一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法

摘要

本发明涉及一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法，该方法包括以下步骤：1)对风电场的卫星地图进行预处理，获取风电场的等高线地形图和等高线树；2)根据等高线树和等高线地形图确定风电场中任意两个风机机位之间的连接路线；3)重复步骤2)直至生成包括所有机位之间连接路线的完全图，并对该完全图进行全局选线优化，获取风电场场内道路的最优连接路线。与现有技术相比，本发明可以对地形复杂的风电场场内道路进行快速优化，减少工作量，提高最优路线选择的效率，极具工程实用价信。

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电场微观选址技术，尤其是涉及一种用于风电场场内道路 设计的自动优化选线方法。

背景技术

风电场场内道路是指风电机组间道路和风电机组与升压变电站之间道路。道路 是建设风电场的先决条件，也是风电场建设占用土地的主要因素，合理的道路设计 对风电场的投资和运营起着非常重要的作用。

然而目前国内外对风电场场内道路自动优化选线的研究甚少，企业通常依据工 程经验人工地进行道路设计，重复工作量大且工作效率相对较低，无法保证道路的 最优选线。陆上风电场多处于山区，复杂的地形、地貌会使设计难度和工作量剧增。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于风电场 场内道路设计的自动优化选线方法，该方法可以对地形复杂的风电场场内道路进行 快速优化，减少工作量，提高最优路线选择的效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

1.一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤：

1)对风电场的卫星地图进行预处理，获取风电场的等高线地形图和等高线树；

2)根据等高线树和等高线地形图确定风电场中任意两个风机机位之间的连接 路线；

3)重复步骤2)直至生成包括所有机位之间连接路线的完全图，并对该完全 图进行全局选线优化，获取风电场场内道路的最优连接路线。

2.根据权利要求1所述的一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法， 其特征在于，步骤1)中预处理具体包括以下步骤：

11)从风电场的卫星地图中提取数字高程数据；

12)根据数字高程数据生成风电场的等高线地形图；

13)根据等高线地形图计算出风电场的等高线树。

3.根据权利要求1所述的一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法， 其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：

21)根据风电场中风机机位的高程数据，确定其所属等高线树的结点标号；

22)根据步骤21)中得到的结点标号搜索等高线树，计算出两结点间的连接 路径，以确定两个风机机位之间的邻接等高线逻辑跨越路径；

23)根据步骤22)中两个风机机位之间的邻接等高线逻辑跨越路径，采用等 坡度线算法在等高线地形图中设计出两个风机机位之间的连接路线。

4.根据权利要求1所述的一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法， 其特征在于，步骤3)中对完全图进行全局选线优化采用最小生成树算法，以道路 修建成本为权值，计算出所有风机机位的最小生成树，得到风电场场内道路的最优 连接路线。

与现有技术相比，本发明解决了现有风电场微观选址技术缺少一种用于风电场 场内道路设计的自动优化选线方法的问题，减少了风电场场内道路选线过程中的工 作量，提高了工作效率，全局优化风电场场内道路选线，方便微观选址工程师快速 地判断不同风机机位布置下对应道路选线的可行性及经济性，进而加快风电场建设 进程，提高整个风电场的经济效益，极具工程实用价值。

附图说明

图1为本发明的简明处理流程图；

图2为本发明的具体实现流程图；

图3为实施例中风电场的等高线地形图；

图4为实施例中风电场等高线地形图的对应等高线树；

图5为实施例中风电场中利用本发明设计的23台风机间的最优连接道路；

图6为实施例中风电场中利用本发明设计的49台风机间的最优连接道路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种用于风电场场内道路设计的自动优化选线方法，该方法包括 以下三个步骤：

1)地图数据预处理：从风电场的卫星地图获取风电场的等高线地形图和等高 线树。

2)两机位间道路自动设计：根据等高线树和等高线地形图确定风电场中任意 两个风机机位之间的连接路线。

3)场内道路的全局最优选线：重复步骤2)直至生成包括所有机位之间连接 路线的完全图，并对该完全图进行全局选线优化，获取风电场场内道路的最优连接 路线。

其中，每一步骤的具体过程如图2所示，在步骤1)中地图数据预处理具体包 括以下步骤：

11)从风电场的卫星地图中提取数字高程(DEM)数据；

12)根据数字高程数据生成风电场的等高线地形图，如图3所示；

13)根据等高线地形图计算出风电场的等高线树，如图4所示，其中结点1～23 分别代表图3中的各条等高线及其所包含的内部空间，结点间的边(连线)代表子 结点(子等高线)被父结点(父等高线)所包含。

步骤2)具体包括以下步骤：

21)确定风电场中风机机位所属等高线树的结点标号：首先根据各个风机机位 的高程值确定其被等高线地形图中的哪条等高线包含，然后搜索该等高线在等高线 树中所属结点的标号，即为机位所属等高线树结点的标号。

22)分析两个风机机位之间的道路走向：根据步骤21)中得到的结点标号搜 索等高线树，计算出两结点间的连接路径，以确定两个风机机位之间的邻接等高线 逻辑跨越路径，即为道路走向。

此处，两个风机机位之间的道路走向定义如下：在等高线地形图中，从起始机 位至终点机位修建合理道路，道路路线所需跨越的最少的邻接等高线所组成的向量 即为道路走向。邻接等高线向量中的元素为等高线，用等高线在等高线树中对应的 结点标号表示。

23)生成两机位间连接路线：根据步骤22)中两机位间的邻接等高线逻辑跨 越路径(道路走向)，采用等坡度线算法，按照风电场场内道路坡度的设计要求， 在等高线地形图中设计出两机位间的连接路线。

其中，等坡度线算法如下：坡度g是坡面的铅直高度h和水平距离l之比，h取 为等高距，g由用户自定义。以道路起点为圆心，h/g为半径作辅助圆，存储辅助 圆与下一条等高线的交点并将该交点设为新的起点，然后重复以上过程，迭代直至 道路终点。这里下一条等高线由步骤22)中两机位间的道路走向给出。如果辅助 圆与下一条等高线出现2个交点，则根据道路经济性指标选择其中一个交点；如果 没有交点，则取当前起点与道路终点所成直线和下一条等高线的交点。连接存储的 所有交点形成两机位间的连接路线。

在步骤3)中，具体包括以下两个步骤：

31)生成完全图：重复执行步骤2)计算出风电场中任意两个风机机位之间的 连接路线，生成所有机位的完全图；

32)计算最小生成树：对完全图进行全局选线优化采用最小生成树算法，以道 路修建成本为权值，计算出所有风机机位的最小生成树，得到风电场场内道路的最 优连接路线，并输出。

采用该方法对如图3所示的风电场进行场内道路自动优化选线，如在该风电场 内设置23台风机，则其场内道路选线结果如图5所示；如在该风电场内设置49 台风机，则其场内道路选线结果如图6所示，其中黑色圆点表示风机机位，而黑色 圆点间的折线表示连接路线。显然，采用人工选线的方式很难短时间内高效且最优 地设计出数量众多的风机机位间的连接路线，而本发明利用计算机可以在几秒内迅 速地计算出数量众多的风机机位间的全局最优道路选线，方便微观选址工程师快速 地判断不同风机机位布置下对应道路选线的可行性及经济性，极具工程实用价值。