复杂地形风电场道路优化设计方法、装置、设备及介质与流程

[0001]
本发明涉及风电场道微观选址技术领域，特别是涉及一种复杂地形风电场道路优化设计方法、装置、设备及介质。


背景技术：

[0002]
由于风力发电机组排布分散，场内检修道路一般较长，而风电场的重要组成包括风电场道路设计的线路布局、路基和路面的设计以及长期或临时征地等计划，恰当的道路设计对整个风电场的投资、管理和运行维护起到十分关键的作用。
[0003]
风电场道路规划需要结合场址地形和周围环境进行方便实用的规划设计，尽量避开林耕地的占用和大面积的挖填。优化道路设计方案，需要根据风机设备的运输要求和吊装机械型式，尽可能利用原有道路，减少路径长度，按照永久性和临时相结合的措施，控制道路等级和标准。设计时根据所在区域的详细状况给出具体的实施方案，例如南方经常下雨，那么就需要做好挡土墙、护坡等相关措施。
[0004]
但是，现阶段国内外对复杂地形风电场，特别是山地道路优化的研讨非常有限，当然这主要也是因为优化时有很多不定因素没有固定标准。设计院和风电厂家普遍按照人工经验进行道路设计工作，选线因人而异，一般50mw风场检修道路详细设计需要2～3个月，很难做到道路投资的优化。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复杂地形风电场道路优化设计方法、装置、设备及介质，可以减轻场内道路设计过程中的工作量，节省人力物力，同时降低工程造价，具有工程实用价值。其具体方案如下：
[0006]
一种复杂地形风电场道路优化设计方法，包括：
[0007]
将风电场场址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；
[0008]
使用dijkstra算法在获取的所述网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；
[0009]
将计算出的所述最短路径、所述道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的所述网格图中，得到最终网格图；
[0010]
根据所述最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。
[0011]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，将风电场场址区域网格化，具体包括：
[0012]
生成等高线地形图；
[0013]
在所述等高线地形图中，标注出风电场场址的边界和敏感区；
[0014]
将所述等高线地形图对应的风电场场址区域进行网格化，生成矩形网格，连接所
述矩形网格中每个矩形单元的对角线，并标注出坡度大于限定值的区域。
[0015]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，使用dijkstra算法在获取的所述网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本，具体包括：
[0016]
依据风电场场内道路坡度的设计要求，使用dijkstra算法在获取的所述网格图中设计每两台风力发电机组机位之间的连接道路；
[0017]
找出设计的所述连接道路中的最短路径，计算所述最短路径对应的道路成本，并记录对应的机组编号。
[0018]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，所述最小生成树的目标函数为道路结构层材料总造价和道路土石方工程量总造价之和的最小值。
[0019]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，采用第一公式计算所述道路结构层材料总造价；所述第一公式为：
[0020]
m
c
＝h*l*w*m
p
[0021]
其中，m
c
为所述道路结构层材料总造价，h为结构层厚度，l为道路长度，w为道路宽度，m
p
为结构层材料单位造价。
[0022]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，采用第二公式计算所述道路土石方工程量总造价；所述第二公式为：
[0023][0024]
其中，e
c
为土石方工程量总造价，v
c
为挖方量，v
f
为填方量，c
p
为挖方单位造价，f
p
为填方单位造价。
[0025]
本发明实施例还提供了一种复杂地形风电场道路优化设计装置，包括：
[0026]
网格图获取模块，用于将风电场场址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；
[0027]
信息计算模块，用于使用dijkstra算法在获取的所述网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；
[0028]
信息记录模块，用于将计算出的所述最短路径、所述道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的所述网格图中，得到最终网格图；
[0029]
最优连线计算模块，用于根据所述最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。
[0030]
优选地，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计装置中，所述网格图获取模块，具体包括：
[0031]
地形图生成单元，用于生成等高线地形图，在所述等高线地形图中，标注出风电场场址的边界和敏感区；
[0032]
网格生成单元，用于将所述等高线地形图对应的风电场场址区域进行网格化，生成矩形网格，连接所述矩形网格中每个矩形单元的对角线，并标注出坡度大于限定值的区域；
[0033]
网格图获取单元，用于剔除位于场址范围外的区域，坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图。
[0034]
本发明实施例还提供了一种复杂地形风电场道路优化设计设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法。
[0035]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法。
[0036]
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种复杂地形风电场道路优化设计方法，包括：将风电场场址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；使用dijkstra算法在获取的网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；将计算出的最短路径、道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的网格图中，得到最终网格图；根据最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。
[0037]
本发明将风电场场址区域网格化，自动设计每两台风力发电机组机位之间的道路，进行全局优化后获得风电场场内道路的最优选线，这样能够减轻场内道路设计过程中的工作量，节省人力物力，同时降低工程造价，为业主节约工程投资，并且在短时间内就可以得到风电场全局最优道路方案，在此基础上道路设计工程师们可进行后期的修改和细节设计，该道路优化设计方法具有工程实用价值。此外，本发明还针对复杂地形风电场道路优化设计方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明实施例提供的复杂地形风电场道路优化设计方法的流程图；
[0040]
图2为本发明实施例提供的风电场地形的示意图；
[0041]
图3为本发明实施例提供的标出敏感区域的风电场地形图；
[0042]
图4为本发明实施例提供的最终网格图；
[0043]
图5为本发明实施例提供的风电场道路布置图；
[0044]
图6为本发明实施例提供的复杂地形风电场道路优化设计装置的结构示意图。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
本发明提供一种复杂地形风电场道路优化设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0047]
s101、将风电场场址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；
[0048]
在实际应用中，在获取数据的区域形成网格，将风电场道路限定在网格内，结合网络规划确定道路成本，剔除位于场址范围外的边，坡度大于限定值的边和敏感区的边；
[0049]
s102、使用dijkstra算法在获取的网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；
[0050]
s103、将计算出的最短路径、道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的网格图中，得到最终网格图；
[0051]
具体地，使用dijkstra算法获得两台风力发电机组机位之间通过网络的成本最小路径，并储存由此获得的最小路径、道路成本及机组编号，接下来重复执行步骤s102，生成所有机组机位之间相连的最小路径、道路成本及机组编号，并存储记录至网格图中，直到获得风电场所有机组每两台之间的信息，即获得标注有风电场任意两台风力发电机组机位之间的最小路径、道路成本及对应的机组编号的最终网格图；
[0052]
s104、根据最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树(即进行全局优化选线)，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。
[0053]
在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，将风电场场址区域网格化，自动设计每两台风力发电机组机位之间的道路，进行全局优化后获得风电场场内道路的最优选线，这样能够减轻场内道路设计过程中的工作量，节省人力物力，同时降低工程造价，为业主节约工程投资，并且在短时间内就可以得到风电场全局最优道路方案，在此基础上道路设计工程师们可进行后期的修改和细节设计，该道路优化设计方法具有工程实用价值。
[0054]
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，步骤s101将风电场场址区域网格化，具体可以包括：首先，生成等高线地形图；在等高线地形图中，标注出风电场场址的边界和敏感区；然后，将等高线地形图对应的风电场场址区域进行网格化，生成矩形网格，连接矩形网格中每个矩形单元的对角线，并标注出坡度大于限定值的区域。
[0055]
需要说明的是，图2示出了某一风电场地形图；在本发明中要对风电场地形图数据进行预处理，如图3所示，在生成的等高线地形图中，用不同颜色表示来区分高程，用多边形代表风电场边界，并(如圆形)标记出敏感区；如图4所示，生成矩形网格，其中矩形单元对角线也作为待选边，标记出纵向坡度大于允许坡度的区域；剔除位于场址范围外的区域，坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图。
[0056]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，步骤s102使用dijkstra算法在获取的网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本，具体可以包括：依据风电场场内道路坡度的设计要求，使用dijkstra算法在获取的网格图中设计每两台风力发电机组机位之间的连接道路；找出设计的连接道路中的最短路径，计算该最短路径对应的道路成本，并记录对应的机组编号和道
路编号。
[0057]
需要说明的是，道路成本由两个方面组成：一是道路结构层材料造价；二是道路土石方工程量造价。
[0058]
如图5所示，采用最小树生成算法，计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，得到风电场场内道路的最优连接线路。具体地，在具体实施时，最小生成树的目标函数可以为道路结构层材料总造价和道路土石方工程量总造价之和的最小值。也就是说，场内道路优化是基于场内道路最小成本为目标的优化，以场内道路最小成本为目标函数：
[0059]
opt＝min(m
c
+e
c
)
[0060]
其中，m
c
为道路结构层材料总造价，e
c
为土石方工程量总造价。
[0061]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，采用第一公式计算道路结构层材料总造价；第一公式为：
[0062]
m
c
＝h*l*w*m
p
[0063]
其中，m
c
为道路结构层材料总造价，h为结构层厚度，l为道路长度，w为道路宽度，m
p
为结构层材料单位造价。
[0064]
可以理解的是，根据上述公式，道路结构层材料造价分解为道路结构层体积乘以材料单位造价。规范没有给出路面厚度的计算公式，一般按照交通部现行的路面设计规范并结合类似条件的厂矿道路设计，由设计人员按照当地经验设置。
[0065]
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计方法中，采用第二公式计算道路土石方工程量总造价；第二公式为：
[0066][0067]
其中，e
c
为土石方工程量总造价，v
c
为挖方量，v
f
为填方量，c
p
为挖方单位造价，f
p
为填方单位造价。
[0068]
可以理解的是，根据上述公式，道路土石方工程量造价分解为土石方体积乘以土石方单位成本。
[0069]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种复杂地形风电场道路优化设计装置，由于该装置解决问题的原理与前述一种复杂地形风电场道路优化设计方法相似，因此该装置的实施可以参见复杂地形风电场道路优化设计方法的实施，重复之处不再赘述。
[0070]
在具体实施时，本发明实施例提供的复杂地形风电场道路优化设计装置，如图6所示，具体包括：
[0071]
网格图获取模块11，用于将风电场场址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；
[0072]
信息计算模块12，用于使用dijkstra算法在获取的网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；
[0073]
信息记录模块13，用于将计算出的最短路径、道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的网格图中，得到最终网格图；
[0074]
最优连线计算模块14，用于根据最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。
[0075]
在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计装置中，可以通过上述四个模块的相互作用，将风电场场址区域网格化，自动设计每两台风力发电机组机位之间的道路，进行全局优化后在短时间内获得风电场场内道路的最优选线，减轻了场内道路设计过程中的工作量，节省了人力物力，同时降低了工程造价，为业主节约工程投资，并且道路设计工程师们可对最优选线进行后期的修改和细节设计。
[0076]
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述复杂地形风电场道路优化设计装置中，网格图获取模块11，具体可以包括：
[0077]
地形图生成单元，用于生成等高线地形图，在等高线地形图中，标注出风电场场址的边界和敏感区；
[0078]
网格生成单元，用于将等高线地形图对应的风电场场址区域进行网格化，生成矩形网格，连接矩形网格中每个矩形单元的对角线，并标注出坡度大于限定值的区域；
[0079]
网格图获取单元，用于剔除位于场址范围外的区域，坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图。
[0080]
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
[0081]
相应的，本发明实施例还公开了一种复杂地形风电场道路优化设计设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现前述实施例公开的复杂地形风电场道路优化设计方法。
[0082]
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
[0083]
进一步地，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现前述公开的复杂地形风电场道路优化设计方法。
[0084]
关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
[0085]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0086]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0087]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0088]
本发明实施例提供的一种复杂地形风电场道路优化设计方法，包括：将风电场场
址区域网格化，剔除位于场址范围外的区域、坡度大于限定值的区域和敏感区的区域，获取网格图；使用dijkstra算法在获取的网格图中计算每两台风力发电机组机位之间连接的最短路径和对应的道路成本；将计算出的最短路径、道路成本及对应的机组编号储存记录至获取的网格图中，得到最终网格图；根据最终网格图中记录的信息，采用最小生成树算法计算出所有风力发电机组机位的最小生成树，获得风电场场内道路成本最低的最优连接线路。这样能够减轻场内道路设计过程中的工作量，节省人力物力，同时降低工程造价，为业主节约工程投资，并且在短时间内就可以得到风电场全局最优道路方案，在此基础上道路设计工程师们可进行后期的修改和细节设计，该道路优化设计方法具有工程实用价值。此外，本发明还针对复杂地形风电场道路优化设计方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。
[0089]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0090]
以上对本发明所提供的复杂地形风电场道路优化设计方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。