基于DSM的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置与流程

基于dsm的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置
技术领域
1.本发明属于光伏规划技术领域，涉及一种光伏道路边坡选址方法，特别是涉及一种基于dsm的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置。


背景技术：

2.规划利用太阳能发电，其中，发展分布式光伏是优化能源结构、推动节能减排的一个重要举措。将光伏发电技术应用到道路路侧是当前常见的一种“光伏+交通”的应用模式，将光伏组件由支架铺设于道路沿线边坡上，以充分开发利用公共土地，充分利用道路路域的土地资源，在发电的同时还有护坡的功能。
3.当前有关光伏道路边坡(photovoltaic road slope,pvrs)的选址方法缺乏对地表接收太阳辐射量的精确评估，鲜有考虑边坡坡度、朝向等地形条件对太阳辐射的影响，ashrae晴空模型用于模拟晴天条件下水平面接收的太阳辐射，goswami对ashrae模型进行改进(goswami d y.principles ofsolar engineering[m].crc press,2015.)，使其可以计算倾斜表面接收的太阳辐射，但未考虑不同时间段山体阴影遮挡对地表接收太阳辐射的影响，导致缺乏对光伏发电潜力的精确评估。
[0004]
因此，现有的光伏道路边坡选址技术中，由于缺乏对地表接收太阳辐射的精确评估、以及未考虑不同时间段内山体阴影遮挡对地表接收太阳辐射的影响，从而导致缺乏对光伏发电潜力评估不够精确的问题。


技术实现要素：

[0005]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置，用于解决现有技术缺乏考虑边坡坡度、朝向等地形条件对接收太阳辐射量产生的影响，以及对光伏发电潜力的评估不够精确的问题。
[0006]
为实现上述目的及其他相关目的，第一方面，本技术提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址方法，包括以下步骤：获取目标区域的dsm数据；获取目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据；基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层；基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图；基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的最优安装区域。
[0007]
在第一方面的一种实现方式中，所述栅格坡度的范围为：0-90度；所述栅格坡向范围为：0-360度。
[0008]
在第一方面的一种实现方式中，所述瞬时辐射包括：天空漫射辐射、地面反射辐射和太阳直接辐射；所述某一时刻倾斜表面接收的总太阳辐射计算公式为：
[0009]
ic＝i
d,c
+i
r,c
+i
b,c
[0010]
其中，ic表示倾斜表面当前时刻接收的总太阳辐射；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻
接收的瞬时天空漫射辐射；i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射；i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射。
[0011]
在第一方面的一种实现方式中，所述倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射的计算公式为：
[0012]id,c
＝i
d,h cos2(β/2)
[0013][0014][0015][0016]
d＝0.202+0.852τ
b-0.007τ
d-0.357τbτd[0017]
其中，i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射值；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射辐射值；β表示倾斜面与水平面之间的夹角；i表示直接太阳辐射，即到达地球表面而不改变方向的那部分太阳辐射；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；i0表示太阳常数；n表示天数序号；α表示当前时刻的太阳高度角；τb表示当地的直射光学深度；τd表示漫射光学深度；d表示漫射大气质量指数。
[0018]
在第一方面的一种实现方式中，所述某一时刻倾斜表面接收的地面反射的太阳辐射的计算公式为：
[0019]ir,c
＝ρi
h sin2(β/2)
[0020]
ih＝i
h,n
sinα+i
d,h
[0021][0022]
b＝1.219-0.043τ
b-0.151τ
d-0.204τbτd[0023]
其中，i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射；ρ表示地面反射率；ih表示水平表面上接收的总太阳辐射；β表示倾斜面与水平面的夹角；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射；表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射；i表示直接太阳辐射；τb表示当地的直射光学深度；b表示直射大气质量指数；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；τd表示漫射光学深度。
[0024]
在第一方面的一种实现方式中，所述某一时刻倾斜表面接收的太阳直接辐射的计算公式为：
[0025]ib,c
＝i
b,n
cosi
[0026]
cosi＝cosαcos(α
s-αw)sinβ+sinαcosβ
[0027]
其中，i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；α表示当前时刻的太阳高度角；β表示倾斜面与水平面的夹角；αw表示倾斜表面方位角；αs表示当前时刻的太阳方位角。
[0028]
在第一方面的一种实现方式中，还包括以下步骤：采用gis系统对所述dsm数据进行处理，以生成某一时刻太阳光照下的阴影二值图；基于所述阴影二值图，获取所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值。
[0029]
在第一方面的一种实现方式中，所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值的计算公式为：
[0030]
i'h＝c
sib,n
sinα+i
d,h
[0031]
i'
r,c
＝ρi'hsin2(β/2)
[0032]
i'
b,c
＝c
sib,n
cosi
[0033]
i'c＝i'
r,c
+i
d,c
+i'
b,c
[0034]
其中，cs表示当前时刻产生的阴影图层；α表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射；ρ表示地面反射率；β表示倾斜面与水平面的夹角；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射；i'c表示某一时刻的引入阴影遮挡后的接收太阳辐射的总瞬时辐射；i'
r,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡后的地面反向辐射；i'
b,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡的太阳直接辐射。
[0035]
在第一方面的一种实现方式中，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射包括以下步骤：选取任一时间段，并将该时间段划分为基于相等的时间间隔，计算每个时间间隔的瞬时太阳辐射值；基于所述时间间隔的瞬时太阳辐射值，获取该时间段内的全部太阳辐射量。
[0036]
第二方面，本技术提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址系统，包括：获取模块，用于获取目标区域的dsm数据，以及目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据；数据处理模块，用于基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图；以及基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的安装区域。
[0037]
最后一方面，本技术提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址装置，包括：处理器及存储器。所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器与所述存储器相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述基于dsm的光伏道路边坡选址装置执行所述基于dsm的光伏道路边坡选址方法。
[0038]
如上所述，本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置，具有以下有益效果：
[0039]
本技术利用高精度dsm数据能够对地表接收的太阳辐射量进行精确评估，考虑了边坡坡度、朝向等地形条件及不同时间段山体等阴影遮挡对地表接收太阳辐射的影响，使得光伏发电量计算更加精确，适用于大区域范围光伏边坡的选址研究，对新能源电力系统的发展具有重要意义。
附图说明
[0040]
图1显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法于一实施例中的流程示意图。
[0041]
图2显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法于应用场景中的实施示意图。
[0042]
图3显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法中的某一时刻的瞬时辐射
示意图。
[0043]
图4显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法中的阴影二值图示意图。
[0044]
图5显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址系统于一实施例中的原理结构示意图。
[0045]
图6显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址装置于一实施例中的原理结构示意图。
[0046]
元件标号说明
[0047]
51
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
获取模块
[0048]
52
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
数据处理模块
[0049]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
处理器
[0050]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
存储器
[0051]
s11～s16 步骤
具体实施方式
[0052]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0053]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0054]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中所提供的基于dsm的光伏道路边坡选址方法进行详细描述。
[0055]
请参阅图1和图2，分别显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法于一实施例中的流程示意图和本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法于应用场景中的实施示意图。如图1和图2所示，本实施例提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址方法。
[0056]
所述基于dsm的光伏道路边坡选址方法具体包括以下步骤：
[0057]
s11，获取目标区域的dsm数据。
[0058]
获取目标区域范围内的5米dsm数据。
[0059]
dsm(digital surface model，数字地表模型)是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。地形是指地球表面的高低起伏形态，高程是描述地表起伏形态最基本的几何量，而数字高程数据则是对地形高程信息的数字化表达，在气候、气象、地形地貌、地质灾害、土壤和水文等各方面拥有着广泛的应用。
[0060]
本实施例中，将dsm用于光伏道路边坡选址中技术中。在目标区域内获取5米dsm数据，即目标区域内采用的水平分辨率是5米。
[0061]
s12，获取目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据。
[0062]
获取目标区域范围内高速公路的道路矢量面数据，并向道路矢量面两边做10米缓
冲区，得到道路缓冲区矢量面。
[0063]
缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形区域。
[0064]
本实施例中，在目标区域内道路两侧分别建立了10米的缓冲区域，两侧共形成宽度为20米的缓冲区。本实施例优选采用arcgis的方法建立道路缓冲区。
[0065]
具体地，打开arcgis,导入目标区域内高速公路的shp文件，但此时该矢量面仅完全覆盖高速公路，无法看出周围的地理特征，需建立缓冲区。然后打开arcgis的arctoolbox工具箱，进入分析工具中，选择邻域分析中的缓冲区。然后，在缓冲区设置中设置输入要素、输出要素、距离、侧类型、末端类型、融合类型等元素；其中，距离即表示缓冲区的宽度。最终可以生成对应的目标区域内的高速公路的道路缓冲区，其数据保存在道路缓冲区的shp文件中。
[0066]
同样地，本技术中的建立道路缓冲区的方法中，可采用如：arcgis方法，但并不局限于该方法，能实现建立缓冲区的目标即可。
[0067]
s13，基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层。
[0068]
坡度是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度和水平距离的比值称为坡度。坡度的表示方法有百分比法、度数法、密位法和分数法四种；其中，以百分比法和度数法较为常用。
[0069]
例如：百分比法，是表示坡度最为常用的方法，即：两点的高程差与其水平距离的百分比。其计算公式如下：
[0070]
坡度＝(高程差/水平距离)
×
100％
[0071]
度数法，是用度数来表示坡度，利用反三角函数计算而得，其公式如下：
[0072]
tanα(坡度)＝高程差/水平距离
[0073]
本实施例中，通过采用gis处理软件arcgis中的坡度计算工具slope来实现该过程的。即：利用gis处理软件计算dsm图层每个栅格的坡度及坡向，每个栅格的坡度值范围为：0至90度；坡向范围为：0至360度，且以南为基准方向按顺时针进行衡量。
[0074]
本实施例中，是根据dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，后续将其作为参数计算出山体阴影二值图层。
[0075]
s14，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射。
[0076]
请参阅图3，显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法中的某一时刻的瞬时辐射示意图。
[0077]
本实施例中，将步骤s13中计算得到的栅格坡度和栅格坡向作为参数，输入goswami太阳辐射评估模型中，以获取目标区域内在某一天某一时刻的瞬时辐射。
[0078]
所述瞬时辐射包括：天空漫射辐射(sky diffuse radiation)、地面反射辐射(ground-reflected radiation)和太阳直接辐射(beam radiation)。
[0079]
具体地，由goswami改进的太阳辐射评估模型可得某一时刻倾斜表面接收的总太阳辐射的计算公式为：
[0080]
ic＝i
d,c
+i
r,c
+i
b,c
[0081]
其中，ic表示倾斜表面当前时刻接收的总太阳辐射(单位：w/m2)；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射(单位：w/m2)；i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射(单位：w/m2)；i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射。
[0082]
具体地，所述倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射的计算公式为：
[0083]id,c
＝i
d,h cos2(β/2)
[0084][0085][0086][0087]
d＝0.202+0.852τ
b-0.007τ
d-0.357τbτd[0088]
其中，i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射值(单位：w/m2)；i
d,h
表示水平表面上同时刻的瞬时天空漫射辐射辐射值(单位：w/m2)；β表示倾斜面与水平面之间的夹角(此处的夹角即是dsm数据的栅格的坡度)；i表示直接太阳辐射，即到达地球表面而不改变方向的那部分太阳辐射；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；i0表示太阳常数(单位：w/m2)；n表示天数序号，如：1月1日取值1；α表示当前时刻的太阳高度角；τb表示当地的直射光学深度(beam optical depth)；τd表示漫射光学深度(diffuse optical depth)，该值由地面观测站点获得；d表示漫射大气质量指数(diffuse air mass exponent)。
[0089]
所述某一时刻倾斜表面接收的地面反射的太阳辐射的计算公式为：
[0090]ir,c
＝ρi
h sin2(β/2)
[0091]
ih＝i
h,n
sinα+i
d,h
[0092][0093]
b＝1.219-0.043τ
b-0.151τ
d-0.204τbτd[0094]
其中，i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射(单位：w/m2)；ρ表示地面反射率(普通地面或是草地的话，通常假定地面反射率为0.2)；ih表示水平表面上接收的总太阳辐射(单位：w/m2)；β表示倾斜面与水平面的夹角(该夹角为栅格的坡度)；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射(单位：w/m2)；表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射(单位：w/m2)；i表示直接太阳辐射(即：到达地球表面而不改变方向的那部分太阳辐射)；τb表示当地的直射光学深度(beam optical depth)；b表示直射大气质量指数(beam airmass exponent)；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；τd表示漫射光学深度(diffuse optical depth)，由地面观测站点获得。
[0095]
所述某一时刻倾斜表面接收的太阳直接辐射的计算公式为：
[0096]ib,c
＝i
b,n
cosi
[0097]
cosi＝cosαcos(α
s-αw)sinβ+sinαcosβ
[0098]
其中，i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射(单位：w/m2)；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射(单位：w/m2)；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；α表示当前时刻的太阳高度角；β表示倾斜面与水平面的夹角(即：根据dsm数据计算的
栅格的坡度)；αw表示倾斜表面方位角(即：根据dsm数据计算的栅格的坡向)；αs表示当前时刻的太阳方位角(即：以正南为起始方向，以太阳光的入射方向为终止方向，按顺时针方向所测量的角度)。
[0099]
因此，由上述计算公式可以分别得到目标区域内某一时刻下倾斜表面上的天空漫射辐射、地面反射辐射和太阳直接辐射等数据，并计算三者之和，以获取目标区域内某一时刻下的倾斜表面上接收的总太阳辐射数据。
[0100]
采用gis系统对所述dsm数据进行处理，以生成某一时刻太阳光照下的阴影二值图；基于所述阴影二值图，获取所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值。
[0101]
本实施例中，利用dsm数据计算当前时刻太阳光照下的阴影二值图，并引入阴影遮挡对太阳辐射接收的影响，从而实现对goswami的太阳辐射评估模型进行改进。
[0102]
请参阅图4，显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址方法中的阴影二值图示意图。
[0103]
具体地，根据dsm数据生成某一时刻当前的太阳光照下产生的阴影二值图，其中，阴影遮挡部分为0值，其余为1值。将阴影二值栅格图层与垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接转向参数相乘，引入阴影遮挡对接收太阳辐射产生的影响，更新研究区域时刻的太阳直接辐射和地面反射辐射，进而与天空漫射辐射辐射相加对目标区域的总瞬时辐射进行更新。引入阴影遮挡所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值的计算公式为：
[0104]
i'h＝c
sib,n
sinα+i
d,h
[0105]
i'
r,c
＝ρi'hsin2(β/2)
[0106]
i'
b,c
＝c
sib,n cosi
[0107]
i'c＝i'
r,c
+i
d,c
+i'
b,c
[0108]
其中，cs表示当前时刻产生的阴影图层；α表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射(单位：w/m2)；ρ表示地面反射率(普通地面或草地通常假定为0.2)；β表示倾斜面与水平面的夹角(即：根据dsm数据计算得到的栅格坡度)；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射(单位：w/m2)；i'c表示某一时刻的引入阴影遮挡后的接收太阳辐射的总瞬时辐射(单位：w/m2)；i'
r,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡后的地面反向辐射(单位：w/m2)；i'
b,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡的太阳直接辐射(单位：w/m2)。
[0109]
选取任一时间段，并将该时间段划分为基于相等的时间间隔，计算每个时间间隔的瞬时太阳辐射值；基于所述时间间隔的瞬时太阳辐射值，获取该时间段内的全部太阳辐射量。
[0110]
本实施例中，采样选取某月的某一天，在日出时刻和日落时刻之间选取间隔相等时间的时刻，执行前述操作计算得到其瞬时太阳辐射，再乘以时间采样间隔(单位：h)推算全天的太阳辐射量，并以此方式推算得到全月及全年的太阳辐射量(kwh/m2)，得到当地晴空状况下的太阳辐射量栅格图，栅格值即为该栅格接收的太阳辐射量。
[0111]
s15，根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图。
[0112]
本实施例中，根据s14步骤中的总太阳辐射值估算全年光伏发电系统的年发电量。具体公式如下：
[0113]eg
＝k
×
p
am
×ham
/g
stc
[0114]
其中，eg表示光伏系统年发电量(单位：kwh)；k表示综合修正系数，为考虑了温度影响、组件表面尘埃及玻璃盖板老化损失、阵列组合损失和工作点偏离最大功率点损失的综合影响系数；p
am
表示光伏系统安装峰值功率(单位：kw)；h
am
表示倾斜面全年的太阳辐射量(kwh/m2)；g
stc
表示标准测试条件下的太阳辐照度(取1000w/m2)。
[0115]
s16，基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的安装区域。
[0116]
本实施例中，利用道路缓冲区矢量面裁剪s15中得到的光伏发电量栅格图，提取出发电量排名前20％的栅格，得到适宜安装光伏面板的区域。具体实施流程可采用计算机软件技术实现自动运行流程。
[0117]
使用本技术的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，能够对地表接收的太阳辐射量进行精确评估，考虑了边坡坡度、朝向等地形条件及不同时间段山体等阴影遮挡对地表接收太阳辐射的影响，使得光伏发电量计算更加精确，适用于大区域范围光伏边坡的选址研究，对新能源电力系统的发展具有重要意义。
[0118]
本技术实施例所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本技术的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本技术的保护范围内。
[0119]
本实施例另外还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述基于dsm的光伏道路边坡选址方法。
[0120]
在任何可能的技术细节结合层面，本技术可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本技术的各个方面的计算机可读程序指令。
[0121]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0122]
这里所描述的计算机可读程序可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。用于执行本技术操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据
或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本技术的各个方面。
[0123]
本技术实施例还提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址系统，所述基于dsm的光伏道路边坡选址系统可以实现本技术所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，但本技术所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的基于dsm的光伏道路边坡选址系统的结构，凡是根据本技术的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本技术的保护范围内。
[0124]
以下将结合图示对本实施例所提供的基于dsm的光伏道路边坡选址系统进行详细描述。
[0125]
本实施例提供一种基于dsm的光伏道路边坡选址系统。
[0126]
请参阅图5，显示为本发明的基于dsm的光伏道路边坡选址系统于一实施例中的原理结构示意图。
[0127]
如图5所示，所述基于dsm的光伏道路边坡选址系统包括：获取模块51和数据处理模块52。
[0128]
所述获取模块51用于获取目标区域的dsm数据，以及目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据。
[0129]
获取目标区域范围内的5米dsm数据。
[0130]
本实施例中，将dsm用于光伏道路边坡选址中技术中，对目标区域内获取5米dsm数据，即目标区域内采用的水平分辨率是5米。
[0131]
获取目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据。
[0132]
获取研究区范围内高速公路的道路矢量面数据，并向道路矢量面两边做10米缓冲区，得到道路缓冲区矢量面。缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体的周围，自动建立的一定宽度的多边形区域。
[0133]
本实施例中，在目标区域内道路两侧分别建立了10米的缓冲区域，两侧共形成宽度为20米的缓冲区。本实施例优选采用arcgis的方法建立道路缓冲区。
[0134]
具体地，打开arcgis,导入目标区域内高速公路的shp文件；但此时该矢量面仅完全覆盖高速公路，无法看出周围的地理特征，需建立缓冲区。然后打开arcgis的arctoolbox工具箱，进入分析工具中，选择邻域分析中的缓冲区。然后，在缓冲区设置中设置输入要素、输出要素、距离、侧类型、末端类型、融合类型等元素；其中，距离即表示缓冲区的宽度。最终可以生成对应的目标区域内的高速公路的道路缓冲区，其数据保存在道路缓冲区的shp文件中。
[0135]
同样地，本技术中的建立道路缓冲区的方法中，可采用如：arcgis方法，但并不局限于该方法，能实现建立缓冲区的目标即可。
[0136]
所述数据处理模块52与所述获取模块51相连，用于基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图；以及基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的最优安装区域。
[0137]
本实施例中，基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层。通过采用gis处理软件arcgis中的坡度计算工具slope来实现该过程的。即：利用gis处理软件计算dsm图层每个栅格的坡度及坡向，每个栅格的坡度值范围为：0至90度；坡向范围为：0至360度，且以南为基准方向按顺时针进行衡量。
[0138]
本实施例中，是根据dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，后续将其作为参数计算出山体阴影二值图层。
[0139]
基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射。
[0140]
本实施例中，将计算得到的栅格坡度和栅格坡向作为参数，输入goswami太阳辐射评估模型中，以获取目标区域内在某一天某一时刻的瞬时辐射。
[0141]
所述瞬时辐射包括：天空漫射辐射、地面反射辐射和太阳直接辐射。
[0142]
具体地，由goswami改进的太阳辐射评估模型可得某一时刻倾斜表面接收的总太阳辐射＝倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射+某一时刻倾斜表面接收的地面反射的太阳辐射+某一时刻倾斜表面接收的太阳直接辐射。
[0143]
因此，由上述计算公式可以分别得到目标区域内某一时刻下倾斜表面上的天空漫射辐射、地面反射辐射和太阳直接辐射等数据，并计算三者之和，以获取目标区域内某一时刻下的倾斜表面上接收的总太阳辐射数据。
[0144]
采用gis系统对所述dsm数据进行处理，以生成某一时刻太阳光照下的阴影二值图；基于所述阴影二值图，获取所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值。
[0145]
本实施例中，利用dsm数据计算当前时刻太阳光照下的阴影二值图，并引入阴影遮挡对太阳辐射接收的影响，从而实现对goswami的太阳辐射评估模型进行改进。
[0146]
具体地，根据dsm数据生成某一时刻当前的太阳光照下产生的阴影二值图，其中，阴影遮挡部分为0值，其余为1值。将阴影二值栅格图层与垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接转向参数相乘，引入阴影遮挡对接收太阳辐射产生的影响，更新研究区域时刻的太阳直接辐射和地面反射辐射，进而与天空漫射辐射辐射相加对目标区域的总瞬时辐射进行更新。
[0147]
选取任一时间段，并将该时间段划分为基于相等的时间间隔，计算每个时间间隔的瞬时太阳辐射值；基于所述时间间隔的瞬时太阳辐射值，获取该时间段内的全部太阳辐射量。
[0148]
本实施例中，采样选取某月的某一天，在日出时刻和日落时刻之间选取间隔相等时间的时刻，执行前述操作计算得到其瞬时太阳辐射，再乘以时间采样间隔(单位：h)推算全天的太阳辐射量，并以此方式推算得到全月及全年的太阳辐射量(kwh/m2)，得到当地晴
integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0157]
综上所述，本技术提供的基于dsm的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置具有以下有益效果：
[0158]
本技术利用高精度dsm数据能够对地表接收的太阳辐射量进行精确评估，考虑了边坡坡度、朝向等地形条件及不同时间段山体等阴影遮挡对地表接收太阳辐射的影响，使得光伏发电量计算更加精确，适用于大区域范围光伏边坡的选址研究，对新能源电力系统的发展具有重要意义。同时，该方法提高了模型精度，减少了计算量。
[0159]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标区域的dsm数据；获取目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据；基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层；基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图；基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的安装区域。2.根据权利要求1所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述栅格坡度的范围为：0-90度；所述栅格坡向范围为：0-360度。3.根据权利要求1所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述瞬时辐射包括：天空漫射辐射、地面反射辐射和太阳直接辐射；所述某一时刻倾斜表面接收的总太阳辐射计算公式为：i
c
＝i
d,c
+i
r,c
+i
b,c
其中，i
c
表示倾斜表面当前时刻接收的总太阳辐射；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射；i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射；i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射。4.根据权利要求3所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射的计算公式为：i
d,c
＝i
d,h
cos2(β/2)(β/2)(β/2)d＝0.202+0.852τ
b-0.007τ
d-0.357τ
b
τ
d
其中，i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射值；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射辐射值；β表示倾斜面与水平面之间的夹角；i表示直接太阳辐射，即到达地球表面而不改变方向的那部分太阳辐射；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；i0表示太阳常数；n表示天数序号；α表示当前时刻的太阳高度角；τ
b
表示当地的直射光学深度；τ
d
表示漫射光学深度；d表示漫射大气质量指数。5.根据权利要求3所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述某一时刻倾斜表面接收的地面反射的太阳辐射的计算公式为：i
r,c
＝ρi
h
sin2(β/2)i
h
＝i
h,n
sinα+i
d,h
b＝1.219-0.043τ
b-0.151τ
d-0.204τ
b
τ
d
其中，i
r,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的地面反射的太阳辐射；ρ表示地面反射率；i
h
表示水平表面上接收的总太阳辐射；β表示倾斜面与水平面的夹角；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射；表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射；i表示直接太阳辐射；τ
b
表示当地的直射光学深度；b表示直射大气质量指数；m表示太阳光穿过大气层的无量纲路径长度；τ
d
表示漫射光学深度。6.根据权利要求3所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述某一时刻倾斜表面接收的太阳直接辐射的计算公式为：i
b,c
＝i
b,n
cosicosi＝cosαcos(α
s-α
w
)sinβ+sinαcosβ其中，i
b,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的太阳直接辐射；i
b,n
表示垂直于太阳光线的倾斜表面接收的直接辐射；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；α表示当前时刻的太阳高度角；β表示倾斜面与水平面的夹角；α
w
表示倾斜表面方位角；α
s
表示当前时刻的太阳方位角。7.根据权利要求1所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，还包括以下步骤：采用gis系统对所述dsm数据进行处理，以生成某一时刻太阳光照下的阴影二值图；基于所述阴影二值图，获取所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值。8.根据权利要求7所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，所述目标区域内在某一时刻的总瞬时辐射值的计算公式为：i'
h
＝c
s
i
b,n
sinα+i
d,h
i'
r,c
＝ρi'
h
sin2(β/2)i'
b,c
＝c
s
i
b,n
cosii'
c
＝i'
r,c
+i
d,c
+i'
b,c
其中，c
s
表示当前时刻产生的阴影图层；α表示当前时刻的太阳高度角；i
d,h
表示水平表面上的瞬时天空漫射辐射；ρ表示地面反射率；β表示倾斜面与水平面的夹角；i表示太阳光线在倾斜表面上的入射角；i
d,c
表示倾斜表面上当前时刻接收的瞬时天空漫射辐射；i'
c
表示某一时刻的引入阴影遮挡后的接收太阳辐射的总瞬时辐射；i'
r,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡后的地面反向辐射；i'
b,c
表示某一时刻的引入阴影遮挡的太阳直接辐射。9.根据权利要求1所述的基于dsm的光伏道路边坡选址方法，其特征在于，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射包括以下步骤：选取任一时间段，并将该时间段划分为基于相等的时间间隔，计算每个时间间隔的瞬时太阳辐射值；基于所述时间间隔的瞬时太阳辐射值，获取该时间段内的全部太阳辐射量。10.一种基于dsm的光伏道路边坡选址系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标区域的dsm数据，以及目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据；
数据处理模块，用于基于所述dsm数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取所述栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层，基于所述栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据所述太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量，并得到光伏发电量栅格图；以及基于所述道路缓冲区矢量面数据裁剪所述光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的安装区域。11.一种基于dsm的光伏道路边坡选址装置，其特征在于，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器与所述存储器相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述基于dsm的光伏道路边坡选址装置执行权利要求1至8中任一项所述基于dsm的光伏道路边坡选址方法。

技术总结
本申请提供一种基于DSM的光伏道路边坡选址方法、系统、介质及装置，包括：获取目标区域的DSM数据；获取目标区域内的道路矢量面数据和道路缓冲区矢量面数据；基于DSM数据计算栅格坡度和栅格坡向，以获取栅格坡度和所述栅格坡向的栅格图层；基于栅格图层计算目标区域内的某一时刻的瞬时辐射，以获取出某一时间段内的太阳辐射；根据太阳辐射计算出光伏发电系统的年发电量并得到光伏发电量栅格图；基于道路缓冲区矢量面数据裁剪光伏发电量栅格图，以获取光伏面板的最优安装区域。本申请解决了现有技术缺乏考虑地形条件对接收太阳辐射量产生的影响，以及对光伏发电潜力的评估不够精确的技术问题，也为光伏发电模拟、城市能源规划等提供基础数据。提供基础数据。提供基础数据。


技术研发人员：卢玥岑 张靖 徐兵 徐东辉 姚顺雨 黄远远
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/1