本发明专利技术公开了一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法，该法主要由以下四个功能模块组成：(1)栅格化高程数据生成模块，主要用于将目标山地区域的等高线数据，转化为栅格化的高程数据；(2)目标时间点太阳高度角与方位角计算模块，主要用于计算目标区域在目标时间点的太阳高度角与方位角信息；(3)目标时间点栅格化阴影分析模块，主要用于计算得到给定时间点的栅格化阴影数据；(4)目标时间段阴影分析模块，主要用于分析给定时间段内目标区域阴影情况。基于该法开发一款AutoCAD上的等高线阴影分析插件，能够根据用户的精度要求，在图纸上标记出目标区域在目标时间点、目标时间段的阴影区域，达到辅助光伏电站设计施工的目的。的。的。
【技术实现步骤摘要】
一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法
[0001]本专利技术涉及日照分析计算领域，特别涉及一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法。
技术介绍
[0002]近年来随着国内光伏电站的快速发展建设，可用来架设光伏电站的平坦区域日趋减少，山地区域将成为重要的光伏电站建设对象。山地区域地形复杂，在进行光伏电站建设时需要精确分析目标时间段(例如冬至日9点至15点)的山体阴影情况，以便为后续光伏电站的设计和施工提供参考。
[0003]当前在山地光伏电站设计时，对山体阴影区域分析主要有以下3种方法：
[0004]1)通过对目标区域进行实测记录，获取无阴影遮挡时间。如果需要得到全年的精确数据，需要长时间的实测记录信息，同时实测数据还会受实测当天的天气影响。
[0005]2)根据光伏电站所在地经纬度、山地海拔、坡度等参数，计算太阳赤纬、高度角、方位角等信息，再分析计算目标区域的阴影遮挡情况。对于地形较为复杂的山地区域，例如山谷、丘陵，很难对阴影区域的轮廓进行准确的分析计算。
[0006]3)利用部分辅助设计软件(例如SketchUp、Candela3D、ArcGIS)的内置算法进行目标区域的阴影分析。当前主要依赖于SketchUp等软件中内置的阴影分析算法(Canela3D基于SketchUp开发)，而SketchUp、ArcGIS作为商业软件，能够对模型所在地区域进行阴影和日照分析，但其计算为黑盒过程，且不能精确给出阴影区域的详细坐标信息，并缺少光伏电站设计时关心的目标时间段山体阴影分析功能。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法。
[0008]本专利技术所要解决的技术问题：
[0009]如何利用目标区域的等高线信息，获得离散的栅格化高程数据，再通过所在地经纬度及时间信息，计算分析目标区域在目标时间点、目标时间段的阴影情况，并可通过自定义单位栅格大小，改变阴影区域的分析计算精度，为山地光伏设计提供一种高效便利的日照阴影分析手段；
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：
[0011]一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法，主要由以下四个功能模块组成：(1)栅格化高程数据生成模块；(2)目标时间点太阳高度角与方位角计算模块；(3)目标时间点栅格化阴影分析模块；(4)目标时间段阴影分析模块。
[0012](一)各部分的主要功能
[0013](1)栅格化高程数据生成模块
[0014]栅格化高程数据生成模块主要用于将目标山地区域的等高线数据，转化为栅格化
的高程数据。具体的转化方法如下：
[0015]①
根据用户自定义的单位栅格大小，初始化覆盖目标区域的高程栅格数据矩阵，各栅格的初始高程值可设为0米；
[0016]②
若单位栅格中存在等高线信息，则该栅格高程数据设为等高线的高程值，如果单位栅格中存在多条等高线信息，可通过均值法、中值法，或取最高值法确定单位栅格的高程值；
[0017]③
对高程栅格数据矩阵进行若干次中值滤波、最大值滤波，或均值滤波等滤波算法处理，得到最终的栅格化高程数据。
[0018](2)目标时间点太阳高度角与方位角计算模块
[0019]目标时间点太阳高度角与方位角计算模块主要用于计算目标区域在目标时间点的太阳高度角与方位角信息。具体的计算过程如下：
[0020]①
根据日期信息，计算太阳的赤纬角；
[0021]②
根据经度信息和给定时间信息，计算太阳时角；
[0022]③
根据纬度信息、赤纬角和太阳时角，计算太阳高度角；
[0023]④
根据太阳高度角、纬度信息和赤纬角，计算太阳方位角。
[0024](3)目标时间点栅格化阴影分析模块
[0025]目标时间点栅格化阴影分析模块主要用于计算得到给定时间点的栅格化阴影数据。具体实现方式如下：
[0026]①
初始化阴影栅格数据矩阵，矩阵维数与高程栅格数据矩阵相同，初始值为0，表示无阴影。
[0027]②
根据高程栅格数据，逐个高程栅格分析阴影情况：
[0028]a)根据该栅格高程信息、太阳高度角信息，计算该栅格目标时间点的阴影长度；
[0029]b)根据阴影长度和太阳方位角信息，确定该栅格阴影可能会影响到的栅格区域；
[0030]c)根据可能受影响栅格的高程信息、太阳高度角信息，确定是否存在阴影，有阴影则将该栅格的阴影栅格数据置1。
[0031](4)目标时间段阴影分析模块
[0032]目标时间段阴影分析模块主要用于分析给定时间段内目标区域阴影情况，此处时间段为某一天中的连续时间段。具体实现方式如下：
[0033]①
在用户给定的时间段内，间隔N小时(可自定义间隔周期N)进行时间点采样，分别计算采样时间点的栅格化阴影数据；
[0034]②
将所有采样时间点的阴影栅格数据矩阵，按栅格位置进行或操作，即可得到目标时间段的阴影栅格数据矩阵。
[0035](二)具体工作流程
[0036](1)目标时间点的日照阴影区域计算
[0037]本专利技术所述方法，在获得目标区域等高线数据后，根据用户设定的单位栅格大小(单位栅格大小决定了阴影区域的计算精度)，分析计算目标时间点的日照阴影区域的具体步骤如下：
[0038]S1：根据目标区域大小以及单位栅格大小，初始化高程栅格数据矩阵，各栅格的初始高程值可设为0米；
[0039]S2：根据目标区域的等高线信息，计算高程栅格数据矩阵，并进行滤波处理，得到最终的栅格化高程数据；
[0040]S3：初始化阴影栅格数据矩阵，矩阵维数与高程栅格数据矩阵相同，初始值为0，表示无阴影；
[0041]S4：根据目标区域经纬度及时间点信息，计算太阳高度角与方位角；
[0042]S5：结合S2至S4的计算结果，计算阴影栅格数据，栅格中值为1表示有阴影，0表示无阴影；
[0043]S6：输出阴影栅格数据矩阵中为1的区域位置信息，即为日照阴影区域的分析结果。
[0044](2)目标时间段的日照阴影区域计算
[0045]本专利技术所述方法，分析计算目标时间段的日照阴影区域的具体步骤如下：
[0046]S1：根据目标区域大小以及单位栅格大小，初始化高程栅格数据矩阵，各栅格的初始高程值可设为0米；
[0047]S2：根据目标区域的等高线信息，计算高程栅格数据矩阵，并进行滤波处理，得到最终的栅格化高程数据；
[0048]S3：对目标时间段按照自定义间隔周期T，取N个采样时间点；
[0049]S4：参照目标时间点的日照阴影区域计算方法，完成N个采样时间点的阴影栅格数据计算；
[0050]S5：将S4计算得到的所有采样时间点的阴影栅格数据矩阵，按本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)若是分析计算目标时间点的日照阴影区域，则具体步骤包括：S1：根据目标区域大小以及单位栅格大小，初始化高程栅格数据矩阵，各栅格的初始高程值设为0米；S2：根据目标区域的等高线信息，计算高程栅格数据矩阵，并进行滤波处理，得到最终的栅格化高程数据；S3：初始化阴影栅格数据矩阵，矩阵维数与高程栅格数据矩阵相同，初始值为0，表示无阴影；S4：根据目标区域经纬度及时间点信息，计算太阳高度角与方位角；S5：结合S2至S4的计算结果，计算阴影栅格数据，栅格中值为1表示有阴影，0表示无阴影；S6：输出阴影栅格数据矩阵中为1的区域位置信息，即为日照阴影区域的分析结果；(2)若分析计算目标时间段的日照阴影区域，则具体步骤包括：S1：根据目标区域大小以及单位栅格大小，初始化高程栅格数据矩阵，各栅格的初始高程值设为0米；S2：根据目标区域的等高线信息，计算高程栅格数据矩阵，并进行滤波处理，得到最终的栅格化高程数据；S3：对目标时间段按照自定义间隔周期T，取N个采样时间点；S4：参照目标时间点的日照阴影区域计算方法，完成N个采样时间点的阴影栅格数据计算；S5：将S4计算得到的所有采样时间点的阴影栅格数据矩阵，按栅格位置进行或操作，得到目标时间段的阴影栅格数据矩阵；S6：输出阴影栅格数据矩阵中为1的区域位置信息，即为日照阴影区域的分析结果。2.根据权利要求1所述的一种利用山体等高线高效计算日照阴影区域的方法，其特征在于，该方法包括栅格化高程数据生成模块，所述栅格化高程数据生成模块具体的转化方法如下：
①
根据用户自...
【专利技术属性】
技术研发人员：董强，刘一君，吴国中，胡天翔，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：
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