CN110675494A - 一种风电场风机位置三维可视化优选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于三维地理信息系统技术领域，具体涉及一种风电场风机位置三维可视化优选方法。本发明通过三维建模与单体化、三维可视化调整和二次细部全息获取与多专业精准决策三个步骤，以无人机测绘和三维地理信息技术为支撑，建立风电场三维可视化的优选环境，能够减少地质、风资源、机电、道路等专业设计人员频繁的现场确认工作量和时间成本，缩短了整体工期，规避了安全风险，有效提升了风机位置优选效率和精准度。
Description
技术领域
本发明属于三维地理信息系统技术领域，具体涉及一种风电场风机位置三维可视化优选方法。
背景技术
风电场风机位置优选的传统做法是：利用传统风电场地形图产品做二维设计出风机布置初设方案，协调测绘、地质、风资源、道路、机电、风机供应商、项目建设代表同时到风电场逐个风机确认调整，后期返回计算机评估若不合理，需要重新返回现场确认，有时需要更多的备选方案来反复确认最终风机位置方案。其缺点是：现场协调工作量大，交通复杂地形人员车辆安全风险大，工期长，优选效率低，现场确认使得设计人员无宏观决策感，现场冗余工作量大，时间和经济成本不可观。
发明内容
本发明提供了一种风电场风机位置三维可视化优选方法，目的在于提供一种可减少相关专业设计人员频繁的现场确认工作量和时间成本，缩短整体工期，规避安全风险，提升风机位置优选效率和精准度的风电场风机位置优选方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种风电场风机位置三维可视化优选方法，包括如下步骤：
步骤一：实景三维模型建立与要素单体化
通过无人机摄影，获取影像数据，进行实景风电场三维模型建立与要素单体化；
步骤二：风机初设方案三维可视化调整
步骤三：全息信息挖掘与细部精准决策
在计算机平台中通过空间分析功能和地质条件遥感解译，获取相关信息，在可视化环境下，进行风能指标、场内场外道路和集电线路布置的重新确定，输出终选方案。
所述的步骤一中进行风电场实景三维模型建立与要素单体化的具体过程是：对风电场进行无人机倾斜摄影测量，并在地面布设像控点，利用实景三维建模的技术进行三维建模，并根据风机位置、集电线路和场内道路必须规避的敏感地物要素，将敏感地物要素从实景三维模型中单体化为矢量文件，用于后期三维可视化分析。
所述的敏感地物要素包括：基本农田红线、居民地、电力线、通讯线、独立坟、宗教文物和地质灾害边界线。
所述的布设地面像控点数量不低于测量面积平方公里数1.2倍；所述的对风电场进行无人机倾斜摄影测量时的分辨率大于等于0.05米。
所述的倾斜摄影测量的实景三维模型借助地面像控点或GNSS-PPK技术进行空中三角测量计算；所述的实景三维模型采用的是风电场基础控制测量坐标系统。
所述的步骤一中，要素单体化方法至少包括：自动模式识别、遥感目视解译；单体化采用模式识别提取和数字化采集两种方式进行。
所述的步骤一中所建立的实景三维模型至少包括：三维实景模型、数字高程模型和数字正射影像。
所述步骤二中风机初设方案三维可视化调整，至少包括如下步骤：
步骤201：将步骤一得到的射影像数据中的数字高程模型和数字正射影像数据，基于风电场设计规范得到初设方案；
步骤202：在三维地理信息系统平台下加载步骤一获取的三维可视化实景模型、敏感地物要素单体化数据库、预安装风机同比例3Dmax格式三维模型；
步骤203：计算风机尾流效应参数、计算风资源指标、自动量算机位基础尺寸、设定敏感地物规避准则参数、布设集电线路和场内道路初步方案，可视化三维实景环境下，微调每个风机机位，微调的具体过程为：以风机初设坐标为初始值，计算机在敏感地物规避准则参数和风机尾流效应参数的合理区间内根据坐标变更步距计算风资源指标，其最终准则为整风场总风资源指标满足工程预定设计指标，该过程为迭代计算，直至总风资源指标稳定为止。
所述的步骤三中全息信息挖掘，细部精准决策，至少包括如下步骤：
步骤301：对步骤二的风机修改方案中每个风机做外扩缓冲区，以风机坐标为中心，缓冲半径不小于50米；
步骤302：利用旋翼无人机，在每个缓冲区内进行细部高分辨率全景摄影、倾斜摄影和争议视频录制，摄影地面分辨率大于0.02米；
步骤303：利用步骤302获取的影像制作更加精细三维模型、全景影像和争议视频导入三维地理信息系统，形成实景三维全息智慧决策平台；
步骤304：在步骤303的实景三维全息智慧决策平台上，进行空间量测、缓冲区分析、坡度分析等空间分析功能和地质条件遥感解译，在计算机三维实景模型环境下对初步方案进行空间分析计算并遴选，可视化环境下对修改方案进行精细调整；
步骤305：将调整后方案重新在风能设计系统中确定风能指标、场内场外道路方案和集电线路方案，输出最终智能选址方案。
所述的步骤三中的重新确定风能指标、场内场外道路和集电线路布置，是通过风能设计系统完成。
有益效果：
本发明通过实景三维模型建立与要素单体化、风机初设方案三维可视化调整和全息信息挖掘与细部精准决策三个步骤，以无人机测绘和三维地理信息技术为支撑，建立风电场三维可视化的优选环境，能够减少地质、风资源、机电、道路等专业设计人员频繁的现场确认工作量和时间成本，缩短了整体工期，规避了安全风险，有效提升了风机位置优选效率和精准度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为风机位置三维可视化智能优选流程图。
具体实施方式
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的一部分实施例，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。
实施例一：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，包括如下步骤：
步骤一：实景三维模型建立与要素单体化
通过无人机摄影，获取影像数据，进行实景风电场三维模型建立与要素单体化；
步骤二：风机初设方案三维可视化调整
步骤三：全息信息挖掘与细部精准决策
在计算机平台中通过空间分析功能和地质条件遥感解译，获取相关信息，在可视化环境下，进行风能指标、场内场外道路和集电线路布置的重新确定，输出终选方案。
优选的是所述的步骤一中进行风电场实景三维模型建立与要素单体化的具体过程是：对风电场进行无人机倾斜摄影测量，并在地面布设像控点，利用实景三维建模的技术进行三维建模，并根据风机位置、集电线路和场内道路必须规避的敏感地物要素，将敏感地物要素从实景三维模型中单体化为矢量文件，用于后期三维可视化分析。
优选的是所述的敏感地物要素包括：基本农田红线、居民地、电力线、通讯线、独立坟、宗教文物和地质灾害边界线。
在实际使用时，在工程坐标系统下，进行风电场实景三维模型建立与要素单体化，其具体过程为：对风电场进行无人机倾斜摄影，可使用单镜头多角度航摄或多镜头航摄，并在地面布设像控点，利用现有技术诸如Context Capture Center、PhotoMesh或PhotoScan系统进行实景三维建模,三维模型格式可为OSGB或OBJ格式，并根据风机位置、集电线路和场内道路必须规避的敏感地物，将以下敏感地物要素：基本农田红线、居民地、电力线、通讯线、独立坟、宗教文物、地质灾害边界线从实景三维模型中单体化为矢量文件，其格式为shp、dxf、csv或dwg格式，用于后期三维可视化分析。
步骤二：风机初设方案三维可视化调整
在步骤一完成后，通过现有技术的地理信息行业公知的缓冲区分析、可视域分析、可视化空间分析，在风能设计软件中输入如下敏感参数：计算风机尾流效应参数、计算风资源指标、自动量算机位基础尺寸、设定敏感地物规避准则参数、布设集电线路和场内道路初步方案，基于模式识别与信息挖掘方法获得风机位置可视化调整后修改方案。
步骤三：全息信息挖掘与细部精准决策
在计算机平台中通过下游技术的空间分析功能和地质遥感解译，由风机微观选址相关的测绘、地质、风资源、机电、道路专业在计算机三维实景模型环境下对初步方案进行空间分析计算。在可视化环境下，根据风机安装场精细三维模型、全景影像及争议视频进行可视化展示与空间分析，重新确定风能指标、场内场外道路和集电线路布置，输出终选方案。
本发明通过三维建模与单体化、三维可视化调整和细部全息获取与多专业精准决策三个步骤，以无人机测绘和三维地理信息技术为支撑，建立风电场三维可视化的优选环境，能够减少地质、风资源、机电、道路等专业设计人员频繁的现场确认工作量和时间成本，缩短了整体工期，规避了安全风险，有效提升了风机位置优选效率和精准度。
实施例二：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的布设地面像控点数量不低于测量面积平方公里数1.2倍；所述的对风电场进行无人机倾斜摄影测量时的分辨率大于等于0.05米。
在实际使用时，采用对风电场进行无人机倾斜摄影测量时的分辨率大于等于0.05米的技术方案，使得获取的信息满足要求，并为精准决策提供有效的依据。
实施例三：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的倾斜摄影测量的实景三维模型借助地面像控点或GNSS-PPK技术进行空中三角测量计算；所述的实景三维模型采用的坐标系是风电场基础控制测量坐标系统。
在实际使用时，风电场地形测量精度不低于1：2000的比例尺规范要求，借助地面像控点参与平差计算可有效提升空中三角测量几何精度，借助GNSS-PPK技术可大幅减少地面像控点数量同时空中三角测量几何精度满足规范几何精度要求。
实景三维模型采用的坐标系是风电场基础控制测量坐标系统的技术方案，其目的是将风电场实景模型平台坐标系统确定为平面坐标系，确保了坐标系统的统一，免去后续各类数据在系统不兼容导致的坐标转换工作量。
实施例四：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤一中，要素单体化方法至少包括：自动模式识别、遥感目视解译；单体化采用模式识别提取和数字化采集两种方式进行。
在实际使用时，自动模式识别能够提升敏感地物自动提取效率、遥感目视解译能够提升地物提取精准度。本发明技术方案中精准的单体要素有利于在三维实景平台下进行空间分析获取正确的决策方案。
实施例五：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤一中所建立的实景三维模型至少包括：三维实景模型、数字高程模型和数字正射影像。
在实际使用时，衍生的三维实景模型、数字高程模型和数字正射影像能够满足不同分析环境下地形数据需求，能够根据后期各专业不同的软件需求和应用场景提供多元化的基础地形数据。
实施例六：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述步骤二中风机初设方案三维可视化调整，至少包括如下步骤：
步骤201：将步骤一得到的射影像数据中的数字高程模型和数字正射影像数据，基于风电场设计规范得到初设方案；
步骤202：在三维地理信息系统平台下加载步骤一获取的三维可视化实景模型、敏感地物要素单体化数据库、预安装风机同比例3Dmax格式三维模型；
步骤203：计算风机尾流效应参数、计算风资源指标、自动量算机位基础尺寸、设定敏感地物规避准则参数、布设集电线路和场内道路初步方案，可视化三维实景环境下，微调每个风机机位，微调的具体过程为：以风机初设坐标为初始值，计算机在敏感地物规避准则参数和风机尾流效应参数的合理区间内根据坐标变更步距计算风资源指标，其最终准则为整风场总风资源指标满足工程预定设计指标，该过程为迭代计算，直至总风资源指标稳定为止。
在实际使用时，步骤201中的风能评估软件是现有技术，基于敏感地物要素单体化数据库、三维可视化实景模型、3Dmax格式风机模型的几何拓扑关系为实现风机位可视化精准微调的精准度。
实施例七：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤三中全息信息挖掘，细部精准决策，至少包括如下步骤：
步骤301：对步骤二的风机修改方案中每个风机做外扩缓冲区，以风机坐标为中心，缓冲半径不小于50米；
步骤302：利用旋翼无人机，在每个缓冲区内进行细部高分辨率全景摄影、倾斜摄影和争议视频录制，摄影地面分辨率大于0.02米；
步骤303：利用步骤302获取的影像制作更加精细三维模型、全景影像和争议视频导入三维地理信息系统，形成实景三维全息智慧决策平台；
步骤304：测绘、地质、风资源、机电、道路专业勘测设计人员，在步骤303的实景三维全息智慧决策平台上，进行空间量测、缓冲区分析、坡度分析等空间分析功能和地质条件遥感解译，在计算机三维实景模型环境下对初步方案进行空间分析计算和机位遴选，可视化环境下对修改方案进行精细调整；
步骤305：将调整后方案重新在风能设计系统中确定风能指标、场内场外道路方案和集电线路方案，输出最终智能选址方案。
在实际使用时，全息信息挖掘，细部精准决策可在风机修改方案中每个风机位细部进行详细空间分析，并把精细调整后的方案在风能设计系统中进行最终验证，本发明借助精细三维模型、全息影像和争议视频三种可视化信息，能够精准可靠的获取最终智能选址方案。
实施例八：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：所述的步骤三中的重新确定风能指标、场内场外道路和集电线路布置，是通过风能设计系统完成。
本实施例中的风能设计系统采用的是现有技术公知的系统。在实际使用时，在现有公知风能设计系统中对优选的风机位置方案进行风能指标计算、场内道路和集电线路布置的指标验证，适用于各类风能设计系统和线路设计系统，并确保了风机位置方案满足风资源、道路、集电线路专业的设计要求。本实施例中的风能设计系统采用的现有技术。
实施例九：
根据图1所示的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，与实施例一不同之处在于：
步骤一：实景三维模型建立与要素单体化
在工程坐标系统下，进行风电场实景三维模型建立与要素单体化，基于实景三维模型采用计算机模式识别技术提取道路、居民地、架空线路、宗教文物、独立坟地物作为单体矢量文件，每个地物有唯一ID号，便于后期数据库进行空间分析。
步骤二：风机初设方案三维可视化调整
在步骤一完成后，采用风电场DEM和DOM叠加的三维场景，制定风机初设方案，通过地理信息行业公知的缓冲区分析、可视域分析、可视化空间分析。依据《风力发电场设计规范》GB/T51096-2015，在Civil3D和WindFarmer软件风能设计软件中，计算风机尾流效应、风资源指标、机位基础尺寸自动量算、敏感地物规避准则、集电线路布设和场内道路初步方案布设六个因素，在风电场三维GIS可视化平台中，加载风机同比例风机模型、集电线路BIM模型、场内道路BIM模型、敏感地物矢量模型进行三维直观展示，各相关设计专业人员采用模式识别与信息挖掘方法获得风机位置可视化调整后修改方案。
步骤三：全息信息挖掘与细部精准决策
在计算机平台中通过空间分遴选析功能和地质遥感解译，由风机微观选址相关的测绘、地质、风资源、机电、道路专业在计算机三维实景模型环境下对初步方案进行空间分析计算与遴选。在可视化环境下，根据风机安装场精细三维模型、全景影像及争议视频进行可视化展示与空间分析，重新确定风能指标、场内场外道路和集电线路布置，输出终选方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和工艺属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：实景三维模型建立与要素单体化
通过无人机摄影，获取影像数据，进行实景风电场三维模型建立与要素单体化；
步骤二：风机初设方案三维可视化调整
步骤三：全息信息挖掘与细部精准决策
在计算机平台中通过空间分析功能和地质条件遥感解译，获取相关信息，在可视化环境下，进行风能指标、场内场外道路和集电线路布置的重新确定，输出终选方案。
2.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的步骤一中进行风电场实景三维模型建立与要素单体化的具体过程是：对风电场进行无人机倾斜摄影测量，并在地面布设像控点，利用实景三维建模的技术进行三维建模，并根据风机位置、集电线路和场内道路必须规避的敏感地物要素，将敏感地物要素从实景三维模型中单体化为矢量文件，用于后期三维可视化分析。
3.如权利要求2所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的敏感地物要素包括：基本农田红线、居民地、电力线、通讯线、独立坟、宗教文物和地质灾害边界线。
4.如权利要求2所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的布设地面像控点数量不低于测量面积平方公里数1.2倍；所述的对风电场进行无人机倾斜摄影测量时的分辨率大于等于0.05米。
5.如权利要求2所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的倾斜摄影测量的实景三维模型借助地面像控点或GNSS-PPK技术进行空中三角测量计算；所述的实景三维模型采用的是风电场基础控制测量坐标系统。
6.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的步骤一中，要素单体化方法至少包括：自动模式识别、遥感目视解译；单体化采用模式识别提取和数字化采集两种方式进行。
7.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的步骤一中所建立的实景三维模型至少包括：三维实景模型、数字高程模型和数字正射影像。
8.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述步骤二中风机初设方案三维可视化调整，至少包括如下步骤：
步骤201：将步骤一得到的射影像数据中的数字高程模型和数字正射影像数据，导入风能评估软件，基于风电场设计规范得到初设方案；
步骤202：在三维地理信息系统平台下加载步骤一获取的三维可视化实景模型、敏感地物要素单体化数据库、预安装风机同比例3Dmax格式三维模型；
步骤203：计算风机尾流效应参数、计算风资源指标、自动量算机位基础尺寸、设定敏感地物规避准则参数、布设集电线路和场内道路初步方案，可视化三维实景环境下，微调每个风机机位，微调的具体过程为：以风机初设坐标为初始值，计算机在敏感地物规避准则参数和风机尾流效应参数的合理区间内根据坐标变更步距计算风资源指标，其最终准则为整风场总风资源指标满足工程预定设计指标，该过程为迭代计算，直至总风资源指标稳定为止。
9.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的步骤三中全息信息挖掘，细部精准决策，至少包括如下步骤：
步骤301：对步骤二的风机修改方案中每个风机做外扩缓冲区，以风机坐标为中心，缓冲半径不小于50米；
步骤302：利用旋翼无人机，在每个缓冲区内进行细部高分辨率全景摄影、倾斜摄影和争议视频录制，摄影地面分辨率大于0.02米；
步骤303：利用步骤302获取的影像制作更加精细三维模型、全景影像和争议视频导入三维地理信息系统，形成实景三维全息智慧决策平台；
步骤304：在步骤303的实景三维全息智慧决策平台上，进行空间量测、缓冲区分析、坡度分析等空间分析功能和地质条件遥感解译，在计算机三维实景模型环境下对初步方案进行空间分析计算并遴选，可视化环境下对修改方案进行精细调整；
步骤305：将调整后方案重新在风能设计系统中确定风能指标、场内场外道路方案和集电线路方案，输出最终智能选址方案。
10.如权利要求1所述的一种风电场风机位置三维可视化优选方法，其特征在于：所述的步骤三中的重新确定风能指标、场内场外道路和集电线路布置，是通过风能设计系统完成。
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