一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法技術

本發明專利技術涉及道路運輸信息技術領域，具體涉及一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法。該方法提出利用數值模擬風機部件在運輸道路上運動形態的方法，從而構建數值碰撞試驗模型。為解決風機裝備運輸時，大件設備是否能無障礙過彎問題提供一個快速有效的工具。該方法還提出點云邊界掃描方法，并通過相對差異模型尋找碰撞點，最后利用黎曼

【技術實現步驟摘要】
一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法


[0001]本專利技術涉及道路運輸信息
，具體而言，涉及一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法。

技術介紹

[0002]風電裝備運輸是風電項目中一個難點，對風電裝備運輸進行數值碰撞模擬是在道路運輸中提高運輸效率重要的非工程措施。目前，風電設備運輸的研究，有通過CAD技術對運輸道路過程進行優化，該方法雖然對掃掠軌跡進行了優化，但是對風機葉片軌跡的模擬刻畫不細致。也有利用AutoTURN對風電場進行道路平面線參數優化，AutoTURN可以高效展示風機部件通過彎道的軌跡，但是未能展示風機葉片與道路外障礙物碰撞情況。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的在于提供一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法，將風機部件、運輸車輛和實際三維地形參數通過語義描述導入Java平臺中，根據實際車輛行駛軌跡和葉片塔筒轉動規則與三維地形進行碰撞試驗模擬，得到精確碰撞位置和碰撞體積。這樣可以避免在實際工程中的運輸事故，以致延誤工期和造成不必要經濟損失，為提高風電運輸時效性和經濟性提出新方案。
[0004]本專利技術的實施例是這樣實現的：
[0005]一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法，結合工程車輛實際行駛姿態，提出一種數值模擬程序。將風機部件、運輸車輛和實際三維地形參數通過語義描述導入Java平臺中，根據實際車輛行駛軌跡和葉片塔筒轉動規則與三維地形進行碰撞試驗模擬，得到精確碰撞位置和碰撞體積，其主要步驟如下：
[0006]步驟1：通過無人機對地形和道路數據進行采集，接著對點云數據中點云邊界進行提取。對于輸出的間距為d的規則路面點云數據Ω{P(x,y,z)}，收集所有點云數據的x坐標生成集合X＝{x1,x2,
…
,x
n
}，以d為精度離散[min X,max X]生成規則的集合
[0007]步驟2：對于可生成與對應且有序的y坐標的集合則點即為對應于X
R
的邊界點集合T
X
{P(x,y,z)}中的點，為與相對應z的坐標。按照相同的規律，可生成對應于y坐標的邊界點集合T
Y
{P(x,y,z)}。邊界點集合T
X
、T
Y
可能存在相同的點，去除相同點并合并可生成邊界點集合T，即T＝T
X
∪T
Y
。
[0008]步驟3：結合有限元和向量分析的方法，將風機運輸裝置數據化。
[0009]步驟4：通過給定參數構建風機葉片運動軌跡模型R1。
[0010]步驟5：從現場采集場地信息，構建待定碰撞矩陣R2，模擬碰撞耦合成確定碰撞矩
陣V。
[0011]步驟6：通過相對差異模型，融入機載LIDAR數據、航拍圖像和觀測信息的現場信息，優化參數d，構造矩陣V的吸引域V1和排斥域V2。將葉片運動軌跡吸引域范圍內的障礙物點坐標歸納于矩陣H中，并對該矩陣內的點坐標與每個相應的葉片軌跡點坐標進行比較，若軌跡點Z1值小于矩陣內某個點的Z2值，則把該矩陣內的點提取，將整個運動階段提取的所有點歸納于碰撞點矩陣D中。
[0012]步驟7：碰撞點邊界求解，通過求得的葉片整個運動階段過程中碰撞點矩陣D，利用求解道路邊界點的公式及其原理，求得整個階段碰撞點的邊界矩陣D
′
。
[0013]步驟8：碰撞點面積計算采用黎曼－斯蒂爾杰斯積分的三維化應用。邊界矩陣D
′
的一個碰撞分割U
′
是指在此矩陣中取一個有限的碰撞面微元，每個碰撞面微元叫做一個子碰撞面。定義d為這些子碰撞面積的離散精度。取樣分割，邊界矩陣D
′
的一個取樣分割是指在進行分割后，于每一個子碰撞面中取出一點h。求得U
′
＝(u
′
h
)，u
′
h
為非歸一化的對應碰撞點面積。
[0014]步驟9：對于h點子碰撞面進行歸一化處理，得到最終的歸一化對應碰撞總面積U＝(u
h
)。
[0015]進一步地，所述步驟1中的集合X
R
滿足
[0016]進一步地，所述步驟2中道路邊界上的點的坐標y的集合y
B
符合如下規律：
[0017][0018]所述集合滿足
[0019]進一步地，所述步驟3中的所述風機運輸裝置包括牽引車、帶轉向功能車箱以及風機葉片。
[0020]進一步地，所述步驟3中所述將風機運輸裝置數據化具體為將風機運輸裝置運動軌跡矩陣化：
[0021]R＝{(x
i1
,y
i1
,z
i1
),(x
i2
,y
i2
,z
i2
)
…
(x
im
,y
im
,z
im
)}
[0022]式中，m＝1，2，
…
i＝1，2，
…
，R為運動軌跡矩陣，i為階段數，m為控制點號。
[0023]進一步地，所述步驟6中所述的相對差異模型定義為：融入機載LIDAR數據、航拍圖像和觀測信息的現場信息，優化參數d，構造矩陣V的吸引域V1和排斥域V2，其中d1＝|x
M
?
x|,d2＝|y
M
?
y|，設風機葉片運動軌跡點M,障礙物點如a,b等，將每個在葉片運動軌跡點吸引域范圍內，障礙物的點坐標歸納于矩陣H中，并對該矩陣內的點坐標與每個相應的葉片軌跡點坐標進行比較，若軌跡點Z1值小于矩陣內某個點的Z2值，則把該矩陣內的點提取，將整個運動階段提取的所有點歸納于碰撞點矩陣D中。
[0024]進一步地，所述步驟8中u
′
h
滿足公式：
[0025][0026]進一步地，所述步驟9滿足中u
h
滿足公式：
[0027][0028]本專利技術實施例的技術方案的有益效果包括：
[0029]本專利技術實施例提供的一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法，提出利用數值模擬風機部件在運輸道路上運動形態的方法，從而構建數值碰撞試驗模型。為解決風機裝備運輸時，大件設備是否能無障礙過彎問題提供一個快速有效的工具。提出點云邊界掃描方法，并通過相對差異模型尋找碰撞點，最后利用黎曼－斯蒂爾杰斯積分的三維化應用，計算出風機裝備與障礙物碰撞的具體位置和方量。為大件運輸遇到障礙時，制定拆除障礙方案提供有效參考依據。
附圖說明
[0030]為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本專利技術的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種針對風電裝備運輸進行數值碰撞實驗模擬的方法，其特征在于：結合工程車輛實際行駛姿態，提出一種數值模擬程序。將風機部件、運輸車輛和實際三維地形參數通過語義描述導入Java平臺中，根據實際車輛行駛軌跡和葉片塔筒轉動規則與三維地形進行碰撞試驗模擬，得到精確碰撞位置和碰撞體積，其主要步驟如下：步驟1：通過無人機對地形和道路數據進行采集，接著對點云數據中點云邊界進行提取。對于輸出的間距為d的規則路面點云數據Ω{P(x,y,z)}，收集所有點云數據的x坐標生成集合X＝{x1,x2,
…
,x
n
}，以d為精度離散[min X,max X]生成規則的集合步驟2：對于可生成與對應且有序的y坐標的集合則點即為對應于X
R
的邊界點集合T
X
{P(x,y,z)}中的點，為與相對應z的坐標。按照相同的規律，可生成對應于
y
坐標的邊界點集合T
Y
{P(x,y,z)}。邊界點集合T
X
、T
Y
可能存在相同的點，去除相同點并合并可生成邊界點集合T，即T＝T
X
∪T
Y
。步驟3：結合有限元和向量分析的方法，將風機運輸裝置數據化。步驟4：通過給定參數構建風機葉片運動軌跡模型R1。步驟5：從現場采集場地信息，構建待定碰撞矩陣R2，模擬碰撞耦合成確定碰撞矩陣V。步驟6：通過相對差異模型，融入機載LIDAR數據、航拍圖像和觀測信息的現場信息，優化參數d，構造矩陣V的吸引域V1和排斥域V2。將葉片運動軌跡吸引域范圍內的障礙物點坐標歸納于矩陣H中，并對該矩陣內的點坐標與每個相應的葉片軌跡點坐標進行比較，若軌跡點Z1值小于矩陣內某個點的Z2值，則把該矩陣內的點提取，將整個運動階段提取的所有點歸納于碰撞點矩陣D中。步驟7：碰撞點邊界求解，通過求得的葉片整個運動階段過程中碰撞點矩陣D，利用求解道路邊界點的公式及其原理，求得整個階段碰撞點的邊界矩陣D
′
。步驟8：碰撞點面積計算采用黎曼－斯蒂爾杰斯積分的三維化應用。邊界矩陣D
′
的一個碰撞分割U
′
是指在此矩陣中取一個有限的碰撞面微元，每個碰撞面微元叫做一個子碰撞面。定義d為這些子碰撞面積的離散精度。取樣分割，邊界矩陣D
′
的一個取樣分割是指在進行分割后，于每一個子碰撞面中取出一點h。求得U
′
＝(u
′
h
)，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：付俊峰，李玥康，魏博文，劉小林，華偉，李志偉，何中政，黃佩兵，黃子勝，羅育華，徐富剛，李怡靜，
申請(專利權)人：中國電建集團江西省水電工程局有限公司，
類型：發明
國別省市：