[发明专利]基于星载SAR的近海岸海上风能资源遥感方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风能资源遥感技术领域，特别涉及一种基于星载SAR的近海岸海上风能资源遥感方法及系统。

背景技术

近海岸海上风能资源因其不占用土地资源、位置选择空间大、有利于选择场地、受环境制约少、风速更高、风能资源更为丰富、运输和吊装条件优越、风电机组单机容量更大、年利用小时数更高等优势，世界各国正在纷纷发展本国的海上风电产业。

近海岸海上风能资源的开发首先要了解可利用风能资源的位置、储量和覆盖面积等，风电场的前期建设则需要知道建设范围内风能资源的时空分布特征与潜在风电场的风机空间布设技术参数，为风电机的布设提供宏观与微观依据。因此风电场架设前期的海上风能资源研究工作直接影响到项目建设的经济性。

对于近海岸海上风能资源的研究，根据陆上气象台站测风资料统计结果进行外推的传统方法无法获取近海岸海上高空间覆盖密度的风场资料，而数值模拟技术其精度和分辨率都较低。随着卫星遥感技术的发展，散射计等为海上风能资源研究提供了新的技术手段，但其分辨率过低，并且由于受到陆地回波的影响无法获取近海岸有效风场信息，这对近海岸高分辨率海上风能资源研究失去了有效价值和意义。

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)工作波长为厘米长度，可以不受云层、天气等因素的影响，具有全天候、全天时、高分辨率、高空间覆盖密度的优点，并且随着越来越多载有SAR微波传感器卫星的成功发射和SAR高分辨率海面风场反演技术的日渐成熟，应用SAR反演的高分辨率风场资料进行风能资源遥感研究，已成为近海岸海上风能资源研究的新技术手段。

现有的基于SAR图像的风能资源遥感技术仅对近海岸海上风能资源进行了宏观时、空特性研究，风电机尾流区的风场特征也仅给出了一些定性描述，无法获得风能资源丰富区域的风能资源细微结构变化和风电机尾流区小尺度风场的空间定量变化特征数据，为潜在风电场提供相关的风机空间布设技术参数，因此风能资源的微观分析不精确，也不利于风电场的风机布局。

发明内容

本发明提供一种能够定量分析风电机尾流区小尺度风场的空间定量变化特征和风能资源细微结构变化的基于星载SAR的近海岸海上风能资源遥感方法及系统。

一种基于星载SAR的近海岸海上风能资源遥感方法，其包括以下步骤：

S1、对获取的SAR遥感图像进行长时间序列SAR海面风速反演处理，以获取经过网格化处理后每个网格内长时间序列SAR海面风速值以及每个网格内海面风向值；根据每个网格内海面风向值生成风向玫瑰图；

S2、通过每个网格内长时间序列SAR海面风速值获得不同海拔高度的海面风速值，并通过极大似然估计法估算每个网格内Weibull分布模型中的尺度因子A和形状因子k；通过所获得的尺度因子A和形状因子k计算不同海拔高度代表风能特征的平均风速值；

S3、计算不同海拔的空气密度值；通过平均风速值以及不同海拔的空气密度值计算获得风能密度值；

S4、根据平均风速值、风能密度值、形状因子k、尺度因子A和风向玫瑰图生成不同海拔高度的SAR近岸海上风能资源的遥感结果分布图(平均风速图、风能密度图、形状因子k图、尺度因子A图和风向玫瑰图)，并根据遥感结果分布图获取近海岸海上区域风能资源宏观与微观的时、空特性，给出潜在风电场与潜在风电场风能资源的微观时、空特性；

S5、分析已建成风电厂单个风机的多时、向高分辨SAR风场空间变化特征和潜在风电场风能资源的细微结构变化，给出潜在风电场的风机空间布设技术参数，结合潜在风电场的风能资源的微观研究结果，给出潜在风电场的风机布局。

一种基于星载SAR的近海岸海上风能资源遥感系统，其包括以下模块：

反演模块，用于对获取的SAR遥感图像进行长时间序列SAR海面风速反演处理，以获取经过网格化处理后每个网格内长时间序列SAR海面风速值以及每个网格内海面风向值；并用于根据每个网格内海面风向值生成风向玫瑰图；

参数确定模块，用于通过每个网格内长时间序列SAR海面风速值获得不同海拔高度的海面风速值，并用于通过极大似然估计法估算每个网格内不同海拨高度的Weibull分布模型中的尺度因子A和形状因子k；还用于通过获得的尺度因子A和形状因子k计算不同海拔高度代表风能特征的平均风速值；

风能密度确定模块，用于计算不同海拔的空气密度值；并用于通过平均风速值以及不同海拔的空气密度值计算获得风能密度值；