高空风场的实测及可视化研究

摘要

随着社会及科技的不断发展，人们对于风场状况了解的需求也越来越多样化，对风场的实测方法和设备提出了新的要求；同时，实测数据往往种类繁多、数据量庞大、难于理解，如何提高其存储管理效率、优化数据表达方式等诸多问题也引起了学者的广泛关注。基于上述问题，本文做了如下的研究工作：　　首先，详细介绍了BIM技术相关特点以及基于BIM技术进行二次开发的相关运行环境、理论知识和开发软件，同时介绍了数据库相关理论，并利用SQLServer软件完成数据库的搭建，为后续实测数据的信息化管理做好准备。　　其次，研究了利用多旋翼无人机搭载风速仪进行风速风向测量的新方法。将无人机实测数据与测风塔数据进行对比分析，结果表明无人机悬停时的机身倾斜会造成测量误差，无人机实测平均风速较测风塔实测平均风速偏大，通过机身倾角修正可以很大程度上消除平均风速误差；风速仪安装误差的存在导致X、Y分量风速误差较大，经风向修正后分量误差显著减小；无人机飞行姿态调整等原因会造成无人机测量得到的湍流度数据偏大，通过滑动平均处理可以一定程度上减小无人机湍流度。　　再次，利用无人机测风技术并结合均匀设计法，完成了某试验基地区域上空平面风场的实地测量与风场拟合搭建。通过定义无人机和测风塔实测风场数据的比值C，反映测风塔周边复杂地貌对于上空风场的影响程度，利用比值C和测风塔数据可以推知不同测点处风场状况；另一方面通过均匀设计法可以大幅度减少试验次数以及数据处理的过程，利用简化后的试验方案实测结果，能够拟合方程来进行平面风场的搭建，拟合结果可以较好地体现整个风场的变化趋势，整体精度较好。　　最后，利用BIM的二次开发搭建高空风场实测信息管理系统，实现对于实测数据的信息化管理。通过风场实测数据的管理功能实现实测数据的导入与更新、数据查询和数据处理等诸多操作，提高了数据安全性和数据处理效率；同时充分利用BIM技术的三维可视化优势实现风场参数与实测场地的联动，直观地表示实测地形地貌与风场参数的相互关系，使实测结果便于理解和应用。

目录

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第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2.1 BIM 技术概念及特点

1.2.2 BIM 技术相关软件介绍

1.2.3 BIM 技术国外研究现状

1.2.4 BIM 技术国内研究现状

1.3风场研究现状分析

1.3.1 传统风场实测设备简述

1.3.2 无人机测风技术简述

1.3.3 国外风场研究现状

1.3.4 国内风场研究现状

1.4.1 均匀设计法简介

1.4.2 均匀设计表

1.4.3 均匀设计使用表及度量准则

1.4.4 混合水平均匀设计

1.5本文研究的主要内容

第2章 Revit 二次开发基础及 SQL 数据库创建

2.1 Revit二次开发工具

2.1.2 Microsoft Visual Studio

2.1.3 Revit SDK

2.1.4 ILSpy

2.2 Revit API

2.3 Revit二次开发方式

2.3.1 IExternal Application

2.3.2 IExternal Command

2.3.3 注册方式

2.4 SQL Server数据库创建

2.4.1 SQL Server

2.4.2 数据库设计与搭建

2.5 本章小结

第3章实测概况及无人机测风数据分析

3.1 实测概况

3.1.1 实测场地及周围地貌概况

3.1.2 实测系统组成

3.1.3 实测方案

3.2.1 数据前处理基本理论

3.2.2 无人机实测风速风向修正

3.2.3 无人机湍流度修正

3.3 本章小结

第4章基于均匀设计的无人机风场实测及分析

4.1 无人机风场实测方案

4.2 实测风场数据分析

4.2.1风场风速结果分析

4.2.2风场风向角结果分析

4.2.3风场湍流度结果分析

4.3 基于均匀设计法的平面风场拟合分析

4.3.1均匀设计法的应用

4.3.2 风场风速比分析与拟合

4.3.3 风场风向比分析与拟合

4.3.4 风场湍流度分析与拟合

4.4 本章小结

第5章基于 BIM 技术的实测风场可视化研究

5.1 实测场地模型创建

5.2 用户功能开发

5.2.1 用户登录模块

5.2.2 交互界面的设计与开发

5.2.3 用户管理模块

5.2.4 数据库维护

5.2.5 备忘记录与工具管理

5.3 风场实测数据管理功能开发

5.3.1 实测数据导入与更新功能

5.3.2 实测数据查询功能

5.3.3 实测数据处理功能

5.4 风场参数三维可视化集成

5.4.1 风速风向湍流度三维可视化开发

5.4.2 风剖面三维可视化开发

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B攻读硕士学位期间所参与的科研项目