以檢測到異常的定日鏡，并通知清洗車導(dǎo)航系統(tǒng)進行制動。避障系統(tǒng)真正要解決的是那些因定日鏡存在故障而導(dǎo)致其角度反饋功能異常的情況。比如：大部分定日鏡的角度反饋功能在電機側(cè)，當電機驅(qū)動和鏡體脫離時，就會存在電機空轉(zhuǎn)但鏡體不動的故障，而此時，定日鏡反饋的角度卻是正常的，也就是說定日鏡并不知其轉(zhuǎn)角未到位，而本文提出的定日鏡清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)主要用于解決此類問題。

1 WGS84坐標系與西安80坐標系的轉(zhuǎn)換

清洗車的激光雷達檢測到前方障礙物后需要將檢測到的障礙物的坐標和前方定日鏡的坐標在三維直角坐標系內(nèi)進行對比計算，但由于二者的坐標形式不同，因此需要進行轉(zhuǎn)換。

定日鏡的坐標直接取自鏡場的坐標序列，其一般由橢球坐標系體現(xiàn)，而在塔式太陽能熱發(fā)電站范圍內(nèi)，一般可將其放入局部直角坐標系內(nèi)進行分析。在中國境內(nèi)，橢球坐標系通常采用西安80坐標系，坐標點一般記為 (x,y,h)，其中：x為橢球坐標系的北坐標；y為橢球坐標系的東坐標；h為高程。

常見的3種橢球坐標系的相關(guān)參數(shù)如表1所示。其中：a為橢球長半軸；b為橢球短半軸；f為橢球扁率；e為第一偏心率；et為第二偏心率。

表1 常見的3種橢球坐標系的相關(guān)參數(shù)Table 1 Relevant parameters of three common ellipsoidal coordinate systems

障礙物坐標的初始形式采用的是激光雷達局部坐標系，根據(jù)激光雷達的安裝參數(shù)可將障礙物坐標轉(zhuǎn)換到以車輛中心為原點的車輛坐標系內(nèi)，再將車輛中心在鏡場坐標系(即“世界坐標系”)中的坐標轉(zhuǎn)換到鏡場坐標系。而車輛中心坐標一般是通過采用實時動態(tài)載波相位差分(RTK)技術(shù)的GNSS設(shè)備獲取(下文簡稱為“RTK設(shè)備”)，其坐標形式為WGS84坐標系的經(jīng)度與緯度，坐標點一般記為(B,L,H)，其中：B為經(jīng)度；L為緯度；H為經(jīng)緯度坐標系下的高程，通常H=h。假設(shè)WGS84坐標系記為O1、西安80坐標系記為O2，但通常由RTK設(shè)備輸出的WGS84坐標系O1和西安80坐標系O2根本不是一個橢球坐標系，因此，需要進行轉(zhuǎn)換。完整的轉(zhuǎn)換鏈為：綜上可知，任何一個三維坐標均存在以下兩種形式：(x,y,h)和 (B,L,H)。

同一個橢球坐標系內(nèi)，坐標(B,L,H)轉(zhuǎn)換到(x,y,h)的方法是采用Gauss-Kruger正向投影，具體的轉(zhuǎn)換公式為[3]：

式中：X為子午線弧長。

其中：

式中：L0為中央子午線經(jīng)度[1]。

通過式(1)～式(12)實現(xiàn)了將坐標(B,L,H)向(x,y,h)的轉(zhuǎn)換。

需要利用Bursa-Wolf模型將O1(x,y,h)轉(zhuǎn)換到O2(x,y,h)。Bursa-Wolf模型可表示為：

式中：Rx、Ry、Rz分別為繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)的歐拉旋轉(zhuǎn)運算符號；α、β、γ分別為x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)角度；m為坐標軸縮放量；BWce為Bursa-Wolf模型的旋轉(zhuǎn)中心點。

采集多個檢測點作為標定值，可以完成式(13)中參數(shù)的標定。至此，所有從O1(B,L,H)轉(zhuǎn)換到O2(x,y,h)所需的信息都已完備。

2 清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)檢測方案

2.1 清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)的工作原理

安裝有導(dǎo)航避障系統(tǒng)的清洗車在沿著清洗軌跡(圖中的黑色虛線)清洗時的俯視圖如圖2所示。

圖2 安裝有導(dǎo)航避障系統(tǒng)的清洗車在沿著清洗軌跡清洗時的俯視圖Fig. 2 Top view of cleaning vehicle equipped with navigation and obstacle avoidance system when cleaning along cleaning track

安裝在清洗車前端的激光雷達不斷掃描障礙物，并將掃描后獲取的數(shù)據(jù)傳輸至安裝在清洗車上的工控機，工控機中的激光雷達避障系統(tǒng)通過分析來確定哪些掃描點是屬于定日鏡的，然后將屬于定日鏡的這些掃描點擬合成一條直線。由于通過安裝在清洗車左右兩側(cè)的激光雷達掃描障礙物而得到的兩條定日鏡掃描點擬合線在設(shè)計上是必然相交的，激光雷達避障系統(tǒng)將兩條擬合線的坐標從激光雷達坐標系轉(zhuǎn)換到鏡場坐標系，具體步驟為：1)根據(jù)激光雷達安裝參數(shù)將位于激光雷達坐標系的兩條定日鏡掃描點擬合線的坐標轉(zhuǎn)換到車輛坐標系；2)將從RTK設(shè)備獲取的經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換到鏡場坐標系。利用上述兩條相交的擬合線推算出目標檢測平面(即定日鏡鏡面所在的平面)的法向位置，從而確定被測定日鏡的實際傾角。當檢測到的定日鏡傾角大于預(yù)設(shè)的傾角閾值上限時，制動清洗車。

安裝有導(dǎo)航避障系統(tǒng)的清洗車行駛時，激光雷達掃描過程的仿真圖如圖3所示。圖中：綠色四邊形為仿真的定日鏡鏡面位置，紅色和黑色區(qū)域均為激光雷達掃描的平面，平面與定日鏡鏡面形成的截線就是導(dǎo)航避障系統(tǒng)想要提取的結(jié)果。

圖3 激光雷達掃描過程的仿真圖Fig. 3 Simulation diagram of laser radar scanning process

2.2 激光雷達的工作原理及設(shè)備選型

2.2.1 工作原理

二維激光雷達可沿其安裝平面掃描預(yù)設(shè)角度范圍內(nèi)的某一區(qū)域，并根據(jù)該區(qū)域內(nèi)被測物體與掃描儀的相對位置，得到相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)標記為極坐標(θ,r)的形式。其中：θ為被測物體與掃描儀的相對角度；r為被測物體與掃描儀之間的距離。采用飛行時間差(ToF)測量方法時激光雷達的工作原理如圖4所示。圖中：t為脈沖發(fā)送和接收的時間差。

圖4 采用ToF測量方法時激光雷達的工作原理Fig. 4 Working principle of laser radar using ToF measurement method

2.2.2 設(shè)備選型

本文采用的激光雷達為德國西克(SICK)公司生產(chǎn)的型號為LMS111的激光雷達。LMS1xx系列激光雷達的測量距離和檢測角度范圍如圖5所示。

圖5 LMS1xx系列激光雷達的測量距離和檢測角度范圍Fig. 5 Measuring range and detection angle range of LMS1xx serial laser radar

該激光雷達的檢測角度范圍為270°，在0.5～18.0 m測量距離內(nèi)可保證測量結(jié)果的精度，最大探測點達20～50 m。上述參數(shù)數(shù)值基本滿足清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)的需求。

2.3 運動學(xué)原理

激光雷達得到的原始測量數(shù)據(jù)為激光雷達坐標系OL下的坐標，而檢測定日鏡姿態(tài)所需的擬合線需為鏡場坐標系OW下的坐標。二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系即本節(jié)所闡述的運動學(xué)原理。

由于激光雷達坐標系無法直接轉(zhuǎn)換到鏡場坐標系下，但激光雷達安裝在清洗車上，因此二者之間的轉(zhuǎn)換需要通過清洗車坐標系OV來進行。

2.3.1通用的坐標轉(zhuǎn)換模型

在不拉伸和彎曲的直角坐標系內(nèi)，假設(shè)存在某個坐標點P(x,y,z)，其在任意2個直角坐標系O1和O2中的坐標分別為P1和P2，則將P1轉(zhuǎn)換為P2的方式為：

式中：R*i為歐拉旋轉(zhuǎn)的自由組合，i=1, 2, 3，可根據(jù)實際的建模方式選擇最易調(diào)試和理解的模型；T為轉(zhuǎn)換函數(shù)；Ce1為P1的旋轉(zhuǎn)中心點。

根據(jù)式(14)可得到P2轉(zhuǎn)換為P1的方式為：

假設(shè)：TL2V為激光雷達坐標系向清洗車坐標系的轉(zhuǎn)換函數(shù)；TV2W為清洗車坐標系向鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換函數(shù)；CL2V為TL2V對應(yīng)的中心坐標點；CV2W為TV2W對應(yīng)的中心坐標點。

對于激光雷達坐標系向清洗車坐標系的轉(zhuǎn)換函數(shù)，根據(jù)激光雷達的實際安裝姿態(tài)，R*i分別取Rz、Rx、Rz，這樣更加符合一般的建模思路。

對于清洗車坐標系向鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換函數(shù)，考慮到清洗車上安裝的RTK設(shè)備可直接輸出航向角Ah、橫滾角Ar、俯仰角Ap的值，R*i分別取Rx、Ry、Rz后，可直接得到α=-Ar、β=-Ap、γ=-Ah的對應(yīng)關(guān)系，這顯然是最便捷和最直觀的建模方案。

綜上，任意點P在激光雷達坐標系下的坐標PL和在鏡場坐標系下的坐標PW的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系可表示為：

2.3.2 坐標系的定義

在鏡場坐標系下，將正南方向、正東方向、天頂方向分別定義為坐標系x、y、z的3個正方向。

在清洗車坐標系下，將車輛后退方向、車輛正右方向、天頂方向分別定義為坐標系x、y、z的3個正方向。

在激光雷達坐標系下，將激光雷達的0°掃描光線、激光雷達的90°掃描光線、右手系垂直于掃描面方向分別定義為坐標系x、y、z的3個正方向。

2.3.3 運動學(xué)參數(shù)標定

通過獲取激光雷達坐標系向清洗車坐標系轉(zhuǎn)換和清洗車坐標系向鏡場坐標系轉(zhuǎn)換涉及到的所有參數(shù)，即可實現(xiàn)激光雷達坐標系到鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換。而將激光雷達坐標系的坐標轉(zhuǎn)換到清洗車坐標系時，可通過截取定日鏡在不同姿態(tài)下的測量結(jié)果，按照運動學(xué)模型聯(lián)立等式，從而求解激光雷達的安裝參數(shù)，具體方法如下文所述。

對于清洗車坐標系向鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換而言，CV2W就是RTK設(shè)備反饋的鏡場坐標系下車輛的中心坐標點，根據(jù)上文所述的建模關(guān)系，x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)角度也可以直接由RTK設(shè)備輸出的航向角、橫滾角、俯仰角換算得到。綜上可知，清洗車坐標系向鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換涉及到的所有參數(shù)都是已知的，無需標定。

對于激光雷達坐標系向清洗車坐標系的轉(zhuǎn)換而言，CL2V是激光雷達的安裝位置相對于車輛中心的坐標，可以從車輛的結(jié)構(gòu)圖紙及激光雷達的實際安裝位置得到。激光雷達坐標系向清洗車坐標系轉(zhuǎn)換時涉及到的航向角、橫滾角、俯仰角(即x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)角度α、β、γ)的取值由RTK設(shè)備安裝時的精度決定，是導(dǎo)航避障系統(tǒng)中實際需要進行標定的參數(shù)。

將清洗車和定日鏡放置在幾種不同的相對位置關(guān)系下，組合定日鏡不同的鏡面角度，可采集多組定日鏡實際姿態(tài)和激光雷達反饋的原始數(shù)據(jù)，用于激光雷達安裝角度的標定。

假設(shè)：Ah,k為第k個標定的定日鏡姿態(tài)樣本，其同鏡場坐標系下的坐標PW序列擬合成一條直線；Ah=L2A(LL,LR)為清洗車上左右兩側(cè)的激光雷達擬合得到的直線LL和LR轉(zhuǎn)換到定日鏡實際角度的算法。當標定樣本個數(shù)為p時，激光雷達的標定模型為：

式中：k為第i個定日鏡姿態(tài)，即車輛位置的第k次標定，k=1,…,p；Lfit為直線擬合函數(shù)；PLn為左側(cè)激光雷達的第n個點；PRn為右側(cè)激光雷達的第n個點。

通過數(shù)組標定樣本，可以擬合得到激光雷達坐標系向清洗車坐標系轉(zhuǎn)換時激光雷達的安裝角度值。

綜上可知，激光雷達坐標系到鏡場坐標系的轉(zhuǎn)換過程已完全確定。

2.4 擬合線算法

本文的擬合線算法采用由Fischler和Bolles提出的隨機樣本共識(RANSAC)算法，其原理是在集合Pts中隨機選取若干個點構(gòu)成子集S；然后計算余集中誤差小于預(yù)設(shè)值的點的數(shù)量，若數(shù)量大于預(yù)設(shè)值，則認為取得一致；若數(shù)量小于預(yù)設(shè)值，則需重新選擇子集，并重復(fù)上述步驟，直到數(shù)量大于預(yù)設(shè)值。

本文中得到擬合線的具體步驟為：1)在目標點群中隨機選擇2個點；2)計算過這兩個點的直線的公式；3)統(tǒng)計目標點群與這條直線的距離在一定閾值范圍內(nèi)的點的數(shù)量；4)多次重復(fù)上述步驟，然后選擇范圍內(nèi)點數(shù)最多的2個點所在的直線作為擬合結(jié)果。

由于激光雷達的測量精度較高，定日鏡鏡面上大部分測量點的波動可控制在5 mm以內(nèi)(該值根據(jù)實際執(zhí)行經(jīng)驗得到)，這也是該算法能在本方案中順利采用的重要原因。

3 測試結(jié)果分析及測試中存在的問題

3.1 測試結(jié)果分析

測試前的設(shè)備狀態(tài)為：激光雷達工作正常，清洗車及其導(dǎo)航系統(tǒng)工作正常，鏡場控制系統(tǒng)和與測試相關(guān)的定日鏡工作正常。測試條件為：環(huán)境風(fēng)速不超過定日鏡工作風(fēng)速，無大雨、大雪等極端天氣。測試地點為：青海省海西州德令哈市50MW塔式太陽能熱發(fā)電項目(二期)所在地。激光雷達設(shè)備現(xiàn)場安裝后的照片和清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)的現(xiàn)場測試照片分別如圖6、圖7所示。圖7中的紅圈為激光雷達設(shè)備安裝位置。

圖6 激光雷達設(shè)備現(xiàn)場安裝后的照片F(xiàn)ig. 6 Photo of laser radar equipment after on-site installation

圖7 清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)的現(xiàn)場測試照片F(xiàn)ig. 7 Field test photo of navigation and obstacle avoidance system of cleaning vehicle

實測得到的典型幀測量數(shù)據(jù)在激光雷達坐標系下的結(jié)果如圖8所示。圖中：藍色和黑色分別表示左右側(cè)激光雷達的測量數(shù)據(jù)；空心圓點為標定參數(shù)下仿真檢測到的鏡面位置；實心圓點為非檢測范圍內(nèi)(地面、天空等)的掃描點；棱形點為檢測范圍內(nèi)的掃描點；虛線為根據(jù)棱形點擬合的直線。

對于圖8而言，當定日鏡姿態(tài)沒有異常時，虛線和空心圓點形成的直線越接近，說明標定參數(shù)越準確。當清洗車實際運行時，通過觀察虛線和空心圓點形成的直線的接近程度可以推測定日鏡的轉(zhuǎn)角異常情況。

當定日鏡姿態(tài)明顯為異常姿態(tài) (定日鏡高度角大于20°)時，導(dǎo)航避障系統(tǒng)能夠非常容易檢出，并觸發(fā)制動；但當定日鏡姿態(tài)和正常姿態(tài)較為接近時，檢測難度相對較大。對異常姿態(tài)非常接近正常姿態(tài)的定日鏡測試結(jié)果進行統(tǒng)計，具體如表2所示。表中：電機角度指控制系統(tǒng)從定日鏡電機編碼器處讀取的角度。區(qū)別于定日鏡實際姿態(tài)，電機角度以電機零位為標準，例如定日鏡存在2°的高度角初始安裝偏差時，電機角度為3°，則定日鏡的實際傾角為5°。對于跨越式清洗車，在設(shè)備無安裝偏差的情況下，當保持定日鏡的水平角不動，即使方位角旋轉(zhuǎn)180°，定日鏡的姿態(tài)未發(fā)生改變，仍然處于清洗姿態(tài)。

表2 異常姿態(tài)接近正常姿態(tài)的定日鏡的測試結(jié)果Table 2 Test results of heliostat with abnormal attitude close to normal attitude

從表2可以看出：當電機角度為正向9°工況下，所有定日鏡都能觸發(fā)制動；當電機角度為正向6°時，只有1面定日鏡觸發(fā)制動；而電機角度為反向6°時，所有定日鏡都能觸發(fā)制動。同時，根據(jù)導(dǎo)航避障系統(tǒng)提示的檢測值，電機角度為正向6°時，未觸發(fā)制動的3面定日鏡，導(dǎo)航避障系統(tǒng)識別結(jié)果為3°～4°；而電機角度為反向6°時，識別結(jié)果為8°～9°。由上述現(xiàn)象可知，電機角度為正向6°時，3面未觸發(fā)制動的定日鏡是由于存在初始-2°～-3°的安裝偏角所導(dǎo)致，當真實定日鏡姿態(tài)大于6°時，則可以觸發(fā)制動。

3.2 測試過程中存在的問題

3.2.1 誤檢測問題

清洗車在啟用導(dǎo)航避障系統(tǒng)后，于2020年11月23日～12月8日期間進行測試，由于11月28日和12月1日存在天氣(如下雨)等影響因素，清洗車未作業(yè)，導(dǎo)致這兩天無相關(guān)測試數(shù)據(jù)。根據(jù)14天的跟蹤測試結(jié)果，日均誤報次數(shù)為3.2次，需要人工確認后才會自動恢復(fù)到導(dǎo)航模式。清洗車一天清洗的定日鏡數(shù)量在1000面左右，相當于誤報率為0.32%。若目標是導(dǎo)航避障系統(tǒng)每日或數(shù)日只發(fā)生1次誤報，則需進一步將誤報率優(yōu)化到0.1%以下。測試期間導(dǎo)航避障系統(tǒng)的誤報次數(shù)統(tǒng)計如表3所示。

表3 測試期間導(dǎo)航避障系統(tǒng)的誤報次數(shù)統(tǒng)計Table 3 Statistics of number of false positives of navigation obstacle avoidance system during the test

3.2.2 定日鏡鏡面問題

在測試過程中發(fā)現(xiàn)，當定日鏡鏡面玻璃極為干凈，且鏡面法向完全和激光雷達掃描面垂直時，激光雷達不能很好地反射測量結(jié)果，這是由激光雷達設(shè)備的基本特性決定的，暫時無法解決。這種工況下，目前只能由紅外相機等其他避障子系統(tǒng)進行檢測。由于清洗任務(wù)調(diào)度模塊一般會優(yōu)先安排清洗車清洗清潔度較差的定日鏡，所以定日鏡鏡面極為干凈的工況在非測試條件下的實際工程項目中遇到的概率較低。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于二維激光雷達的定日鏡清洗車導(dǎo)航避障系統(tǒng)，并在50 MW塔式太陽能熱發(fā)電項目上實測投用。測試結(jié)果顯示：定日鏡電機角度超過6°時，定日鏡都可以觸發(fā)制動；在14天的測試周期內(nèi)，導(dǎo)航避障系統(tǒng)的日均誤報次數(shù)為3.2次。初步達到可檢測異常定日鏡且誤報次數(shù)在可接受范圍內(nèi)的要求。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)航避障系統(tǒng)的測量精度敏感性和激光雷達的安裝角度有關(guān)，當掃描面完全垂直于車輛行進方向時，激光雷達對鏡面水平傾角變化最為敏感，但掃描距離最短，只有當激光雷達抵達待檢測鏡面下方時才能獲取檢測結(jié)果；當掃描面和車輛行進方向完全平行時，測量距離最遠，但測量精度敏感性最差。如何在測量精度敏感性和測量距離之間取得平衡，需要根據(jù)現(xiàn)場的長期測試結(jié)果進行綜合評估。