基于CFD的半削山体地形优化方法及系统与流程

本发明涉及地形优化，尤其涉及基于cfd的半削山体地形优化方法及系统。

背景技术：

1、地形优化技术领域涉及对自然地形进行分析、模拟和改进，以实现特定工程项目的需求，该领域包括对地形数据的采集与处理，运用计算流体动力学(cfd)等先进模拟工具，对地形进行优化设计，以提升建筑、能源设施等在不同地理环境中的性能。包括在风力发电、交通基础设施建设等方面，通过对复杂地形的精确模拟和优化，能够显著提高项目的效率和稳定性，领域技术涉及多学科知识，包括地理信息系统(gis)、流体力学、计算机建模和环境工程等。

2、其中，半削山体地形优化方法是一种应用于复杂山地风电场建设的技术方案，其主要用途是在复杂地形条件下，通过对半削山体地形进行精确的cfd建模与仿真，优化风力机的气流接收条件。该方法旨在提高发电效率和设备稳定性，解决因地形粗糙度和微地形局部差异带来的分析精度不足问题，通过此技术方案，可以在风力发电过程中，充分利用地形特点，提升风电场的整体性能。

3、现有的半削山体地形优化方法在处理复杂地形时，受限于技术和知识的跨学科整合不足，导致对地形的模拟和优化不够精确。尤其是在地形数据处理和气流模拟方面，现有方法无法有效整合和分析大规模的地理和气象数据，导致模拟结果与实际情况有较大偏差，现有技术在动态调整地形参数和优化气流结构时，缺乏灵活性和适应性，这直接影响项目的可行性和经济效益，在风电场建设项目中，由于地形优化不足，导致风力机的布置不理想，风速和气流分布不均，进而影响整个风电场的发电效率和稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于cfd的半削山体地形优化方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，基于cfd的半削山体地形优化方法，包括以下步骤：

3、s1：使用激光扫描仪，将地形扫描数据转换为点云数据格式，记录每个点的三维坐标和反射率信息，对点云数据进行标准化处理，生成地形点云数据库；

4、s2：基于所述地形点云数据库，连接相邻点的三维坐标，确定点间空间距离，删除不合理连接，保留关键网格节点，动态调整连接点数量和位置，生成三维地形网格模型；

5、s3：基于所述三维地形网格模型，计算多网格节点处的风速和气流方向，识别气流受阻和加速区域，对风速进行局部调整，生成气流动力学模拟结果；

6、s4：基于所述气流动力学模拟结果，调整地形网格参数，优化目标区域内的气流结构和风速分布，生成风速优化配置；

7、s5：使用所述风速优化配置，优化地形配置，减少地形阻力、增加通风路径，优化整体风场布局，生成地形调整方案；

8、s6：将所述地形调整方案应用于实地地形，进行地形的核验和微调，检查调整效果，生成地形核验结果。

9、作为本发明的进一步方案，所述地形点云数据库包括点坐标、反射信息、数据格式化，所述三维地形网格模型包括节点位置、连接有效性、结构稳定性，所述气流动力学模拟结果包括风速数据、流向特征、阻力区分析，所述风速优化配置包括调整区域参数、风速均衡、流线优化，所述地形调整方案包括成本参照、效益评估、阻力最小化，所述地形核验结果包括效果对比、调整验证、关键微调点。

10、作为本发明的进一步方案，将地形扫描数据转换为点云数据格式，记录每个点的三维坐标和反射率信息，对点云数据进行标准化处理，生成地形点云数据库的步骤具体为：

11、s101：使用激光扫描仪，围绕目标地形进行全方位扫描，收集每个点的三维空间坐标与反射率数据，调整扫描角度和间距并控制数据密度，生成原始点云数据集；

12、s102：采用所述原始点云数据集，筛选反射率在设定阈值内的点，对超出预设空间坐标的点进行移除，统一坐标数据格式至地理坐标系，并调整每个数据点的格式与精度，生成标准化点云数据集；

13、s103：利用所述标准化点云数据集，优化数据的存取效率，设置数据分区并对数据进行检索和管理，生成地形点云数据库。

14、作为本发明的进一步方案，基于所述地形点云数据库，连接相邻点的三维坐标，确定点间空间距离，删除不合理连接，保留关键网格节点，动态调整连接点数量和位置，生成三维地形网格模型的步骤具体为：

15、s201：基于所述地形点云数据库，逐点提取每个数据点的三维坐标，计算与邻近数据点之间的空间距离，确定点之间的空间位置关系，生成初步三维连接图；

16、s202：基于所述初步三维连接图，进行连接的合理性评估，根据评估结果调整网格密度和结构，删除评估不合理的连接，优化节点布局和网格结构，保留关键节点，并进行节点的动态优化，生成优化后的三维结构图；

17、s203：基于所述优化后的三维结构图，引用delaunay三角剖分算法，细化关键节点的位置调整，对节点数量进行优化处理，包括关注地形特征明显区域的节点调整，生成三维地形网格模型。

18、作为本发明的进一步方案，所述delaunay三角剖分算法的公式如下：

19、z＝a(x-x0)2+b(y-y0)2+clog(h+1)+dsin(θ)

20、其中，z为三维地形网格模型的节点位置，x为东西方向的坐标，y为南北方向的坐标，x0和y0为地形特征明显区域的中心坐标，h为地形的高度数据，θ为节点与地形特征明显区域的角度，a、b、c和d为权重系数。

21、作为本发明的进一步方案，基于所述三维地形网格模型，计算多网格节点处的风速和气流方向，识别气流受阻和加速区域，对风速进行局部调整，生成气流动力学模拟结果的步骤具体为：

22、s301：在所述三维地形网格模型中部署虚拟传感器，对每个网格节点的三维坐标进行定位，并实时记录节点的风速和气流方向，调整虚拟传感器的灵敏度和响应时间，优化数据采集的准确性，生成初步气流检测数据；

23、s302：分析所述初步气流检测数据，采用地理信息对数据进行空间分析，识别并标记风速异常和气流受阻的地形特征，对地形特征区域进行风速调整，生成细化气流测量数据；

24、s303：基于所述细化气流测量数据，评估多类地形对气流的影响，通过比较调整前后的数据，模拟地形与气流之间的相互作用，生成气流动力学模拟结果。

25、作为本发明的进一步方案，基于所述气流动力学模拟结果，调整地形网格参数，优化目标区域内的气流结构和风速分布，生成风速优化配置的步骤具体为：

26、s401：分析所述气流动力学模拟结果中的数据，标识风速较低和气流受阻区域，记录每个区域内的网格参数，包括网格的尺寸和位置参数，基于网格参数进行地形调整，生成关键地形调整参数；

27、s402：基于所述关键地形调整参数，调整地形网格的倾斜角度、高度和形状，改善气流流动和优化区域风速，并监测调整效果，记录风速和气流路径的变化，生成调整效果数据；

28、s403：利用所述调整效果数据，重新执行气流动力学模拟，验证地形调整对风速提升和气流改善的效果，优化目标区域气流结构，生成风速优化配置。

29、作为本发明的进一步方案，使用所述风速优化配置，优化地形配置，减少地形阻力、增加通风路径，优化整体风场布局，生成地形调整方案的步骤具体为：

30、s501：基于所述风速优化配置，确定地形中的陡峭坡度和密集植被区域，通过实地测量和遥感数据并记录关键特征，包括坡度角度和植被类型，识别影响风速的关键因素，生成地形阻力分析图；

31、s502：基于所述地形阻力分析图，调整地形参数并减少风阻，包括降低部分地区的坡度，增加部分通风通道的宽度，重新配置地形中的植被，并进行地形模拟测试，生成地形调整设计图；

32、s503：基于所述地形调整设计图，执行成本效益分析，包括计算调整前后的风阻减少比例和成本增减，评估长期维护成本与风效益改善的关系，制定地形调整方案。

33、作为本发明的进一步方案，将所述地形调整方案应用于实地地形，进行地形的核验和微调，检查调整效果，生成地形核验结果的步骤具体为：

34、s601：基于所述地形调整方案，在指定的实地地形上部署全站仪和激光扫描仪，对关键地形点进行测量，记录每个点的高度、坡度和坐标，生成地形测量数据；

35、s602：根据所述地形测量数据，对目标地形特征进行细化调整，包括土堆移动、坡度调整和地形特征的形态改变，利用全站仪重新测量调整区域，确定调整符合预设目标，生成地形调整执行记录；

36、s603：对比所述地形调整执行记录与初始测量数据，分析地形调整前后的变化，包括风速和气流受阻区域的改善情况，根据对比结果决定是否进行微调，生成地形核验结果。

37、基于cfd的半削山体地形优化系统，所述基于cfd的半削山体地形优化系统用于执行上述基于cfd的半削山体地形优化方法，所述系统包括：

38、地形结构细化模块使用激光扫描仪，捕捉每个点的三维坐标和反射率信息，进行初步数据处理，剔除无效数据点，并进行坐标重整和反射率校正，生成地形原始数据集；

39、网格结构定制模块基于所述地形原始数据集，创建连接相邻三维点的网格结构，调整连接节点形成网格，优化连接节点，进行网格重整，分类存储优化后的网格数据，生成优化网格模型；

40、动态风速分析模块利用所述优化网格模型，模拟并分析风速和气流方向，识别风速受阻和加速的关键区域，生成风速分析结果；

41、地形调整策略模块根据所述风速分析结果，设计地形调整措施，包括修改坡度和调整高度，优化气流路径，进行风速再分析，修正初步调整方案，生成地形调整计划；

42、施工效果验证模块基于所述地形调整计划，进行地形调整施工，并进行实地测试记录施工前后地形数据，对比并分析测试数据，记录调整后的地形变化，分类存储测试结果，生成施工核验结果。

43、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

44、本发明中，通过模拟与优化气流动力学参数来提高风速与气流路径的效率，在点云数据的处理中，通过优化点之间的连接逻辑和网格的结构，能够更精确地模拟实地地形，不仅提高数据的利用效率，也增强模型的准确性和适用性，在气流动力学模拟中，通过精细的调整风速和气流方向，能够有效识别并改善受阻和加速区域，从而为后续的地形调整提供科学依据，能够实现对复杂地形的高效管理和优化，包括在风力发电领域，这种精细化的地形调整和优化可以显著提升发电效率和设备的稳定性。