CN114021235B - 一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，属于山地风电场风机定位技术领域，包括：设置范围点集L_ap和风机定位点集合L_e；根据z坐标分组排序，得到分组集合L_g；应用椭圆角度切割法，构建距离集合L_d；应用九宫格坐标索引法，求解九宫格坐标集合L_ga；根据分组集合L_g依次取点，根据椭圆角度切割法判断备选风机与已选风机的影响范围是否相交，筛选得到待选风机定位点；根据九宫格坐标索引法，判断布置风机范围内是否有斜坡，筛选风机定位点；根据风机定位点集合L_e布置风机。本发明实现了快速、批量地在高程点、等高线数量繁多且分布不规则的复杂山地风电场中进行自动布机，极大地提高了工作效率。

Description

一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法

技术领域

本发明涉及山地风电场风机定位技术领域，尤其是一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法。

背景技术

山地风电场风机布置设计中，包括如下布置原则：

1、从海拔高处向海拔低依次处布置风机；

2、风机的影响范围为椭圆形，风机之间的影响范围不能重叠；

3、安装风机需要考虑区域内是否有斜坡，判断斜坡的范围为圆形。

由于在山地风电场风机布置设计中，地形图内高程点、等高线数量繁多且分布不规则，手动定位工作量大、效率低下。因此，急需一种依托AutoCAD软件能够自动、快速、批量地实现风机定位的方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，实现了快速、批量地在高程点、等高线数量繁多且分布不规则的复杂山地风电场中进行风机自动布置，极大地提高了工作效率，为实际工程的设计提供了强有力的支持。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，包括以下步骤：

S1、关闭AutoCAD图纸中的非等高线以及非高程点图层，只保留等高线和高程点图层；将布置范围内等高线与高程点中所有的点放入范围点集L_ap中，并设置风机定位点集合L_e；

S2、对范围点集L_ap中的点进行处理，并根据z坐标分组排序，得到分组集合L_g；

S3、应用椭圆角度切割法，构建距离集合L_d；

S4、应用九宫格坐标索引法，求解以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内所有点的索引值集合，并求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S5、根据S2中分组集合L_g排列顺序依次取点，根据S3中椭圆角度切割法判断备选风机定位点与已选风机定位点的影响范围是否相交，筛选得到待选风机定位点；

S6、根据S4中九宫格坐标索引法，判断S5中的待选风机定位点布置风机范围内是否有斜坡，筛选风机定位点；

S7、将S6中风机定位点放入风机定位点集合L_e中，根据风机定位点集合L_e布置风机。

本发明技术方案的进一步改进在于：S2中，z坐标分组排序具体包括以下步骤：

S2.3.1根据z坐标对L_ap中的点进行分组，将z坐标相同的点分为一组，放入分组子集L_gi中；

S2.3.2根据z坐标对分组集合L_g中c个分组子集L_gi进行降序排列；

S2.3.3根据x坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列；

S2.3.4将S2.3.3排列后的分组子集L_gp根据y坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列。

本发明技术方案的进一步改进在于：S3中，所述椭圆角度切割法具体包括以下步骤：

S3.1设定长轴半径为a，短轴半径为b，旋转角度为α的椭圆；

S3.2以0.1°为步长将椭圆的0°到90°分为901份，计算每个角度椭圆上的点到圆心的距离，并放入距离集合L_d中。

本发明技术方案的进一步改进在于：S4中，所述九宫格坐标索引法具体包括以下步骤：

S4.1将L_ap中所有点在x轴方向和y方向进行索引值分组；

S4.2将L_ap中所有的点按照索引值[i_x，i_y]分组为索引集合L_xy；

S4.3设定风机半径为r_s，计算在以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内点的索引值集合，包括x轴索引值集合为I_xs和y轴索引值集合I_ys；

S4.4构建九宫格坐标集合L_ga。

本发明技术方案的进一步改进在于：S4.1中，L_ap中点p(x_p，y_p)索引值的公式如下所示：

i_x＝(int)((x_p-x_min)/s)

i_y＝(int)((y_p-y_min)/s)

其中，s为步长，i_x为p点在x轴方向的索引值，i_y为p点在y轴方向的索引值，x_min为分组集合L_ap中x的最小坐标，y_min为分组集合L_ap中y的最小坐标。

本发明技术方案的进一步改进在于：S5中具体包括以下步骤：

S5.1设定计数变量i＝1，取分组子集L_gi，设定计数变量j＝1，设定计数变量k＝1；

S5.2取备选风机定位点p_ij＝L_gi[j]，取已选风机定位点p_e＝L_e[k]，计算备选风机定位点p_ij与已选风机定位点p_e的距离d；

S5.3判断距离d，如果d>2b，则继续判断，否则舍弃，j＝j+1，k＝1，返回S5.2；

S5.4构建距离向量V₁，计算向量V₀与V₁的夹角β；

S5.5将β值转换为0～90°内的数值；

S5.6取转换后的β值对应的距离集合L_d中的距离d_β，进行判断。

本发明技术方案的进一步改进在于：S6中具体包括以下步骤：

S6.1设定斜坡计算落差为h_s；

S6.2根据S4中九宫格坐标索引法，求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S6.3判断九宫格坐标集合L_ga中是否存在两点高度大于落差h_s的斜坡。

本发明技术方案的进一步改进在于：S6.3中具体包括以下步骤：

S6.3.1设定计数变量g＝1；

S6.3.2取点p_gag＝L_ga[g]；

S6.3.3如果z_pgag≠z_pij并且|z_pgag-z_pij|≤h_s，则将点p_gag的z坐标z_pgag放入高度集合L_z中，其中，z_pij是点p_ij的z坐标；

S6.3.4取高度集合L_z中的最大值z_max与最小值z_min，计算过程如下：

z_min＝min(z_min，z_pgag)

z_max＝max(z_max，z_pgag)

其中，z_pgag是p_gag的z坐标；

S6.3.5如果z_max-z_min>h_s，则待选风机定位点布置风机范围内有斜坡，舍弃此待选风机定位点p_ij；

S6.3.6如果g≤C_ga，则g＝g+1，跳至S6.3.2；

S6.3.7待选风机定位点布置风机范围内无斜坡，此待选风机定位点p_ij成为风机定位点p_ij。

本发明技术方案的进一步改进在于：AutoCAD通过使用Visual Studio 2020新建基于C#编程语言的.net framework3.5版本的类库，在类库中引入AutoCAD 2010安装目录下的acdbmgd.dll以及acmgd.dll两个文件，使用所述类库提供的AutoCAD.NET的api接口，进行二次开发。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明通过应用z坐标分组排序，自动提取场址区域内山梁高度及走势，优按照自定义布置参数进行自动布机，符合实际的工程设计。

2、本发明通过应用椭圆角度切割法，完成海量坐标点下两椭圆关系的快速判定，简化了椭圆角度切割法判断备选风机定位点与已选风机定位点的影响范围是否相交的判断过程，提升了风机定位方法的速度。

3、本发明通过应用九宫格坐标索引法，完成海量坐标点下点与圆位置关系的快速判断，可以快速选定圆所在九宫格内所有的点，并进行是否有斜坡的判断，简化了风机定位方法的过程。

4、通过本发明的方法，实现了快速、批量地在高程点、等高线数量繁多且分布不规则的复杂山地风电场中进行自动布机，极大地提高了工作效率，为实际工程的设计提供了强有力的支持。

附图说明

图1是本发明风机定位方法流程图；

图2是本发明中布置范围示意图；

图3是本发明中按照索引值组后呈现网格状示意图；

图4是本发明中九宫格坐标集合L_ga示意图；

图5是本发明中风机的影响范围示意图；

图6是本发明中已选风机定位点与备选风机定位点位置示意图；

图7是本发明中根据L_e布置风机示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，AutoCAD使用Visual Studio 2020新建基于C#编程语言的.net framework3.5版本的类库，在类库中引入AutoCAD 2010安装目录下的acdbmgd.dll以及acmgd.dll两个文件，使用以上两个类库提供的AutoCAD.NET的api接口，对AutoCAD进行二次开发。

利用C#编程语言，通过AutoCAD.NET提供的api接口，获取AutoCAD图纸中的相关信息，如代表等高线的多段线的所有连接点三维坐标，代表高程点的块的三维坐标，并利用api接口中的向量进行向量的旋转、求夹角等方法，计算出风机布置位置，最终完成风机的定位。

如图1所示，一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，具体包括以下步骤：

S1、关闭AutoCAD图纸中的非等高线以及非高程点图层，只保留等高线和高程点图层；将布置范围内等高线与高程点中所有的点放入范围点集L_ap中，并设置风机定位点集合L_e，具体包括以下步骤：

S1.1关闭AutoCAD图纸中的非等高线以及非高程点图层，只保留等高线和高程点图层；

S1.2等高线的表现形式为多线段，高程点的表现形式为块，选择布置范围，闭合多段线P，查找图纸中所有的多线段、块，并将查找到的多线段和块的所有点放入范围点集L_ap中，点的表现形式为(x，y，z)；

如图2所示，图形为河北宣化某山地的布置范围。

S1.3设置风机定位点集合L_e，大小为f_n。

S2、对范围点集L_ap中的点进行处理，并根据z坐标分组排序，得到分组集合L_g；

S2.1对L_ap内的点进行去重，排除L_ap中的重复点；

S2.2对L_ap内的点进行过滤，排除L_ap中不在闭合多段线P中的点；

S2.3对L_ap内的点进行z坐标分组排序，得到分组集合L_g，具体包括以下步骤：

S2.3.1根据z坐标对L_ap中的点进行分组，将z坐标相同的点分为一组，放入分组子集L_gi中，c个分组子集L_gi构成分组集合L_g，其中，c为正整数，i为1～c之间的正整数；

S2.3.2根据z坐标对分组集合L_g中c个分组子集L_gi进行降序排列；

S2.3.3分别根据x坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列后，得到集合L_gx，比较判断每个分组子集中的第一个点x坐标，并取x的最小坐标点x_min；

S2.3.4分别根据y坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列后，得到集合L_gy，比较判断每个分组子集中的第一个点y坐标，并取y的最小坐标点y_min。

S3、应用椭圆角度切割法，构建距离集合L_d；

S3.1设定圆心为(0,0,0)，长轴半径为a，短轴半径为b，旋转角度为α的椭圆；

S3.2以0.1°为步长将椭圆的0°到90°分为901份，计算每个角度椭圆上的点到圆心的距离，并放入距离集合L_d中。

S4、应用九宫格坐标索引法，求解以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内所有点的索引值集合，并求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S4.1将L_ap中所有点在x轴方向和y方向进行分别进行索引值分组，设定分组步长为s，则点p(x_p，y_p)的索引值公式如下所示：

i_x＝(int)((x_p-x_min)/s)

i_y＝(int)((y_p-y_min)/s)

其中，i_x为p点在x轴方向的索引值，i_y为p点在y轴方向的索引值。

S4.2将L_ap中所有的点按照索引值[i_x，i_y]分组为索引集合L_xy；

如图所示3，L_ap中所有的点按照索引值[i_x，i_y]分组后呈现网格状，索引集合L_xy的格式为[x，y，L_xyp]，其中x为i_x的值，y为i_y的值，L_xyp是相同[i_x，i_y]下的点的集合；

S4.3设定风机半径为r_s，计算在以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内点的索引值集合，包括x轴索引值集合为I_xs和y轴索引值集合I_ys；

S4.3.1设定x轴索值引集合为I_xs，大小为C_ixs，设定y轴索引值集合为I_ys，大小为C_iys；

S4.3.2将p的索引值[i_x，i_y]中的i_x放入x轴索引值集合I_xs，将i_y放入y轴索引值集合I_ys；

S4.3.3计算以点p为圆心安装风机覆盖的半径为r_s的圆形上最左侧点x轴方向索引i_xmin、最右侧点x轴方向索引i_xmax，并放入x轴索引值集合I_xs，计算最下侧点y轴方向索引i_ymin、最上侧点y轴方向索引i_ymax，并放入y轴索引值集合为I_ys，计算x轴索引值集合I_xs大小C_ixs、y轴索引值集合I_ys大小为C_iys，计算过程如下所示：

i_xmin＝(int)((x_p-r_s-x_min)/s)

i_xmax＝(int)((x_p+r_s-x_min)/s)

i_ymin＝(int)((y_p-r_s-y_min)/s)

i_ymax＝(int)((y_p+r_s-y_min)/s)

C_ixs＝i_xmax-i_xmin

C_iys＝i_ymax-i_ymin

式中，(int)为取整函数。

S4.3.4去除x轴索引集合I_xs、y轴索引集合I_ys的重复项。

S4.4构建九宫格坐标集合L_ga，大小为C_ga；

如图4所示，在步长s与半径r_s的比例为1:1～1:1.5之间并且点p位置合适时，以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内所有点的索引方格为九宫格。

S4.4.1构建九宫格坐标集合L_ga；

S4.4.2.设定初始值，设定计数量m＝1，n＝1；

S4.4.3取y_m＝I_ys[m]；

S4.4.4取x_m＝I_xs[n]；

S4.4.5将L_ap[i_x＝x_m,i_y＝y_m]放入L_ga；

S4.4.6n＝n+1，如果n≤C_ixs，则跳至S4.4.4；

S4.4.7m＝m+1，如果m≤C_iys，则跳至S4.4.3；

S4.4.8得到大小为C_ga的九宫格坐标集合L_ga，如图4所示，九宫格坐标集合L_ga包括所有阴影范围内的点。

S5、根据S2中分组集合L_g排列顺序依次取点，根据S3中椭圆角度切割法判断备选风机定位点与已选风机定位点的影响范围是否相交，筛选得到待选风机定位点；

如图所示5，设定风机的影响范围为以风机为圆心，以a为长轴半径，以b为短轴半径的椭圆，椭圆率ρ＝b÷a；风机的水平间隔为2×a，风机的垂直间隔为2×b，设定风机的旋转角度为α。

单位向量V_t＝[x＝1,y＝0]，单位向量逆时针V_t旋转α得到椭圆参考向量V₀。

风机定位点集合L_e中，选择第一个风机定位点时无需进行风机定位点的影响范围判断。

确保风机定位点的影响范围不相交，具体包括以下步骤：

S5.1设定计数变量i＝1，取分组子集L_gi，设定计数变量j＝1，设定计数变量k＝1；

S5.2取备选风机定位点p_ij＝L_gi[j]，取已选风机定位点p_e＝L_e[k]，计算备选风机定位点p_ij与已选风机定位点p_e的距离d；

S5.3判断距离d，如果d>2b，则继续判断，否则因距离太近舍弃备选风机定位点，重新选取备选风机定位点与已选风机定位点进行比较，j＝j+1，k＝1，返回S5.2；

S5.4构建距离向量V₁，计算向量V₀与V₁的夹角β，并保留1位小数；

如图6所示，V₁为已选风机定位点指向备选风机定位点的向量。

S5.5将β值转换为0～90°内的数值；

根据椭圆分别关于长轴和短轴对称，椭圆圆弧到圆心的距离取1/4圆弧，即0～90°圆弧即可。

S5.5.1若β<0，则β＝β+360；

S5.5.2若β>180，则β＝β-180；

S5.5.3若β>90，则β＝180-β；

S5.6取转换后的β值对应的距离集合L_d中的距离d_β，进行判断，若d>2×d_β，说明影响范围不相交，则备选风机定位点p_ij成为待选风机定位点p_ij，否则因距离太近舍弃备选风机定位点，重新选取备选风机定位点与已选风机定位点进行比较，j＝j+1，k＝1，返回S5.2。

S6、根据S4中九宫格坐标索引法，判断S5中的待选风机定位点p_ij布置风机范围内是否有斜坡，筛选风机定位点；

S6.1设定斜坡计算落差为h_s；

S6.2根据S4中九宫格坐标索引法，求解以待选风机定位点p_ij为圆心安装风机覆盖的圆形范围内所有点的索引值集合，并求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S6.3判断九宫格坐标集合L_ga中是否存在两点高度大于落差h_s的斜坡；

S6.3.1设定计数变量g＝1；

S6.3.2取点p_gag＝L_ga[g]；

S6.3.3如果z_pgag≠z_pij并且|z_pgag-z_pij|≤h_s，则将点p_gag的z坐标z_pgag放入高度集合L_z中，其中，z_pij是点p_ij的z坐标。

S6.3.4取高度集合L_z中的最大值z_max与最小值z_min，计算过程如下：

z_min＝min(z_min，z_pgag)

z_max＝max(z_max，z_pgag)

S6.3.5如果z_max-z_min>h_s，则待选风机定位点布置风机范围内有斜坡，舍弃此待选风机定位点p_ij，并进行S5；

S6.3.6如果g≤C_ga，则g＝g+1，跳至S6.3.2；

S6.3.7待选风机定位点布置风机范围内无斜坡，此待选风机定位点p_ij成为风机定位点p_ij。

S7、将S6中风机定位点p_ij放入风机定位点集合L_e中，根据风机定位点集合L_e布置风机；

S7.1将风机定位点放入风机定位点集合L_e中；

S7.2判断风机数量f是否达到需要布置的风机数量f_n，若f＝f_n，根据L_e布置风机，若f<f_n，风机数量f＝f+1，则进行S5。

如图7所示，河北宣化某山地应用基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，生成风机定位点集合L_e，根据结果布置风机，其中，椭圆圆心为是风机位置，椭圆为风机影响范围。

综上所述，本发明通过应用z坐标分组排序、椭圆角度切割法、九宫格坐标索引法，综合考虑了山地风电场海拔高度、风机间的影响范围、安装范围内高度差的风机布置的主要条件，实现了山地风电场风机定位，自动提取场址区域内山梁高度及走势，优按照自定义布置参数进行自动布机，符合实际的工程设计。

Claims (9)

1.一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、关闭AutoCAD图纸中的非等高线以及非高程点图层，只保留等高线和高程点图层；将布置范围内等高线与高程点中所有的点放入范围点集L_ap中，并设置风机定位点集合L_e；

S2、对范围点集L_ap中的点进行处理，并根据z坐标分组排序，得到分组集合L_g；

S3、应用椭圆角度切割法，构建距离集合L_d；

S4、应用九宫格坐标索引法，求解以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内所有点的索引值集合，并求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S5、根据S2中分组集合L_g排列顺序依次取点，根据S3中椭圆角度切割法判断备选风机定位点与已选风机定位点的影响范围是否相交，筛选得到待选风机定位点；

S6、根据S4中九宫格坐标索引法，判断S5中的待选风机定位点布置风机范围内是否有斜坡，筛选风机定位点；

S7、将S6中风机定位点放入风机定位点集合L_e中，根据风机定位点集合L_e布置风机。

2.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S2中，z坐标分组排序具体包括以下步骤：

S2.3.1根据z坐标对L_ap中的点进行分组，将z坐标相同的点分为一组，放入分组子集L_gi中；

S2.3.2根据z坐标对分组集合L_g中c个分组子集L_gi进行降序排列；

S2.3.3分别根据x坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列；

S2.3.4分别根据y坐标值对分组集合L_g中c个分组子集L_gp进行升序排列。

3.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S3中，所述椭圆角度切割法具体包括以下步骤：

S3.1设定长轴半径为a，短轴半径为b，旋转角度为α的椭圆；

S3.2以0.1°为步长将椭圆的0°到90°分为901份，计算每个角度椭圆上的点到圆心的距离，并放入距离集合L_d中。

4.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S4中，所述九宫格坐标索引法具体包括以下步骤：

S4.1将L_ap中所有点在x轴方向和y方向进行索引值分组；

S4.2将L_ap中所有的点按照索引值[i_x，i_y]分组为索引集合L_xy；

S4.3设定风机半径为r_s，计算在以点p为圆心安装风机覆盖的圆形范围内点的索引值集合，包括x轴索引值集合为I_xs和y轴索引值集合I_ys；

S4.4构建九宫格坐标集合L_ga。

5.根据权利要求4所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S4.1中，L_ap中点p(x_p，y_p)索引值的公式如下所示：

i_x＝(int)((x_p-x_min)/s)

i_y＝(int)((y_p-y_min)/s)

其中，s为步长，i_x为p点在x轴方向的索引值，i_y为p点在y轴方向的索引值，x_min为分组集合L_ap中x的最小坐标，y_min为分组集合L_ap中y的最小坐标。

6.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S5中具体包括以下步骤：

S5.1设定计数变量i＝1，取分组子集L_gi，设定计数变量j＝1，设定计数变量k＝1；

S5.2取备选风机定位点p_ij＝L_gi[j]，取已选风机定位点p_e＝L_e[k]，计算备选风机定位点p_ij与已选风机定位点p_e的距离d；

S5.3判断距离d，如果d>2b，则继续判断，否则舍弃，j＝j+1，k＝1，返回S5.2；

S5.4构建距离向量V₁，计算向量V₀与V₁的夹角β；

S5.5将β值转换为0～90°内的数值；

S5.6取转换后的β值对应的距离集合L_d中的距离d_β，进行判断。

7.根据权利要求1所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S6中具体包括以下步骤：

S6.1设定斜坡计算落差为h_s；

S6.2根据S4中九宫格坐标索引法，求解索引值集合对应的九宫格坐标集合L_ga；

S6.3判断九宫格坐标集合L_ga中是否存在两点高度大于落差h_s的斜坡。

8.根据权利要求7所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：S6.3中具体包括以下步骤：

S6.3.1设定计数变量g＝1；

S6.3.2取点p_gag＝L_ga[g]；

S6.3.3如果z_pgag≠z_pij并且|z_pgag-z_pij|≤h_s，则将点p_gag的z坐标z_pgag放入高度集合L_z中，其中，z_pij是点p_ij的z坐标；

S6.3.4取高度集合L_z中的最大值z_max与最小值z_min，计算过程如下：

z_min＝min(z_min，z_pgag)

z_max＝max(z_max，z_pgag)

其中，z_pgag是p_gag的z坐标；

S6.3.5如果z_max-z_min>h_s，则待选风机定位点布置风机范围内有斜坡，舍弃此待选风机定位点p_ij；

S6.3.6如果g≤C_ga，则g＝g+1，跳至S6.3.2；

S6.3.7待选风机定位点布置风机范围内无斜坡，此待选风机定位点p_ij成为风机定位点p_ij。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种基于AutoCAD的山地风电场风机定位方法，其特征在于：AutoCAD通过使用Visual Studio 2020新建基于C#编程语言的.netframework3.5版本的类库，在类库中引入AutoCAD 2010安装目录下的acdbmgd.dll以及acmgd.dll两个文件，使用所述类库提供的AutoCAD.NET的api接口，进行二次开发。

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