[發明專利]基于星載SAR的近海岸海上風能資源遙感方法及系統

在審

• 申請號: 201410542837.9
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104268429A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 范開國;于興修;王瑤;傅斌;常俊芳
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01S13/90
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所 42212
• 代理人: 丁齊旭

技術領域

本發明涉及風能資源遙感技術領域，特別涉及一種基于星載SAR的近海岸海上風能資源遙感方法及系統。

背景技術

近海岸海上風能資源因其不占用土地資源、位置選擇空間大、有利于選擇場地、受環境制約少、風速更高、風能資源更為豐富、運輸和吊裝條件優越、風電機組單機容量更大、年利用小時數更高等優勢，世界各國正在紛紛發展本國的海上風電產業。

近海岸海上風能資源的開發首先要了解可利用風能資源的位置、儲量和覆蓋面積等，風電場的前期建設則需要知道建設范圍內風能資源的時空分布特征與潛在風電場的風機空間布設技術參數，為風電機的布設提供宏觀與微觀依據。因此風電場架設前期的海上風能資源研究工作直接影響到項目建設的經濟性。

對于近海岸海上風能資源的研究，根據陸上氣象臺站測風資料統計結果進行外推的傳統方法無法獲取近海岸海上高空間覆蓋密度的風場資料，而數值模擬技術其精度和分辨率都較低。隨著衛星遙感技術的發展，散射計等為海上風能資源研究提供了新的技術手段，但其分辨率過低，并且由于受到陸地回波的影響無法獲取近海岸有效風場信息，這對近海岸高分辨率海上風能資源研究失去了有效價值和意義。

合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)工作波長為厘米長度，可以不受云層、天氣等因素的影響，具有全天候、全天時、高分辨率、高空間覆蓋密度的優點，并且隨著越來越多載有SAR微波傳感器衛星的成功發射和SAR高分辨率海面風場反演技術的日漸成熟，應用SAR反演的高分辨率風場資料進行風能資源遙感研究，已成為近海岸海上風能資源研究的新技術手段。

現有的基于SAR圖像的風能資源遙感技術僅對近海岸海上風能資源進行了宏觀時、空特性研究，風電機尾流區的風場特征也僅給出了一些定性描述，無法獲得風能資源豐富區域的風能資源細微結構變化和風電機尾流區小尺度風場的空間定量變化特征數據，為潛在風電場提供相關的風機空間布設技術參數，因此風能資源的微觀分析不精確，也不利于風電場的風機布局。

發明內容

本發明提供一種能夠定量分析風電機尾流區小尺度風場的空間定量變化特征和風能資源細微結構變化的基于星載SAR的近海岸海上風能資源遙感方法及系統。

一種基于星載SAR的近海岸海上風能資源遙感方法，其包括以下步驟：

S1、對獲取的SAR遙感圖像進行長時間序列SAR海面風速反演處理，以獲取經過網格化處理后每個網格內長時間序列SAR海面風速值以及每個網格內海面風向值；根據每個網格內海面風向值生成風向玫瑰圖；

S2、通過每個網格內長時間序列SAR海面風速值獲得不同海拔高度的海面風速值，并通過極大似然估計法估算每個網格內Weibull分布模型中的尺度因子A和形狀因子k；通過所獲得的尺度因子A和形狀因子k計算不同海拔高度代表風能特征的平均風速值；

S3、計算不同海拔的空氣密度值；通過平均風速值以及不同海拔的空氣密度值計算獲得風能密度值；

S4、根據平均風速值、風能密度值、形狀因子k、尺度因子A和風向玫瑰圖生成不同海拔高度的SAR近岸海上風能資源的遙感結果分布圖(平均風速圖、風能密度圖、形狀因子k圖、尺度因子A圖和風向玫瑰圖)，并根據遙感結果分布圖獲取近海岸海上區域風能資源宏觀與微觀的時、空特性，給出潛在風電場與潛在風電場風能資源的微觀時、空特性；

S5、分析已建成風電廠單個風機的多時、向高分辨SAR風場空間變化特征和潛在風電場風能資源的細微結構變化，給出潛在風電場的風機空間布設技術參數，結合潛在風電場的風能資源的微觀研究結果，給出潛在風電場的風機布局。

一種基于星載SAR的近海岸海上風能資源遙感系統，其包括以下模塊：

反演模塊，用于對獲取的SAR遙感圖像進行長時間序列SAR海面風速反演處理，以獲取經過網格化處理后每個網格內長時間序列SAR海面風速值以及每個網格內海面風向值；并用于根據每個網格內海面風向值生成風向玫瑰圖；

參數確定模塊，用于通過每個網格內長時間序列SAR海面風速值獲得不同海拔高度的海面風速值，并用于通過極大似然估計法估算每個網格內不同海撥高度的Weibull分布模型中的尺度因子A和形狀因子k；還用于通過獲得的尺度因子A和形狀因子k計算不同海拔高度代表風能特征的平均風速值；

風能密度確定模塊，用于計算不同海拔的空氣密度值；并用于通過平均風速值以及不同海拔的空氣密度值計算獲得風能密度值；