[发明专利]用激光雷达传感器获取入射风场和对其建模的方法

说明书

本发明的一个主题涉及一种用于检测位于激光雷达传感器上游的空间中的入射风场的异常值的方法，其特征在于，所述方法包括：用激光雷达传感器获取入射风场的测量值rws(k)和对其建模的步骤，实时估计入射风场的测量值的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)的步骤以及使用经估计的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)实时检测异常值的步骤。

技术领域

本发明涉及用作用于测量风速的遥感装置的激光雷达(光检测和测距)传感器的领域。它还涉及配备有激光雷达传感器的风力涡轮机领域，并且涉及对这种风力涡轮机的控制。

背景技术

异常值的检测在许多数据处理任务中无处不在，涵盖诸如信号处理、工业控制等广泛领域。异常值的一个很好的定义是与其他测量值相差很大的测量值，以致怀疑它是由不同的机制引起的。

在风能领域，在过去的几年中，使用激光雷达对光进行检测和观察已被公认为是用于测量和预测风速的可靠且可行的遥感技术。

具体而言，激光雷达技术的最新进展促进了激光雷达在实时控制应用中的部署。激光雷达能够以高时空分辨率提供表征上游风量的测量值。专利申请FR 3013777(US2015145253)描述了这样的申请。使用激光雷达，将与检测到的数据的正常范围显著不同的测量值视为异常值。这些异常值可能是由传感器错误或数据传输错误引起的。

与测量值有关的风预测在很大程度上取决于激光雷达测量值的质量。由于激光雷达的测量数据不可避免地包含异常数据，包括由于诸如装置故障之类的原因而生成的错误数据或代表诸如不利的气象条件之类的特殊情况的有效数据，因此预测受到影响并且通常不是最优的。

此外，风场的重建包括估计风速和置信区间，并且通常,这两者都依赖于激光雷达测量值的质量。

因此，异常值的检测提供了使激光雷达数据应用可行所需的宝贵洞察。

出于从激光雷达数据收集更多有用信息的需求的动机，本发明旨在减轻上述缺点并提供一种允许异常值被实时移除的方法。该方式已针对安装在机舱上的激光雷达系统通过真实测量数据进行了验证。

发明内容

为此，本发明的第一方面涉及一种检测位于激光雷达传感器上游的空间中入射风场的异常值的方法，并且该方法的特征在于，其包括：

a)用激光雷达传感器获取入射风场的测量值rws(k)和对其建模的步骤；

b)实时估计入射风场的测量值的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)的步骤；以及

c)使用经估计的中值mr(k)和平均绝对偏差dr(k)实时检测异常值的步骤，所述检测步骤使用以下类型的公式进行：

|rws(k)-mr(k)|≤σdr(k)，此处σ为正标量。

根据本发明的一方面，入射风场的实时平均绝对偏差dr(k)由以下类型的公式给出：

根据本发明的一种实现，该方法包括通过从所述经建模的测量值rws(k)中移除所述检测到的异常值来重构所述激光雷达传感器的测量值的步骤。

因此，获得了没有异常值的干净的测量信号。

根据本发明的一方面，一种用激光雷达传感器获取位于所述激光雷达传感器上游的空间中的入射风场和对其建模的方法包括以下步骤：

a)生成位于所述激光雷达传感器上游的空间的网格的步骤，其中在该步骤中,使用位于预定义三维网格中的一组离散点生成空间的网格，其包括由估计点和测量点组成的一组单元格。