CN110648399A - 基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置 - Google Patents

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潘磊
袁飞
赵斌
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Abstract

本发明实施例提供了一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置。所述方法包括：对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据；根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型。本发明实施例提供的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置有效避免了由于原始数据点的出现造成的手动修改原始数据而带来的效率低下问题，大大提高了实体建模过程的建模效率。

Description

基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置。
背景技术
风电行业蓬勃发展，而微观选址作为风电场建设前期设计当中的重要一环，主要是考察风电场内的风资源是否得到合理的最大利用，从而影响着日后发电的收益成效。作为风机制造商，将使用行业内认可的风资源评估软件进行风电场微观选址的复核工作，包括拟用风电机组的安全性复核、机位排布、发电量测算和经济性比选等。这些工作的前提则是技术人员对拟建风电场的风资源分布情况模拟的是否精准。
大多数风机制造企业都选用Meteodyn WT软件进行风资源评估工作，它基于计算流体力学技术，能够提高在复杂地形和环境下的风资源评估的准确性。而用CFD软件建模计算时，计算域一般为特征尺寸的数倍，以保证结果的精度。通常情况下，风机制造商从业主处获得的风电场实测地形图是不规则的形状，半径大概达到六七公里。作为工程问题，至少也需要将风电场范围向外延伸一倍的距离，从而形成完整且规则的计算区域，以抵消由于入口边界条件的设置带来的误差，因此地形图的半径将会达到十几公里。
进行科学研究时，技术人员会选用Fluent或OpenFOAM等CFD计算软件进行平均风速等关键参数的计算，将结果与WT进行对比，从而对工程应用做出指导，而数值计算的前提则是需要根据高程数据进行地形的实体建模。由于地形图范围很大，提取出的高程数据数量也十分巨大，因此在生成地形曲面时花费的时间较长、占用的计算机资源较大，不利于工作的开展。另外，密集的等高线才能使得生成的地形曲面更加接近真实情况，这样又会增加高程数据的数量。直接利用经等高线转化而来的高程数据点生成地形曲面后经常会出现明显错误的原始数据点，需要手动修改。且将由该曲面生成的地形实体导入到画网格软件中，经常会出现曲面/曲线不闭合的情况，需要再次进行人工修改，这些都增加了技术人员工作量和困难程度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法及装置，能够有效避免了由于原始数据点的出现造成的手动修改原始数据而带来的效率低下问题，大大提高了实体建模过程的建模效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，所述方法包括：对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据；根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型。
在一些实施方式中，所述不规则高程数据包括：SRTM数据。
在一些实施方式中，对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据，包括：以二维平面上沿X轴及Y轴均匀分布的网格点，对所述SRTM数据进行插值，得到规则高程数据。
在一些实施方式中，所述网格点在X轴方向上均匀分布有71个，在Y轴方向上均匀分布有100个。
在一些实施方式中，所述规则高程数据被保存为.dat文件。
在一些实施方式中，根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型，包括：输出所述规则高程数据至三维建模软件；在三维建模软件中，根据所述规则高程数据生成风电场地形的实体三维模型。
在一些实施方式中，所述三维建模软件包括：Auto CAD Civil 3D软件，所述实体三维模型被保存为.stl文件。
在一些实施方式中，还包括：根据所述实体三维模型，通过网格生成软件，得到所述实体三维模型的封闭曲面。
在一些实施方式中，所述网格生成软件包括：ICEM。
此外，本发明还提供了一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
通过对原始高程数据的插值，剔除了原始数据中明显错误数据，有效避免了由于原始数据点的出现造成的手动修改原始数据而带来的效率低下，大大提高了实体建模过程的建模效率。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例提供的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的风电场的等高线图；
图3是本发明实施例提供的插值点的分布图；
图4是本发明实施例提供的地形实体三维模型的立体图；
图5是本发明实施例提供的基于Surfer软件的风电场地形实体建模装置的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法的流程图。参见图1，基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法包括：
S1，对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据。
S2，根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型。
原始采集到的风电场现场的高程数据，采样点通常分布不均匀。例如，在等高线附近位置处的采样点较多，而远离等高线的位置处采样点较少。而且，原始采样得到的高程数据经常包含有明显的错误数据。因此，将原始采样得到的高程数据称为不规则高程数据。
采用这种不规则高程数据进行风电场地形的实体三维建模，会引起运算量大，模型不准确的问题。
采用本发明实施例提供的方法，对原始的不规则高程数据进行插值，由不规则高程数据得到规则高程数据，再由规则高程数据生成实体三维模型，能够有效避免由于出现错误数据而造成大量的手动修改数据的工作量，节省运算量，提高建模运算效率。
以某风电场实测地形为例，将SRTM数据导入到Global Mapper软件中以获得仅覆盖住该风电场范围的5米等高线图，如图2。
用Global Mapper软件输出矢量格式文件，后缀为.xyz的高程文本数据。
将.xyz文件的后缀名改为.txt格式，用Excel打开并保存成只含有经度、纬度和高程的三列数据，得到一共30446个地形高程点数据。
使用Surfer软件中的网格化数据功能打开上述Excel文件，其中的网格化方法可以通过不同的插值方式，把稀疏的、不规则分布的数据插值加密成规则分布的数据以便绘图。通过调整网格化数据功能中的网格线素几何学的X方向和Y方向的行数，可以改变导出的高程数据点的密度，将导出文件的后缀名.dat改为.txt格式。选择X方向为71，Y方向为100，得到7100个地形高程点数据。
打开Auto CAD Civil 3D软件，通过点数据文件创建地形曲面，使用“从曲面提取实体”功能可以实现地形实体的生成。导入后的点数据分布的平面图如图3。为了进行流体计算，需要生成流体计算域，在“在固定高程处”输入2000米，从而生成地形顶部的实体。将该实体保存成.stl文件。
之所以采用Auto CAD Civil 3D软件进行三维建模，主要考虑Auto CADCivil 3D软件在建模方面的优势，能够提高三维模型的准确性。
将.stl文件导入到画网格软件ICEM中得到是一个封闭曲面，使用其中的拓扑功能以优化当前的几何结构。通过Surfer软件优化后的地形高程点数据为规则分布的，因此在ICEM中得到是一个完整的封闭曲面。而直接使用Global Mapper软件输出的地形高程点数据生成地形曲面，将其生成的.stl文件导入到ICEM中经常无法得到一个封闭曲面，需要进行复杂的修补工作。因此使用Surfer软件优化地形高程点数据能够减少生成曲面后出现的明显的错误，减少了修改原始数据的工作。接着通过Part的创建对不同的面进行定义从而方便后续的面网格和体网格的生成，几何模型如图4。
ICEM软件是Ansys Fluent系统的前处理软件。采用ICEM执行风电场地形的实体三维模型的网格生成，能够使得生成的网格方便的应用于后续的数据处理。
图5是本发明实施例提供的基于关键帧的交易流水记录装置的结构图。参见图5，基于关键帧的交易流水记录装置包括：中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
本发明技术方案具有以下有益效果：
1.Surfer软件把稀疏的、不规则分布的地形高程数据点通过插值加密成规则分布的数据，基于该数据生成的地形曲面出现的明显错误较少，减少了修改原始数据的工作。
2.Surfer软件通过调整经度方向和纬度方向的行数能够改变导出高程数据点的密度。使用Auto CAD Civil 3D软件生成地形曲面比较耗时，因此，有效降低地形高程数据点的个数，节省生成地形曲面所用的时间、降低对计算机配置的要求，便于在个人计算机上操作。
3.将使用Surfer软件优化后的数据生成的地形实体文件.stl导入到ICEM后，能形成一个完整的封闭曲面，不需要再进行复杂的修补工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，包括：
对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据；
根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型。
2.根据权利要求1所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，所述不规则高程数据包括：SRTM数据。
3.根据权利要求2所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，对采集得到的不规则高程数据进行插值，得到规则高程数据，包括：
以二维平面上沿X轴及Y轴均匀分布的网格点，对所述SRTM数据进行插值，得到规则高程数据。
4.根据权利要求3所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，所述网格点在X轴方向上均匀分布有71个，在Y轴方向上均匀分布有100个。
5.根据权利要求3所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，所述规则高程数据被保存为.dat文件。
6.根据权利要求1所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，根据所述规则高程数据，生成风电场地形的实体三维模型，包括：
输出所述规则高程数据至三维建模软件；
在三维建模软件中，根据所述规则高程数据生成风电场地形的实体三维模型。
7.根据权利要求6所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，所述三维建模软件包括：Auto CAD Civil 3D软件，所述实体三维模型被保存为.stl文件。
8.根据权利要求1所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，还包括：
根据所述实体三维模型，通过网格生成软件，得到所述实体三维模型的封闭曲面。
9.根据权利要求1所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法，其特征在于，所述网格生成软件包括：ICEM。
10.一种基于Surfer软件的风电场地形实体建模装置，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至9任意一项所述的基于Surfer软件的风电场地形实体建模方法。
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