一种用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其实施步骤如下：1）收集待评估风电场及其指定扩展区域的测绘地形图，提取等高线图层；2）判断测绘地形图能否满足计算要求，如果能满足，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，生成完整计算区域的地形文件；如果不能，则利用预设的SRTM数据库对测绘地形图进行外扩完整计算区域，生成完整计算区域的地形文件；3）利用预设的全球遥感图像库获取完整计算区域的地貌文件；4）将地形文件、地貌文件叠加得到地形地貌文件。本发明能够完成高可靠性的风电场地形地貌文件获取，风资源评估效率及精度高，具有精确度高、成本低、效率高的优点。
【专利说明】一种用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电场微观选址复核【技术领域】，具体涉及一种风电场微观选址复核时用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法。
【背景技术】
[0002]风电场微观选址复核是为确保拟安装的风力发电机组安全，对已形成的微观选址方案，在已获得拟建风电场项目的资料基础上，采用行业认可的风资源评估、风力发电机组微观选址的方法和软件，对方案进行复验，复核风力发电机组适用性的过程，并提出合理建议。根据IEC61400标准，要判断风电机组在拟安装点位能否安全运行，首先要计算该点位处的风资源状况，以便和风电机组设计和认证时设定的标准风况相比较，以判断拟安装风电机组是否安全。
[0003]地表粗糙度是边界气象学中反映地表下垫面形态的一个重要指标，是研究风电场垂直分布廓线的重要参数，地表粗糙度条件对风电场的模拟和研究具有重要意义。在近地面层，风速受到地面摩擦的影响较大。地表面的粗糙度等级越高，对风的减速效果越明显。地面粗糙度会影响到风资源的分布，是影响风电场风况和湍流强度的一个重要因素。受地形因素，坡度、地形起伏度、坡向等复杂地形下的风速、风向的变化更为复杂这对风资源评估的精确性和安全性都提出了挑战。
[0004]Meteodyn WT软件(以下简称WT软件)是由法国Meteodyn公司(美迪公司)研究开发的基于CFD技术的风资源评估软件。WT软件是专门为求解大气边界层问题而开发的CFD软件，可以提高复杂地形风能资源评估的准确性。WT软件可以根据地形、粗糙度以及设定的热稳定度自动生成网格与边界条件，在关注区域以及关注点自动进行网格加密，得到风电场区三维空间内任一点的风流及风资源情况(平均风速、湍流、极风、入流角、发电量、能量密度等等)。因此准确获取风场地面地形和粗糙度情况对微观选址复核有重要意义。传统地形文件处理时通常仅仅考虑风电场风电机组覆盖范围，并未考虑风电场外围扩充范围地形信息；传统地貌文件获取方法主要有两种。其一是通过风电场大比例尺数字化地形图而来；另一种方法是利用Google Earth影像截屏、四点定位方法获取地表粗糙度。但是，传统地形文件获取方法忽略了风电场周边地形信息，影响了 CFD软件建模精度；通过风电场大比例尺数字化地形图方法而获取的地表粗糙度结果精确，但是成本高，效率低，无法普及使用。另一种利用Google Earth影像截屏、四点定位方法获取的地表粗糙度，影像精度不够，细节信息丢失，无法准确定位地表地貌的位置和类别，精度较低。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术的上述技术问题，提供一种能够完成高可靠性的风电场地形地貌文件获取，风资源评估效率及精度高，成本低、效率高的用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为: 一种用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其实施步骤如下:
1)收集待评估风电场及其指定扩展区域的测绘地形图；
2)判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据所述测绘地形图生成完整计算区域的地形文件；如果不能满足计算要求，则利用预设的SRTM数据库对所述测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域，生成外扩区域的补充地形图，将所述测绘地形图、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件；
3)利用预设的全球遥感图像库获取所述完整计算区域的遥感图像，根据所述遥感图像获取完整计算区域的地貌文件；
4)将所述完整计算区域的地形文件、地貌文件在空间位置上完全匹配，然后进行完全叠加得到完整计算区域的地形地貌文件。
[0007]优选地，所述步骤I)收集的测绘地形图中所述待评估风电场及其扩展区域的比例尺不小于1:10000，所述待评估风电场及其扩展区域的扩展区域是指在风电场区域的基础上向四周扩展距离为1km的扩展区域。
[0008]优选地，所述步骤2)的详细步骤如下:
2.1)提取测绘地形图的等高线图层；判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据所述等高线图层生成完整计算区域的地形文件，跳转执行步骤3);如果不能满足计算要求，则跳转执行步骤2.2);
2.2)利用预设的SRTM数据库对所述测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域；获取所述外扩区域的SRTM影像文件，所述SRTM影像文件为栅格形式的影像文件；
2.3)将所述SRTM影像文件进行矢量化处理，并提取出矢量格式的等高线作为提取得到的补充地形图；
2.4)判断所述补充地形图所使用的地理坐标系和测绘地形图所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将所述补充地形图所使用的地理坐标系投影转换为测绘地形图所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤2.5);如果一致，则直接跳转执行步骤2.5)；
2.5)将所述测绘地形图的等高线图层、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件。
[0009]优选地，所述步骤2.5)的详细步骤如下:将所述测绘地形图、补充地形图合并，然后将合并的数据进行拓扑检查和属性检查，判断测绘地形图、补充地形图的数据源相交的区域部分是否存在凸起或者凹陷的边界，如果存在凸起或者凹陷的边界则修正凸起或者凹陷的边界；最终得到检查和修正后的完整计算区域的地形文件。
[0010]优选地，所述步骤3)的详细步骤如下:
3.1)根据所述完整计算区域建立粗糙度勾绘边界文件；
3.2)判断所述粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系和预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将所述粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系投影转换为预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤3.3);如果一致，则直接跳转执行步骤3.3)； 3.3)利用预设的全球遥感图像库的遥感图像加载所述粗糙度勾绘边界文件，在所述全球遥感图像中根据解译标志对影像进行解译，在图像上识别地物的性质、类型和状况，并对地物类型进行分类，勾绘各个地物类型之间的界线，不同地物类型具有不同的粗糙度属性值，且勾绘原则是以连续的、比重最大的地类粗糙度值作为背景值，仅需勾绘出非连续的、数量较少的地物类别，最终勾绘完成得到粗糙度文件；
3.4)对所述粗糙度文件中勾绘的不同地物类分别赋予对应的地表粗糙度属性值；
3.5)获取赋予地表粗糙度属性的粗糙度文件并进行格式转换及投影转换得到完整计算区域的地貌文件。
[0011]本发明用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法具有下述优点:
1、本发明针对传统地形文件获取方法忽略了风电场周边地形信息以致影响CFD软件建模精度的缺陷，通过收集待评估风电场及其指定扩展区域的测绘地形图，综合考虑风电场及其指定扩展区域的地形，能够有效提高CFD软件建模精度。
[0012]2、本发明包括判断测绘地形图能否满足计算要求的步骤，如果不能满足计算要求，则利用预设的SRTM数据库对测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域，生成外扩区域的补充地形图，将测绘地形图、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件，因此通过利用SRTM数据库对传统测绘获取地形图进行增补，降低了数据获取成本，提高了模拟精度。
[0013]3、本发明利用预设的全球遥感图像库获取完整计算区域的遥感图像，根据遥感图像获取完整计算区域的地貌文件，由于预设的全球遥感图像库数据来源方便而且可免费公开获取，例如可以使用Google Earth软件获取预设的全球遥感图像库等,从而使得获取的地貌数据定位准确，精度高。
[0014]4、本发明的步骤2)利用了现有GIS对空间数据的处理能力，步骤3)利用了遥感对地表信息的获取和及时更新优势，从而将GIS和遥感技术结合，利用步骤4)将完整计算区域的地形文件、地貌文件在空间位置上完全匹配，然后进行完全叠加得到完整计算区域的地形地貌文件，从而使得地形地貌文件的获取具有快速、准确的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例的实施流程示意图。
[0016]图2为本发明实施例中步骤2)的实施流程示意图。
[0017]图3为本发明实施例中进行外扩前的测绘地形图。
[0018]图4为本发明实施例中进行外扩后的测绘地形图。
[0019]图5为本发明实施例中步骤3)的实施流程示意图。
[0020]图6为本发明实施例中的勾绘得到的粗糙度文件示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本实施例用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法的实施步骤如下:
I)收集待评估风电场及其指定扩展区域的测绘地形图。
[0022]本实施例中，步骤I)收集的测绘地形图中待评估风电场及其扩展区域的比例尺不小于1:10000，待评估风电场及其扩展区域的扩展区域是指在风电场区域的基础上向四周扩展距离为1km的扩展区域。由于测绘地形图的风电场区域通常为不规则形状或只涵盖风机所在范围的很窄区域，并不包括风场外沿区域地形或不包括远处测风塔所在区域地形，而微观选址复核计算时需要将风机和测风塔覆盖区域地形再外延几公里，以保证计算的准确性，因此本实施例在风电场区域的基础上进行扩展使其包括扩展区域以提高计算的准确性。
[0023]2)提取测绘地形图的等高线图层；判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据等高线图层生成完整计算区域的地形文件；如果不能满足计算要求，则利用预设的SRTM (航天飞机雷达地形测绘任务)数据库对测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域，生成外扩区域的补充地形图，将测绘地形图、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件。
[0024]本实施例中，利用GIS (地理信息系统)软件提取测绘地形图的等高线图层，GIS软件具体使用ESRI公司开发的ArcGIS Desktop桌面组件ArcMap和ArcToolbox, ArcMap和ArcToolbox可实现影像处理、地图编辑、地图投影、地图格式转换等功能。
[0025]如图2所示，步骤2)的详细步骤如下:
2.1)判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据等高线图层生成完整计算区域的地形文件，跳转执行步骤3);如果不能满足计算要求，则跳转执行步骤2.2)。
[0026]本实施例中，风电场微观选址复核使用的风资源计算评估软件为WT软件，WT软件会自动判断测绘地形图能否满足风资源计算要求，如果测绘地形图中的地形数据不足，则WT软件将自动对地形数据进行外扩。显然，如果测绘地形图中的地形数据不足，则风电场外围地形图失真，不符合实际情况，如图3所示，结果的准确性将受到影响，因此使用完整计算区域的地形数据能够提高获取地形文件的准确性。
[0027]2.2)利用预设的SRTM数据库对测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域；获取外扩区域的SRTM影像文件，SRTM影像文件为栅格形式的影像文件。本实施例中进行外扩前的测绘地形图如图3所示，预设的SRTM数据库中数据分辨率为90米，利用预设的SRTM数据库对测绘地形图进行外扩后得到的测绘地形图如图4所示。
[0028]2.3)将SRTM影像文件进行矢量化处理，并提取出矢量格式的等高线作为提取得到的补充地形图。
[0029]2.4)判断补充地形图所使用的地理坐标系和测绘地形图所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将补充地形图所使用的地理坐标系投影转换为测绘地形图所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤2.5);如果一致，则直接跳转执行步骤2.5)。
[0030]本实施例中，补充地形图所使用的地理坐标系为WGS 1984地理坐标系，测绘地形图所使用的地理坐标系一般为北京54或西安80投影坐标系，因此两者不一致，需要进行坐标系转换。本实施例中具体是利用ESRI公司开发的ArcGIS Desktop桌面组件ArcMap和ArcToolbox采用高斯投影法实现地图投影功能，将补充地形图所使用的WGS 1984地理坐标系投影转换为测绘地形图所使用的北京54或西安80投影坐标系。
[0031]2.5)将测绘地形图的等高线图层、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件。
[0032]本实施例中，步骤2.5)的详细步骤如下:将测绘地形图、补充地形图合并，然后将合并的数据进行拓扑检查和属性检查，判断测绘地形图、补充地形图的数据源相交的区域部分是否存在凸起或者凹陷的边界，如果存在凸起或者凹陷的边界则修正凸起或者凹陷的边界；最终得到检查和修正后的完整计算区域的地形文件。将测绘地形图、补充地形图合并时，特别是两数据源相交的区域部分，可能存在数据突变、数据交叉情况，应检查是否存在突兀的凸起或者凹陷的边界并进行修复,本实施例通过上述检查以及修复措施,能够确保测绘地形图、补充地形图合并得到地形文件的准确性。
[0033]3)利用预设的全球遥感图像库获取完整计算区域的遥感图像，根据遥感图像获取完整计算区域的地貌文件。
[0034]地貌文件的处理过程包括对遥感影像进行解译，判读，识别地物类型，勾绘地表粗糙度轮廓，标记粗糙度属性。本实施例中，结合GIS的地表粗糙度的获取方法，将直接利用Google Earth上的全球遥感图像库作为预设的全球遥感图像库，无需下载影像，保留了丰富的地表信息，可广泛应用于无法直接获得数字化地形图的区域。
[0035]如图5所示，步骤3)的详细步骤如下:
3.1)根据完整计算区域建立粗糙度勾绘边界文件。
[0036]3.2)判断粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系和预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系投影转换为预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤3.3);如果一致，则直接跳转执行步骤3.3)。Google Earth上的全球遥感图像库所使用的地理坐标系为WGS 1984地理坐标系，粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系一般为北京54或西安80投影坐标系，因此两者不一致，需要进行坐标系转换。本实施例中具体是利用ESRI公司开发的ArcGIS Desktop桌面组件ArcMap和ArcToolbox采用高斯投影法实现地图投影功能，将粗糙度勾绘边界文件所使用的北京54或西安80投影坐标系投影转换为Google Earth上的全球遥感图像库所使用的WGS 1984地理坐标系。
[0037]3.3)利用预设的全球遥感图像库的遥感图像加载粗糙度勾绘边界文件，在全球遥感图像中根据解译标志对影像进行解译(根据形状、大小、阴影、色调、颜色、纹理、图案、位置和布局等标志直接在图像上识别地物的性质、类型和状况)，在图像上识别地物的性质、类型和状况，并对地物类型进行分类，勾绘各个地物类型之间的界线(如植被、耕地、草地、居民地、水域等)，不同地物类型具有不同的粗糙度属性值，且勾绘原则是以连续的、比重最大的地类粗糙度值作为背景值，仅需勾绘出非连续的、数量较少的地物类别，最终勾绘完成得到粗糙度文件(如图6所示)。
[0038]3.4)对粗糙度文件中勾绘的不同地物类分别赋予对应的地表粗糙度属性值。WT软件的森林冠层模型中，冠层高度通过当地的地表粗糙度表示，两者之间关系表示为:森林冠层高度(米)=20*zo，其中，Z0是表面网格中给出的粗糙度值。不同地物类分别赋予对应的地表粗糙度属性值一般可结合实地野外调查资料获得；但是，如果没有进行现场踏勘，则可以根据可研报告、微观选址报告和Google Earth照片库中的风场现场图片来判断冠层的密集程度和高矮分布，从而为不同地物类分别赋予对应的地表粗糙度属性值。
[0039]3.5)获取赋予地表粗糙度属性的粗糙度文件并进行格式转换及投影转换得到完整计算区域的地貌文件。
[0040]4)将完整计算区域的地形文件、地貌文件在空间位置上完全匹配，然后进行完全叠加得到完整计算区域的地形地貌文件。本实施例中，具体是在Global Mapper软件中对地形文件和地貌文件进行合并，即生成了微观选址复核的风电场风资源评估所需的地形地貌输入文件。
[0041]综上所述，本实施例有效结合了 GIS对空间数据的处理能力和遥感对地表信息的获取和及时更新优势，提出了一种高效获取地形地貌文件的方法，该方法有效利用预设的SRTM数据库对原始地形数据进行增补，有效地提高了地形数据获取效率及模型模拟精度；参照预设的全球遥感图像库确定地表粗糙度，通过GIS软件的投影转换和数据格式转换功能，将在线的高分辨率遥感影像作为背景，与原始等高线地形图坐标系一致，地表地貌识别更加准确，从而保证地表粗糙度地理位置和属性的准确性，相对传统方法在空间位置准确性和地表地貌刻画精度方面有较大提高。
[0042]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其特征在于实施步骤如下: . 1)收集待评估风电场及其指定扩展区域的测绘地形图； . 2)判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据所述测绘地形图生成完整计算区域的地形文件；如果不能满足计算要求，则利用预设的3奶1数据库对所述测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域，生成外扩区域的补充地形图，将所述测绘地形图、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件； . 3)利用预设的全球遥感图像库获取所述完整计算区域的遥感图像，根据所述遥感图像获取完整计算区域的地貌文件； .4)将所述完整计算区域的地形文件、地貌文件在空间位置上完全匹配，然后进行完全叠加得到完整计算区域的地形地貌文件。
2.根据权利要求1所述的用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其特征在于，所述步骤1)收集的测绘地形图中所述待评估风电场及其扩展区域的比例尺不小于1:10000，所述待评估风电场及其扩展区域的扩展区域是指在风电场区域的基础上向四周扩展距离为10匕的扩展区域。
3.根据权利要求1所述的用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其特征在于，所述步骤2)的详细步骤如下: 2.1)提取测绘地形图的等高线图层；判断所述测绘地形图能否满足风资源评估软件的风资源计算要求，如果能满足计算要求，则将风电场及其指定扩展区域作为完整计算区域，根据所述等高线图层生成完整计算区域的地形文件，跳转执行步骤3)；如果不能满足计算要求，则跳转执行步骤2.2)； . 2.2)利用预设的部11数据库对所述测绘地形图进行外扩，将风电场及其指定扩展区域及外扩区域作为完整计算区域；获取所述外扩区域的3奶1影像文件，所述3奶1影像文件为栅格形式的影像文件； .2.3)将所述3虹1影像文件进行矢量化处理，并提取出矢量格式的等高线作为提取得到的补充地形图； . 2.4)判断所述补充地形图所使用的地理坐标系和测绘地形图所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将所述补充地形图所使用的地理坐标系投影转换为测绘地形图所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤2.5)；如果一致，则直接跳转执行步骤2.5)； .2.5)将所述测绘地形图的等高线图层、补充地形图合并生成完整计算区域的地形文件。
4.根据权利要求3所述的用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其特征在于，所述步骤2.5)的详细步骤如下:将所述测绘地形图、补充地形图合并，然后将合并的数据进行拓扑检查和属性检查，判断测绘地形图、补充地形图的数据源相交的区域部分是否存在凸起或者凹陷的边界，如果存在凸起或者凹陷的边界则修正凸起或者凹陷的边界；最终得到检查和修正后的完整计算区域的地形文件。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于风电场风资源评估的地形地貌文件获取方法，其特征在于，所述步骤3)的详细步骤如下: . 3.1)根据所述完整计算区域建立粗糙度勾绘边界文件； .3.2)判断所述粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系和预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系是否一致，如果不一致，则将所述粗糙度勾绘边界文件所使用的地理坐标系投影转换为预设的全球遥感图像库所使用的地理坐标系，然后跳转执行步骤3.3)；如果一致，则直接跳转执行步骤3.3)； .3.3)利用预设的全球遥感图像库的遥感图像加载所述粗糙度勾绘边界文件，在所述全球遥感图像中根据解译标志对影像进行解译，在图像上识别地物的性质、类型和状况，并对地物类型进行分类，勾绘各个地物类型之间的界线，不同地物类型具有不同的粗糙度属性值，且勾绘原则是以连续的、比重最大的地类粗糙度值作为背景值，仅需勾绘出非连续的、数量较少的地物类别，最终勾绘完成得到粗糙度文件； .3.4)对所述粗糙度文件中勾绘的不同地物类分别赋予对应的地表粗糙度属性值； .3.5)获取赋予地表粗糙度属性的粗糙度文件并进行格式转换及投影转换得到完整计算区域的地貌文件。
【文档编号】G06T11/40GK104361616SQ201410615194
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】刘超, 王靛, 盛科, 赵萍, 杨佳元, 卢陈皓, 文雯, 吴俣墨, 李慧新 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司