CN117575550B - 一种基于bim技术的风电场数据三维可视化管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,涉及数据管理技术领域,包括地形建模单元、风电场标定单元、模型关联单元、风机建模单元、动态更新单元、数据监控单元、可视化大屏单元、传感器评价单元、区块链平台、发电功率预测单元和预警单元,无人机影像采集单元,所述无人机影像采集单元用于通过在无人机搭载摄影相机,从不同角度全方位拍摄风电场区域的地表图像,并且风电场区域的地表图像中还包括像控点和外方位元素,并基于无人机搭载的GPS和IMU获取的无人机在空间中的POS数据,本发明通过数据监控单元实时监测风电场区域的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据,从而管理员可以随时获取这些数据并进行实时管理。
Description
技术领域
本发明涉及数据管理技术领域,具体为一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统。
背景技术
BIM(Building Information Modeling)技术是一种基于数字化建模的综合性建筑信息管理技术,它通过集成建筑项目各个阶段的设计、施工和运营数据,将建筑物转化为数字化的三维模型,并在此基础上进行信息管理和协同工作,Inpho建模软件是一款专业的遥感数据处理和三维建模软件,该软件主要用于处理航空摄影和卫星遥感数据,并生成高精度的数字表面模型(DSM)和数字地面模型(DTM),它可用于地理测绘、城市规划、环境监测等领域;
传统系统通常无法提供实时的数据监测和管理功能,这意味着管理员无法及时获取风电场的最新状态和运行数据,导致决策可能不准确或不及时,并且传统系统往往缺乏地理信息系统(GIS)的支持,无法准确展示风电场的地理位置、布局和周围环境,这使得管理员在查看风电场的整体情况和设备分布时缺乏直观的视觉效果,并且传统系统很难将风机设备的位置和状态与地表模型进行关联,这意味着管理员无法在三维场景中准确查看风机设备的位置和状态,从而影响了对风电场运行情况的全面了解和管理,并且传统系统中的预警功能常常基于简单的规则和阈值,无法灵活地根据实时数据进行预警和提示,这导致管理员可能会错过重要的异常情况或接收到大量误报,影响了对风电场运行问题的及时发现和处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,包括地形建模单元、风电场标定单元、模型关联单元、风机建模单元、动态更新单元、数据监控单元、可视化大屏单元、传感器评价单元、区块链平台、发电功率预测单元和预警单元,还包括;
无人机影像采集单元,所述无人机影像采集单元用于通过在无人机搭载摄影相机,从不同角度全方位拍摄风电场区域的地表图像,并且风电场区域的地表图像中还包括像控点和外方位元素,并基于无人机搭载的GPS和IMU获取的无人机在空间中的POS数据,并基于摄影相机获取摄影相机检校参数,且将拍摄的地表图像传输至图像预处理单元,并将获取的POS数据和摄影相机检校参数传输至数字高程生成单元;
图像预处理单元,所述图像预处理单元对无人机影像采集单元传输的风电场区域的地表图像进行接收,并对风电场区域的地表图像进行图像预处理,图像预处理包括图像预处理图像匀光、畸变处理和旋转操作,且将预处理后的风电场区域的地表图像传输至数字高程生成单元;
数字高程生成单元,所述数字高程生成单元对无人机影像采集单元传输的POS数据和摄影相机检校参数以及图像预处理单元传输的预处理后的风电场区域的地表图像进行接收,并基于Inpho建模软件的空三处理技术对地表图像中的像控点和外方位元素进行解析,从而获得像控点在地理坐标系统中的精确位置以及获取地表图像在拍摄时的几何位置和姿态参数,并基于Inpho建模软件的多影像匹配技术生成各像控点范围内的数字地面模型,并基于Inpho建模软件的编辑、拼接和剪裁技术对数字地面模型进行处理,从而获得高精度的数字高程模型,并将获取的数字高程模型传输至地形建模单元。
优选的,所述地形建模单元对数字高程生成单元传输的数字高程模型进行接收,并基于数字高程模型通过三维建模工具进行GIS三维建模,从而获取风电场区域的地表GIS模型,并将获取的风电场区域的地表GIS模型传输至风电场标定单元;
所述风电场标定单元对地形建模单元传输的地表GIS模型进行接收,并根据实际风机设备在风电场区域中的位置,在地表GIS模型中进行标定,且将标定后的地表GIS模型传输至模型关联单元。
优选的,所述风机建模单元用于根据风电场中风机设备的CAD图纸通过BIM建模工具进行BIM建模,从而获取风机设备的BIM模型,并将风机设备的BIM模型传输至模型关联单元;
所述模型关联单元对风电场标定单元传输的标定后的地表GIS模型和风机建模单元传输的风机设备的BIM模型进行接收,并根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,并将获得的三维场景模型传输至动态更新单元。
优选的,所述数据监控单元用于监控风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据,气象数据包括风速、风向、温度和湿度,风机设备的运行参数风机叶轮的旋转速度、风机产生的电力输出功率、风机内部关键部件的温度和风机的振动情况,风电场的发电数据包括风电场的总发电量、风机设备的故障记录和风机设备的维护记录,并将监控的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至区块链平台;
所述区块链平台对数据监控单元传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并对接收的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行数据管理,并根据节点的验证结果,将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至不同节点的动态更新单元、可视化大屏单元和预警单元,且将风电场区域中的风机设备的运行参数传输至不同节点的发电功率预测单元。
优选的,所述动态更新单元对模型关联单元传输的三维场景模型以及区块链平台传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并根据风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据对三维场景模型中的三维场景进行更新,从而获得实时三维场景模型,并将获取的实时三维场景模型传输至可视化大屏单元;
所述传感器评价单元对数据监控单元中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,并将评价结果传输至可视化大屏单元和预警单元;
所述发电功率预测单元对区块链平台传输的风电场区域中的风机设备的运行参数进行接收,并根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,且将获得的发电功率预测值传输至可视化大屏单元和预警单元。
优选的,所述预警单元对区块链平台传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、传感器评价单元传输的传感器的评价结果以及发电功率预测单元传输的发电功率预测值进行接收,并将标准风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据与接收到的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将区块链平台传输的风电场区域中风电场的发电数据与发电功率预测单元传输的发电功率预测值进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将传感器的评价结果与预设的评价表进行匹配,若匹配的评价结果低于预设的标准结果,则发出相应的预警信息,且将发出的相应的预警信息传输至可视化大屏单元;
所述可视化大屏单元对区块链平台传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、动态更新单元传输的实时三维场景模型、传感器评价单元传输的评价结果、发电功率预测单元传输的发电功率预测值以及预警单元传输的相应的预警信息进行接收,并采用隐藏式结构对接收的数据进行显示,将实时三维场景模型显示在数字大屏正中间,并且数字大屏四周显示交互操作按钮,当用户在点击三维场景模型中的风机设备时,在弹窗中弹出相应的风机设备的运行参数,并将传感器的评价结果和发电功率预测值显示在弹窗中,并根据相应的预警信息,对传感器的评价结果和实时三维场景模型中风机设备模型进行不同颜色的展示,从而进行预警提示,当用户在点击交互操作按钮时,根据交互操作按钮所代表的功能对风电场区域中的气象数据和风电场的发电数据进行显示。
优选的,所述模型关联单元中,根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,包括以下步骤:
A1、将风机设备的BIM模型导出为IFC数据,对风机设备的BIM模型进行数据格式转换,将其转化为GIS模型使用的CityGML数据标准;
A2、遍历所有的IFC数据对象,并提取风机设备的BIM模型的所有几何信息,将提取的几何信息和风机设备的BIM模型的语义信息进行映射;
A3、提取与GIS模型同名的控制点,并且基于同名控制点求解转换参数,将转换参数转换到标准坐标系;
A4、基于改进的QEM算法对风机设备的BIM模型进行轻量化,改进的QEM算法具体包括以下步骤:
步骤一、基于风机设备的BIM模型获取BIM模型的网格模型;
步骤二、计算所有初始点的误差矩阵;
步骤三、基于误差矩阵计算每个对收缩后的折叠代价;
步骤四、基于收缩后的折叠代价计算新顶点位置,且计算顶点相邻三角的平均面积和顶点曲率;
步骤五、对折叠代价进行排序,从堆顶移除折叠代价最高的边,在重新进行折叠;
步骤六、更新堆,并重新计算邻接边的折叠代价,判断邻接边的折叠代价是否到达折叠要求,若达到折叠要求,则简化完成,否则,重复执行步骤五至步骤六。
优选的,所述区块链平台包括数据仓库模块、网络层模块、共识层模块和合约层模块;
所述数据仓库模块用于将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据存储至数据仓库中,并且在动态更新单元、可视化大屏单元、发电功率预测单元和预警单元的申请通过后,基于它们四个单元数据仓库的访问授权,它们在使用访问凭证提取到数据后,通过使用私钥解密获得原始数据;
所述网络层模块采用P2P协议,用于不同节点之间的数据传递;
所述共识层模块采用DPoS,并根据不同节点中动态更新单元、可视化大屏单元、发电功率预测单元和预警单元的数据访问量和活跃度进行多个维度投票选出若干个记账节点,并且记账节点用于分配收集和验证交易, 以及将交易打包生成新区块,并且记账节点会在一个记账周期结束后更新,通过新一轮的投票产生新的记账节点;
所述合约层模块用于实现智能合约的编写、部署、执行和管理。
优选的,所述传感器评价单元对数据监控单元中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,包括以下步骤:
B1、定义扰动i对传感器j的影响度标签,以及传感器j受到的复合扰动影响度标签,具体公式如下:
;
其中,表示影响度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示扰动出现次数;
;
其中,表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示原因标签的总数,/>表示结果标签的总数,/>表示第r种结果标签的权系数变量,/>表示第i种原因标签的权系数变量,表示结果标签值,/>表示原因标签值;
B2、对传感器在经历扰动后运行品质的恢复情况进行描述,具体公式如下:
;
其中,表示传感器j在扰动i后的性能变化量,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量;
B3、定义传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,若扰动敏感度标签越接近于1,则代表传感器抵御扰动的能力越强,传感器的性能越优良,具体公式如下:
;
其中,表示传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量。
优选的,所述发电功率预测单元根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,包括以下步骤:
C1、构建尾流效应的物理信息基函数,物理信息基函数公式如下:
;
其中,表示尾流效应的物理信息基函数,/>表示尾流中心速度损失,表示在流向、横向和垂直方向上的空间坐标,/>、/>表示y、z方向尾流宽度,/>表示风机轮毂高度,/>表示尾流偏转;
C2、创建初始的风电场图G,风电场图G包括节点和边,节点表示一个风力机,边表示节点之间的关系;
C3、构建GN层,GN层包括边缘更新函数、节点更新函数、全局更新函数和权重更新函数,其中边缘、节点和全局更新函数分别包括相应的聚合函数,通过相应的聚合函数聚合边缘特征、节点特征和全局特征,且权重更新函数采用尾流效应的物理信息基函数进行权重更新;
C4、通过一个全连接层将经过GN层计算得到的更新后的风电场图G'映射到所有风机的功率输出图中,并且全连接层与GN层具有相同的MLP架构,并采用ReLU作为输出激活函数;
C5、将更新后的风电场图G'作为输入,将功率P作为输出,其中节点值表示每台风力机的输出功率。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过数据监控单元实时监测风电场区域的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据,从而管理员可以随时获取这些数据并进行实时管理,从而提高风电场的运行效率和可靠性,并且利用数字高程生成单元和地形建模单元对风电场区域进行地形建模和三维建模,获得精确的地表GIS模型和三维场景模型,从而管理员可以在可视化大屏单元上直观地查看风电场的布局、风机设备的位置和周围地形等信息,并且模型关联单元将地表GIS模型和风机设备的BIM模型进行集成导入,实现了风机设备和地表模型的关联,从而管理员可以在三维场景模型中准确地查看风机设备的位置、状态和运行参数等信息;
本发明通过动态更新单元根据风电场区域的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据对三维场景模型进行实时更新,使管理员可以获得最新的风电场状态,通过预警单元根据数据监控结果和传感器评价结果进行预警提示,帮助管理员及时发现潜在问题并采取相应的措施,并且通过发电功率预测单元利用风机设备的运行参数进行发电功率预测,提供对风电场发电情况的预估,有助于优化发电计划和资源调配,并且通过区块链平台实现了对风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据的安全管理和共享,确保数据的可信度和完整性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的整体系统的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的区块链平台的内部模块框图;
图3为本发明实施例提供的将BIM模型集成导入地表GIS模型的流程图;
图4为本发明实施例提供的对传感器进行评价的流程图;
图5为本发明实施例提供的发电功率预测的流程图。
图中:1、无人机影像采集单元;2、图像预处理单元;3、数字高程生成单元;4、地形建模单元;5、风电场标定单元;6、模型关联单元;7、风机建模单元;8、动态更新单元;9、数据监控单元;10、可视化大屏单元;11、传感器评价单元;12、区块链平台;1201、数据仓库模块;1202、网络层模块;1203、共识层模块;1204、合约层模块;13、发电功率预测单元;14、预警单元。
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。
请参阅图1-5,本发明提供一种技术方案:一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,包括地形建模单元4、风电场标定单元5、模型关联单元6、风机建模单元7、动态更新单元8、数据监控单元9、可视化大屏单元10、传感器评价单元11、区块链平台12、发电功率预测单元13和预警单元14,还包括;
无人机影像采集单元1,无人机影像采集单元1用于通过在无人机搭载摄影相机,从不同角度全方位拍摄风电场区域的地表图像,并且风电场区域的地表图像中还包括像控点和外方位元素,并基于无人机搭载的GPS和IMU获取的无人机在空间中的POS数据,并基于摄影相机获取摄影相机检校参数,且将拍摄的地表图像传输至图像预处理单元2,并将获取的POS数据和摄影相机检校参数传输至数字高程生成单元3;
图像预处理单元2,图像预处理单元2对无人机影像采集单元1传输的风电场区域的地表图像进行接收,并对风电场区域的地表图像进行图像预处理,图像预处理包括图像预处理图像匀光、畸变处理和旋转操作,且将预处理后的风电场区域的地表图像传输至数字高程生成单元3;
数字高程生成单元3,数字高程生成单元3对无人机影像采集单元1传输的POS数据和摄影相机检校参数以及图像预处理单元2传输的预处理后的风电场区域的地表图像进行接收,并基于Inpho建模软件的空三处理技术对地表图像中的像控点和外方位元素进行解析,从而获得像控点在地理坐标系统中的精确位置以及获取地表图像在拍摄时的几何位置和姿态参数,并基于Inpho建模软件的多影像匹配技术生成各像控点范围内的数字地面模型,并基于Inpho建模软件的编辑、拼接和剪裁技术对数字地面模型进行处理,从而获得高精度的数字高程模型,并将获取的数字高程模型传输至地形建模单元4。
地形建模单元4对数字高程生成单元3传输的数字高程模型进行接收,并基于数字高程模型通过三维建模工具进行GIS三维建模,从而获取风电场区域的地表GIS模型,并将获取的风电场区域的地表GIS模型传输至风电场标定单元5;
风电场标定单元5对地形建模单元4传输的地表GIS模型进行接收,并根据实际风机设备在风电场区域中的位置,在地表GIS模型中进行标定,且将标定后的地表GIS模型传输至模型关联单元6;
风机建模单元7用于根据风电场中风机设备的CAD图纸通过BIM建模工具进行BIM建模,从而获取风机设备的BIM模型,并将风机设备的BIM模型传输至模型关联单元6;
模型关联单元6对风电场标定单元5传输的标定后的地表GIS模型和风机建模单元7传输的风机设备的BIM模型进行接收,并根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,并将获得的三维场景模型传输至动态更新单元8;
数据监控单元9用于监控风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据,气象数据包括风速、风向、温度和湿度,风机设备的运行参数风机叶轮的旋转速度、风机产生的电力输出功率、风机内部关键部件的温度和风机的振动情况,风电场的发电数据包括风电场的总发电量、风机设备的故障记录和风机设备的维护记录,并将监控的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至区块链平台12;
区块链平台12对数据监控单元9传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并对接收的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行数据管理,并根据节点的验证结果,将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至不同节点的动态更新单元8、可视化大屏单元10和预警单元14,且将风电场区域中的风机设备的运行参数传输至不同节点的发电功率预测单元13;
动态更新单元8对模型关联单元6传输的三维场景模型以及区块链平台12传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并根据风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据对三维场景模型中的三维场景进行更新,从而获得实时三维场景模型,并将获取的实时三维场景模型传输至可视化大屏单元10;
传感器评价单元11对数据监控单元9中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,并将评价结果传输至可视化大屏单元10和预警单元14;
发电功率预测单元13对区块链平台12传输的风电场区域中的风机设备的运行参数进行接收,并根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,且将获得的发电功率预测值传输至可视化大屏单元10和预警单元14;
预警单元14对区块链平台12传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、传感器评价单元11传输的传感器的评价结果以及发电功率预测单元13传输的发电功率预测值进行接收,并将标准风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据与接收到的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将区块链平台12传输的风电场区域中风电场的发电数据与发电功率预测单元13传输的发电功率预测值进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将传感器的评价结果与预设的评价表进行匹配,若匹配的评价结果低于预设的标准结果,则发出相应的预警信息,且将发出的相应的预警信息传输至可视化大屏单元10;
可视化大屏单元10对区块链平台12传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、动态更新单元8传输的实时三维场景模型、传感器评价单元11传输的评价结果、发电功率预测单元13传输的发电功率预测值以及预警单元14传输的相应的预警信息进行接收,并采用隐藏式结构对接收的数据进行显示,将实时三维场景模型显示在数字大屏正中间,并且数字大屏四周显示交互操作按钮,当用户在点击三维场景模型中的风机设备时,在弹窗中弹出相应的风机设备的运行参数,并将传感器的评价结果和发电功率预测值显示在弹窗中,并根据相应的预警信息,对传感器的评价结果和实时三维场景模型中风机设备模型进行不同颜色的展示,从而进行预警提示,当用户在点击交互操作按钮时,根据交互操作按钮所代表的功能对风电场区域中的气象数据和风电场的发电数据进行显示;
模型关联单元6中,根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,包括以下步骤:
A1、将风机设备的BIM模型导出为IFC数据,对风机设备的BIM模型进行数据格式转换,将其转化为GIS模型使用的CityGML数据标准;
A2、遍历所有的IFC数据对象,并提取风机设备的BIM模型的所有几何信息,将提取的几何信息和风机设备的BIM模型的语义信息进行映射;
A3、提取与GIS模型同名的控制点,并且基于同名控制点求解转换参数,将转换参数转换到标准坐标系;
A4、基于改进的QEM算法对风机设备的BIM模型进行轻量化,改进的QEM算法具体包括以下步骤:
步骤一、基于风机设备的BIM模型获取BIM模型的网格模型;
步骤二、计算所有初始点的误差矩阵;
步骤三、基于误差矩阵计算每个对收缩后的折叠代价;
步骤四、基于收缩后的折叠代价计算新顶点位置,且计算顶点相邻三角的平均面积和顶点曲率;
步骤五、对折叠代价进行排序,从堆顶移除折叠代价最高的边,在重新进行折叠;
步骤六、更新堆,并重新计算邻接边的折叠代价,判断邻接边的折叠代价是否到达折叠要求,若达到折叠要求,则简化完成,否则,重复执行步骤五至步骤六;
区块链平台12包括数据仓库模块1201、网络层模块1202、共识层模块1203和合约层模块1204;
数据仓库模块1201用于将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据存储至数据仓库中,并且在动态更新单元8、可视化大屏单元10、发电功率预测单元13和预警单元14的申请通过后,基于它们四个单元数据仓库的访问授权,它们在使用访问凭证提取到数据后,通过使用私钥解密获得原始数据;
网络层模块1202采用P2P协议,用于不同节点之间的数据传递;
共识层模块1203采用DPoS,并根据不同节点中动态更新单元8、可视化大屏单元10、发电功率预测单元13和预警单元14的数据访问量和活跃度进行多个维度投票选出若干个记账节点,并且记账节点用于分配收集和验证交易, 以及将交易打包生成新区块,并且记账节点会在一个记账周期结束后更新,通过新一轮的投票产生新的记账节点;
合约层模块1204用于实现智能合约的编写、部署、执行和管理;
传感器评价单元11对数据监控单元9中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,包括以下步骤:
B1、定义扰动i对传感器j的影响度标签,以及传感器j受到的复合扰动影响度标签,具体公式如下:
;
其中,表示影响度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示扰动出现次数;
;
其中,表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示原因标签的总数,/>表示结果标签的总数,/>表示第r种结果标签的权系数变量,/>表示第i种原因标签的权系数变量,表示结果标签值,/>表示原因标签值;
B2、对传感器在经历扰动后运行品质的恢复情况进行描述,具体公式如下:
;
其中,表示传感器j在扰动i后的性能变化量,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量;
B3、定义传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,若扰动敏感度标签越接近于1,则代表传感器抵御扰动的能力越强,传感器的性能越优良,具体公式如下:
;
其中,表示传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量;
发电功率预测单元13根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,包括以下步骤:
C1、构建尾流效应的物理信息基函数,物理信息基函数公式如下:
;
其中,表示尾流效应的物理信息基函数,/>表示尾流中心速度损失,表示在流向、横向和垂直方向上的空间坐标,/>、/>表示y、z方向尾流宽度,/>表示风机轮毂高度,/>表示尾流偏转;
C2、创建初始的风电场图G,风电场图G包括节点和边,节点表示一个风力机,边表示节点之间的关系;
C3、构建GN层,GN层包括边缘更新函数、节点更新函数、全局更新函数和权重更新函数,其中边缘、节点和全局更新函数分别包括相应的聚合函数,通过相应的聚合函数聚合边缘特征、节点特征和全局特征,且权重更新函数采用尾流效应的物理信息基函数进行权重更新;
C4、通过一个全连接层将经过GN层计算得到的更新后的风电场图G'映射到所有风机的功率输出图中,并且全连接层与GN层具有相同的MLP架构,并采用ReLU作为输出激活函数;
C5、将更新后的风电场图G'作为输入,将功率P作为输出,其中节点值表示每台风力机的输出功率。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,包括地形建模单元(4)、风电场标定单元(5)、模型关联单元(6)、风机建模单元(7)、动态更新单元(8)、数据监控单元(9)、可视化大屏单元(10)、传感器评价单元(11)、区块链平台(12)、发电功率预测单元(13)和预警单元(14),其特征在于:
无人机影像采集单元(1),所述无人机影像采集单元(1)用于通过在无人机搭载摄影相机,从不同角度全方位拍摄风电场区域的地表图像,并且风电场区域的地表图像中还包括像控点和外方位元素,并基于无人机搭载的GPS和IMU获取的无人机在空间中的POS数据,并基于摄影相机获取摄影相机检校参数,且将拍摄的地表图像传输至图像预处理单元(2),并将获取的POS数据和摄影相机检校参数传输至数字高程生成单元(3);
图像预处理单元(2),所述图像预处理单元(2)对无人机影像采集单元(1)传输的风电场区域的地表图像进行接收,并对风电场区域的地表图像进行图像预处理,图像预处理包括图像预处理图像匀光、畸变处理和旋转操作,且将预处理后的风电场区域的地表图像传输至数字高程生成单元(3);
数字高程生成单元(3),所述数字高程生成单元(3)对无人机影像采集单元(1)传输的POS数据和摄影相机检校参数以及图像预处理单元(2)传输的预处理后的风电场区域的地表图像进行接收,并基于Inpho建模软件的空三处理技术对地表图像中的像控点和外方位元素进行解析,从而获得像控点在地理坐标系统中的精确位置以及获取地表图像在拍摄时的几何位置和姿态参数,并基于Inpho建模软件的多影像匹配技术生成各像控点范围内的数字地面模型,并基于Inpho建模软件的编辑、拼接和剪裁技术对数字地面模型进行处理,从而获得高精度的数字高程模型,并将获取的数字高程模型传输至地形建模单元(4);
所述地形建模单元(4)对数字高程生成单元(3)传输的数字高程模型进行接收,并基于数字高程模型通过三维建模工具进行GIS三维建模,从而获取风电场区域的地表GIS模型,并将获取的风电场区域的地表GIS模型传输至风电场标定单元(5);
所述风电场标定单元(5)对地形建模单元(4)传输的地表GIS模型进行接收,并根据实际风机设备在风电场区域中的位置,在地表GIS模型中进行标定,且将标定后的地表GIS模型传输至模型关联单元(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述风机建模单元(7)用于根据风电场中风机设备的CAD图纸通过BIM建模工具进行BIM建模,从而获取风机设备的BIM模型,并将风机设备的BIM模型传输至模型关联单元(6);
所述模型关联单元(6)对风电场标定单元(5)传输的标定后的地表GIS模型和风机建模单元(7)传输的风机设备的BIM模型进行接收,并根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,并将获得的三维场景模型传输至动态更新单元(8)。
3.根据权利要求2所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述数据监控单元(9)用于监控风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据,气象数据包括风速、风向、温度和湿度,风机设备的运行参数风机叶轮的旋转速度、风机产生的电力输出功率、风机内部关键部件的温度和风机的振动情况,风电场的发电数据包括风电场的总发电量、风机设备的故障记录和风机设备的维护记录,并将监控的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至区块链平台(12);
所述区块链平台(12)对数据监控单元(9)传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并对接收的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行数据管理,并根据节点的验证结果,将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据传输至不同节点的动态更新单元(8)、可视化大屏单元(10)和预警单元(14),且将风电场区域中的风机设备的运行参数传输至不同节点的发电功率预测单元(13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述动态更新单元(8)对模型关联单元(6)传输的三维场景模型以及区块链平台(12)传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行接收,并根据风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据对三维场景模型中的三维场景进行更新,从而获得实时三维场景模型,并将获取的实时三维场景模型传输至可视化大屏单元(10);
所述传感器评价单元(11)对数据监控单元(9)中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,并将评价结果传输至可视化大屏单元(10)和预警单元(14);
所述发电功率预测单元(13)对区块链平台(12)传输的风电场区域中的风机设备的运行参数进行接收,并根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,且将获得的发电功率预测值传输至可视化大屏单元(10)和预警单元(14)。
5.根据权利要求4所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述预警单元(14)对区块链平台(12)传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、传感器评价单元(11)传输的传感器的评价结果以及发电功率预测单元(13)传输的发电功率预测值进行接收,并将标准风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据与接收到的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将区块链平台(12)传输的风电场区域中风电场的发电数据与发电功率预测单元(13)传输的发电功率预测值进行比对,若两者的差值高于预设的阈值,则发出相应的预警信息,并将传感器的评价结果与预设的评价表进行匹配,若匹配的评价结果低于预设的标准结果,则发出相应的预警信息,且将发出的相应的预警信息传输至可视化大屏单元(10);
所述可视化大屏单元(10)对区块链平台(12)传输的风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据、动态更新单元(8)传输的实时三维场景模型、传感器评价单元(11)传输的评价结果、发电功率预测单元(13)传输的发电功率预测值以及预警单元(14)传输的相应的预警信息进行接收,并采用隐藏式结构对接收的数据进行显示,将实时三维场景模型显示在数字大屏正中间,并且数字大屏四周显示交互操作按钮,当用户在点击三维场景模型中的风机设备时,在弹窗中弹出相应的风机设备的运行参数,并将传感器的评价结果和发电功率预测值显示在弹窗中,并根据相应的预警信息,对传感器的评价结果和实时三维场景模型中风机设备模型进行不同颜色的展示,从而进行预警提示,当用户在点击交互操作按钮时,根据交互操作按钮所代表的功能对风电场区域中的气象数据和风电场的发电数据进行显示。
6.根据权利要求2所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述模型关联单元(6)中,根据地表GIS模型的标定位置将风机设备的BIM模型集成导入地表GIS模型中,从而获得风电场的三维场景模型,包括以下步骤:
A1、将风机设备的BIM模型导出为IFC数据,对风机设备的BIM模型进行数据格式转换,将其转化为GIS模型使用的CityGML数据标准;
A2、遍历所有的IFC数据对象,并提取风机设备的BIM模型的所有几何信息,将提取的几何信息和风机设备的BIM模型的语义信息进行映射;
A3、提取与GIS模型同名的控制点,并且基于同名控制点求解转换参数,将转换参数转换到标准坐标系;
A4、基于改进的QEM算法对风机设备的BIM模型进行轻量化。
7.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述区块链平台(12)包括数据仓库模块(1201)、网络层模块(1202)、共识层模块(1203)和合约层模块(1204);
所述数据仓库模块(1201)用于将风电场区域中的气象数据、风机设备的运行参数和风电场的发电数据存储至数据仓库中,并且在动态更新单元(8)、可视化大屏单元(10)、发电功率预测单元(13)和预警单元(14)的申请通过后,基于它们四个单元数据仓库的访问授权,它们在使用访问凭证提取到数据后,通过使用私钥解密获得原始数据;
所述网络层模块(1202)采用P2P协议,用于不同节点之间的数据传递;
所述共识层模块(1203)采用DPoS,并根据不同节点中动态更新单元(8)、可视化大屏单元(10)、发电功率预测单元(13)和预警单元(14)的数据访问量和活跃度进行多个维度投票选出若干个记账节点,并且记账节点用于分配收集和验证交易, 以及将交易打包生成新区块,并且记账节点会在一个记账周期结束后更新,通过新一轮的投票产生新的记账节点;
所述合约层模块(1204)用于实现智能合约的编写、部署、执行和管理。
8.根据权利要求4所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述传感器评价单元(11)对数据监控单元(9)中的传感器进行评价,从而获得传感器的评价结果,包括以下步骤:
B1、定义扰动i对传感器j的影响度标签,以及传感器j受到的复合扰动影响度标签,具体公式如下:
其中,表示影响度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示扰动出现次数;
其中,表示传感器j在扰动i期间的评价值,/>表示原因标签的总数,/>表示结果标签的总数,/>表示第r种结果标签的权系数变量,/>表示第i种原因标签的权系数变量,表示结果标签值,/>表示原因标签值;
B2、对传感器在经历扰动后运行品质的恢复情况进行描述,具体公式如下:
其中,表示传感器j在扰动i后的性能变化量,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量;
B3、定义传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,若扰动敏感度标签越接近于1,则代表传感器抵御扰动的能力越强,传感器的性能越优良,具体公式如下:
其中,表示传感器j在运行周期内的扰动敏感度标签,/>表示复合扰动影响度标签,/>表示传感器j在多次扰动后的平均变化量。
9.根据权利要求4所述的一种基于BIM技术的风电场数据三维可视化管理系统,其特征在于:所述发电功率预测单元(13)根据风电场区域中的风机设备的运行参数进行发电功率预测,从而获得发电功率预测值,包括以下步骤:
C1、构建尾流效应的物理信息基函数,物理信息基函数公式如下:
其中,表示尾流效应的物理信息基函数,/>表示尾流中心速度损失,/>表示在流向、横向和垂直方向上的空间坐标,/>、/>表示y、z方向尾流宽度,/>表示风机轮毂高度,/>表示尾流偏转;
C2、创建初始的风电场图G,风电场图G包括节点和边,节点表示一个风力机,边表示节点之间的关系;
C3、构建GN层,GN层包括边缘更新函数、节点更新函数、全局更新函数和权重更新函数,其中边缘、节点和全局更新函数分别包括相应的聚合函数,通过相应的聚合函数聚合边缘特征、节点特征和全局特征,且权重更新函数采用尾流效应的物理信息基函数进行权重更新;
C4、通过一个全连接层将经过GN层计算得到的更新后的风电场图G'映射到所有风机的功率输出图中,并且全连接层与GN层具有相同的MLP架构,并采用ReLU作为输出激活函数;
C5、将更新后的风电场图G'作为输入,将功率P作为输出,其中节点值表示每台风力机的输出功率。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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