CN117035143A - 一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法，包括1）获取遥感影像数据：获取选定区域的遥感影像数据；2）遥感影像处理：进行影像的预处理，并识别建筑物屋顶；3）数据分析：应用深度学习技术，根据屋顶不同的属性将屋顶分为已开发屋顶、适宜开发屋顶、不适宜开发屋顶；4）可安装光伏面板计算:首先计算出多边型与每条边与y轴正方向的夹角，然后对这些夹角进行遍历，并令多边型逆时针旋转夹角角度，并对旋转后的多边型写出对应的数学规划形式，并利用pulp包中的求解器进行求解，然后记录当前角度下解出的光伏板排布方案，最后比较每次旋转后的光伏板排布方案，取最优的选装角度作为最后结果；5）输出适宜安装的规划报告。

Description

一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法

技术领域

本发明属于光伏面板安装领域，具体涉及一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法。

背景技术

为推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展，坚持集中式与分布式并举，加快建设风电和光伏发电基地，构建源网荷储一体化实施路径和多能互补实施路径，积极实施存量“风光水火储一体化”提升，稳妥推进增量“风光储一体化”，支持分布式电源开发建设和就近接入消纳，改善现有工作模式下对全国范围内新能源发电组识别统计困难、盘点低效、潜力分析不够准确的痛点困境。利用遥感技术与人工智能技术相结合，实现全国范围内的新能源发电组的识别、普查、潜力分析与监管服务，助力实现新能源资源的统一监管、优化配置等，为新能源新型电力系统的建立奠定基础。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法，利用高分遥感影像，通过人工智能和大数据分析输出适宜安装屋顶的规划报告和屋顶规划图。

本发明实现其目的的技术方案如下：

一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法，包括：

1)获取遥感影像数据：获取选定区域的遥感影像数据；

2)遥感影像处理：进行影像的预处理，并识别建筑物屋顶；

3)数据分析：应用深度学习技术，根据屋顶不同的属性将屋顶分为已开发屋顶、适宜开发屋顶、不适宜开发屋顶；

4)可安装光伏面板计算:首先计算出多边型与每条边与y轴正方向的夹角，然后对这些夹角进行遍历，并令多边型逆时针旋转夹角角度，并对旋转后的多边型写出对应的数学规划形式，并利用pulp包中的求解器进行求解，然后记录当前角度下解出的光伏板排布方案，最后比较每次旋转后的光伏板排布方案，取最优的选装角度作为最后结果；

5)输出适宜安装的规划报告：根据对整个屋顶光伏信息的收集、解译，处理和汇聚，对建筑物按照分类进行统计，来分析分布式屋顶光伏的可安装的量，并输出最终的屋顶规划图和规划报告。

步骤1)所述获取选定区域的遥感影像数据为获取太阳能资源丰富区域的遥感影像数据。

步骤2)所述进行影像的预处理，包括影像校正处理、降噪处理、薄云处理和阴影处理，然后进行图像裁剪和匀色、图像增强、建筑物屋顶信息提取。

步骤3)所述对提取的屋顶数据进行分类，所述的已开发屋顶为已安装光伏面板的屋顶；所述的适宜开发屋顶为屋顶平整，包括钢筋混凝土、砖瓦型屋顶且非观赏性屋顶或者特殊性建筑物；所述的不适宜开发屋顶为屋顶机构复杂或作为其他用途的屋顶，包括临时房屋、彩钢瓦、铁皮顶。

步骤4)所述对屋顶数据进行计算可安装面板数量包括以下步骤：

5.1计算光伏面板数量记光伏电池板长度为l，宽度为h，建立平面直角坐标系；记待排布多边形区域边界顶点集为V＝{v₁,v₂,Λ,v_n},集合中的点按顺时针顺序排序，其中顶点v_s的坐标为(a_s,b_s)；

5.2第一步：对多边形进行旋转，使得其中某一条边与坐标系的y轴平行；

5.3第二步：记M＝max{a_s}，将区间[0,M]划分为个长度相等的区间，每个区间长度为l/4；下面给出带有决策参数ω_i的0-1规划格式：引入决策变量x_i，这里x_i表示第i个区间是否放置光伏板；

其中排布电池板指将电池板左上角顶点横坐标安排在横坐标为i*l/4的直线上；定义决策参数ω_i，表示选取横坐标为i一列排布时，最多可容纳的电池板数，此时该极大化问题可近似转化为求解如下数学规划：

x_i＝0或1,

约束条件表示不能将光伏板同时放入两个临近的区间中；求解上述规划即可得到该极大化问题的近似解；所述参数ω_i的计算方法：

求直线x＝i*l/4与多边形区域所交的区间的集合，记为U＝{u₁,Λu_k}，其中u_i表示一个区间，记u_i的区间长度为p_i，则计算

5.3第三步：第一步中旋转操作有n种可能性，对这个n种情况根据第二步中的算法进行求解，取结果最优的作为最终的旋转方案；

5.4第四步：计算不同倾斜角情况下光伏板所接收的太阳能量，从中选出能量最大的的倾斜角作为最佳倾斜角，即光伏板安装角度。

步骤5)所述对输出屋顶规划报告包括以下步骤：

6.1将建筑物按照工商业厂房、公共建筑物、农村居民、其他等类型进行分类统计，并分析分布式屋顶光伏的可安装的光伏面板数量；

6.2基于不同的屋顶类型和可安装面板数量，根输出屋顶规划图和规划报告。

本发明的有益效果：

为改善传统新能源资源普查人工依赖度高、效率低、不精准的问题，引入遥感技术与人工智能技术等手段，发挥遥感图像高空间分辨率、高时间分辨率的优势代替人工普查模式，利用人工智能、服务计算、大数据分析等新一代信息技术的科学智能处理能力和多维度可视化能力，实现全国范围内可安装光伏屋顶的快速识别、精准盘点、动态智能管理和可视化，并对潜在资源进行全方位的潜力分析，提供后续新能源新型电力系统的规划依据。

附图说明

图1为发明一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法的流程图。

图2为发明一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法的屋顶规划图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

根据本发明的实施例，提供了一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法，图1是本发明实施例的屋顶可安装光伏面板普查方法的流程图，根据本发明实施例的屋顶可安装光伏面板普查方法的方法具体包括：

步骤101，选取太阳能资源丰富区域的遥感影像数据。

步骤102，进行影像的预处理，包括影像校正处理、降噪处理、薄云处理和阴影处理，然后进行图像裁剪和匀色、图像增强、建筑物屋顶信息提取。

步骤103，应用深度学习技术，根据屋顶不同的属性将屋顶发为已开发屋顶、适宜开发屋顶、不适宜开发屋顶。

在步骤103中，基于提取的屋顶数据进行分类，所述的已开发屋顶为已安装光伏面板的屋顶；所述的适宜开发屋顶为屋顶平整，包括钢筋混凝土、砖瓦型屋顶且非观赏性屋顶或者特殊性建筑物；所述的不适宜开发屋顶为屋顶机构复杂或作为其他用途的屋顶，包括临时房屋、彩钢瓦、铁皮顶。

步骤104，根据屋顶形状计算可安装光伏面板数量及最佳安装角度，首先计算出多边型与每条边与y轴正方向的夹角，然后对这些夹角进行遍历，并令多边型逆时针旋转夹角角度，并对旋转后的多边型写出对应的数学规划形式，并利用pulp包中的求解器进行求解，然后记录当前角度下解出的光伏面板排布方案，最后比较每次旋转后的光伏面板排布方案，取最优的选装角度作为最后结果。

步骤104中，计算光伏面板数量，记光伏电池板长度为l，宽度为h，建立平面直角坐标系；记待排布多边形区域边界顶点集为V＝{v₁,v₂,Λ,v_n},集合中的点按顺时针顺序排序，其中顶点v_s的坐标为(a_s,b_s)。

第一步：对多边形进行旋转，使得其中某一条边与坐标系的y轴平行。

第二步：记M＝max{a_s}，将区间[0,M]划分为个长度相等的区间，每个区间长度为l/4；下面给出带有决策参数ω_i的0-1规划格式：引入决策变量x_i，这里x_i表示第i个区间是否放置光伏板；

其中排布电池板指将电池板左上角顶点横坐标安排在横坐标为i*l/4的直线上；定义决策参数ω_i，表示选取横坐标为i一列排布时，最多可容纳的电池板数，此时该极大化问题可近似转化为求解如下数学规划：

x_i＝0或1,

约束条件表示不能将光伏面板同时放入两个临近的区间中；求解上述规划即可得到该极大化问题的近似解；所述参数ω_i的计算方法：

求直线x＝i*l/4与多边形区域所交的区间的集合，记为U＝{u₁,Λu_k}，其中u_i表示一个区间，记u_i的区间长度为p_i，则计算

第三步：因为第一步中旋转操作有n种可能性，对这个n种情况根据第二步中的算法进行求解，取最优的结果作为最终的旋转方案。

第四步：计算不同倾斜角情况下光伏面板所接收的太阳能量，从中选出能量最大的的倾斜角作为最佳倾斜角，即光伏面板安装角度。

步骤105，根据对整个屋顶光伏信息的收集、解译，处理和汇聚，对建筑物按照分类进行统计，来分析分布式屋顶光伏的可安装的量，并输出最终的屋顶规划图。

在步骤105中，将建筑物按照工商业厂房、公共建筑物、农村居民、其他等类型进行分类统计，并分析分布式屋顶光伏的可安装光伏面板数量。

基于不同的屋顶类型和可安装面板数量，根输出屋顶规划图，如图2所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行进一步的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于遥感数据的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于，包括：

1)获取遥感影像数据：获取选定区域的遥感影像数据；

2)遥感影像处理：进行影像的预处理，并识别建筑物屋顶；

3)数据分析：应用深度学习技术，根据屋顶不同的属性将屋顶分为已开发屋顶、适宜开发屋顶、不适宜开发屋顶；

4)可安装光伏面板计算:首先计算出多边型与每条边与y轴正方向的夹角，然后对这些夹角进行遍历，并令多边型逆时针旋转夹角角度，并对旋转后的多边型写出对应的数学规划形式，并利用pulp包中的求解器进行求解，然后记录当前角度下解出的光伏板排布方案，最后比较每次旋转后的光伏板排布方案，取最优的选装角度作为最后结果；

5)输出适宜安装的规划报告：根据对整个屋顶光伏信息的收集、解译，处理和汇聚，对建筑物按照分类进行统计，来分析分布式屋顶光伏的可安装的量，并输出最终的屋顶规划图和规划报告。

2.根据权利要求1所述的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于：步骤1)所述获取选定区域的遥感影像数据为获取太阳能资源丰富区域的遥感影像数据。

3.根据权利要求1所述的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于：步骤2)所述进行影像的预处理，包括影像校正处理、降噪处理、薄云处理和阴影处理，然后进行图像裁剪和匀色、图像增强、建筑物屋顶信息提取。

4.根据权利要求1所述的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于：步骤3)所述对提取的屋顶数据进行分类，所述的已开发屋顶为已安装光伏面板的屋顶；所述的适宜开发屋顶为屋顶平整，包括钢筋混凝土、砖瓦型屋顶且非观赏性屋顶或者特殊性建筑物；所述的不适宜开发屋顶为屋顶机构复杂或作为其他用途的屋顶，包括临时房屋、彩钢瓦、铁皮顶。

5.根据权利要求1所述的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于：步骤4)所述对屋顶数据进行计算可安装面板数量包括以下步骤：

5.1计算光伏面板数量记光伏电池板长度为l，宽度为h，建立平面直角坐标系；记待排布多边形区域边界顶点集为V＝{v₁,v₂,Λ,v_n},集合中的点按顺时针顺序排序，其中顶点v_s的坐标为(a_s,b_s)；

5.2第一步：对多边形进行旋转，使得其中某一条边与坐标系的y轴平行；

5.3第二步：记M＝max{a_s}，将区间[0,M]划分为个长度相等的区间，每个区间长度为l/4；下面给出带有决策参数ω_i的0-1规划格式：引入决策变量x_i，i＝0,1,Λ,这里x_i表示第i个区间是否放置光伏板；

其中排布电池板指将电池板左上角顶点横坐标安排在横坐标为i*l/4的直线上；定义决策参数ω_i，表示选取横坐标为i一列排布时，最多可容纳的电池板数，此时该极大化问题可近似转化为求解如下数学规划：

x_i＝0或1,i＝1,2,Λ,

约束条件表示不能将光伏板同时放入两个临近的区间中；求解上述规划即可得到该极大化问题的近似解；所述参数ω_i的计算方法：

求直线x＝i*l/4与多边形区域所交的区间的集合，记为U＝{u₁,Λu_k}，其中u_i表示一个区间，记u_i的区间长度为p_i，则计算

5.3第三步：第一步中旋转操作有n种可能性，对这个n种情况根据第二步中的算法进行求解，取结果最优的作为最终的旋转方案；

5.4第四步：计算不同倾斜角情况下光伏板所接收的太阳能量，从中选出能量最大的的倾斜角作为最佳倾斜角，即光伏板安装角度。

6.根据权利要求1所述的屋顶可安装光伏面板的普查方法，其特征在于：步骤5)所述对输出屋顶规划报告包括以下步骤：

6.1将建筑物按照工商业厂房、公共建筑物、农村居民、其他等类型进行分类统计，并分析分布式屋顶光伏的可安装的光伏面板数量；

6.2基于不同的屋顶类型和可安装面板数量，根输出屋顶规划图和规划报告。