本发明涉及雷达测风，尤其涉及一种基于激光雷达的三维风场构建系统。
背景技术：
1、随着技术的不断发展，推出的三维风场获取方法越发精确和先进。三维风场获取技术目前在风能、气象学、空气质量监测、航空航天、地质勘探和城市规划等领域得到广泛应用。这些技术利用激光雷达等先进手段，实时监测大气中的风速和风向，为风力发电优化、气象预测、城市规划等提供全面的环境信息，促进科学研究和决策制定。
2、目前，对于雷达测风有着多方面的研究，如中国发明专利cn113835104a公开了一种复杂地形三维扫描雷达测风系统、方法及设备，包括复杂地形三维扫描雷达控制系统，可以实现对同一高度位置处的径向风速测量，通过三台径向风速从而计算得到该高度位置处的水平方向风速、及垂直方向风速；如中国发明专利cn117250631a公开了一种基于lmd-tcn的激光雷达低空小尺度风切变区域告警方法，包括利用测风激光雷达对规定的下滑道扫描区域进行扫描，获得扫描区域内的径向风速数据信息；通过lmd-tcn方法对风速数据信息进行质量控制，进行风场的反演，得到扫描区域内各个测量点的径向速度；根据风场反演得到的相关数据信息，算出整个立体测量区域内的平均速度信息值根据上述各测量点的脉动速度信息，按照一定的规则发布风切变的告警信息；通过lmd-tcn方法可以去除径向风速数据中的异值点，再通过风场的反演和风场内脉动速度值的计算。
3、然而，目前对于山地等复杂地区使用二维平面风场不能全面反映风场内情况，故大多通过综合三种激光雷达的测量数据获取相关三维风场内某点的测风信息，这样不仅获取三维风场的时间成本大大加长，同时耗费人力也耗费算力。
4、因此，综上所述，现有技术存在对于山地等复杂地形的三维风场获取成本较高的问题。
技术实现思路
1、本技术实施例通过提供一种基于激光雷达的三维风场构建系统，解决了现有技术中对于山地等复杂地形的三维风场获取成本较高的问题，实现了降低对于山地等复杂地形的三维风场获取成本。
2、本技术实施例提供了一种基于激光雷达的三维风场构建系统，包括：定位信息获取模块、初级模型建立模块、测风信息获取模块、风场拼接指数分析模块、三维风场模型拼接模块；其中，所述定位信息获取模块，用于获取风力发电机组的定位信息，还用于获取激光雷达在风力发电机组上的安装位置信息；所述初级模型建立模块，用于根据定位信息和安装位置信息构建出三维初级模型；所述测风信息获取模块，用于通过激光雷达获取不同区域的测风信息；所述风场拼接指数分析模块，用于根据测风信息和激光雷达的安装位置信息构建风力发电机组对应的初步三维风场，根据风力发电机组的定位信息分析出风场拼接指数，所述风场拼接指数用于描述每两个初步三维风场的拼接适配度；所述三维风场模型拼接模块，用于根据风场拼接指数在三维初级模型中拼接完整三维风场，得出风电场的三维风场。
3、进一步的，所述初级模型建立模块包括风力发电机组建立单元、激光雷达模型建立单元；所述坐标系建立单元，用于选择最接近海拔零点的风力发电机组底端作为水平面原点，以自北往南方向为y正轴方向，以自西往东方向为x正轴方向，以海拔高度为z轴，以海拔零点为z轴原点，使用风力发电模拟工具建立三维坐标系；所述风力发电机组建立单元，用于确定风力发电机组坐标值，并获取风力发电机组的规格信息，通过风力发电模拟工具在三维坐标系中建立风力发电机组模型；所述激光雷达模型建立单元，用于根据激光雷达的安装位置信息，在风力发电机组模型上以点的形式标注其安装位置。
4、进一步的，所述确定风力发电机组坐标值的方法为：从每个风力发电机组的定位信息中提取出与其他风力发电机组之间的相对位置、各个风力发电机组底端所处的海拔；根据各个风力发电机组分别与水平面原点处的风力发电机组的相对位置，确定各个风力发电机组在三维坐标系中的水平面坐标；根据风力发电机组底端所处的海拔，确定其在z轴的坐标值。
5、进一步的，所述测风信息获取模块包括检测区域设置单元、循检动作设置单元和测风信息获取单元；所述检测区域设置单元，用于向用户提供可测风区域，获取用户设置的指定检测区域数据；所述循检动作设置单元，用于获取用户对不同指定检测区域设置的优先检测顺序数据；所述测风信息获取单元，用于根据优先检测顺序数据循环对指定检测区域进行检测，获取每个指定检测区域循环检测得出的测风信息；所述测风信息迭代单元，用于使用最近一次的对指定检测区域完成循环检测得到的测风信息，替换前一次循环检测得到的测风信息，同时保存被替换的测风信息，记为历史测风信息。
6、进一步的，所述激光雷达获取不同区域的测风信息具体指获取水平方向上各个检测区域对应的测风信息；所述检测区域为包括圆锥、圆台，所述圆锥或圆台的高平行于水平面。
7、进一步的，所述初步三维风场的具体构建方法为：获取激光雷达的多组测风信息；将风力发电机组俯视视角下的激光雷达测风信息进行水平切片，得到测风数据水平切片；以激光雷达为中心，分别将同一个水平面上不同区域的测风数据水平切片与中心进行拼接，得到水平切片拼接风场；将水平切片拼接风场输入风场信息补缺模型得出水平切片风场；依次将每两个水平切片风场按照激光雷达的安装位置信息对应的海拔值进行合并，得到风力发电机组的初步三维风场。
8、进一步的，所述风场信息补缺模型的获取方法为：获取用户设置的激光雷达指定检测区域；获取风力发电机组对应的历史风场水平切片信息，所述历史风场水平切片信息为将激光雷达进行360度风场检测得出的实际完整风场信息水平切片后得出的结果；提取出历史风场水平切片信息中处在指定检测区域的历史区域风场信息打上标签，所述历史风场水平切片信息与历史区域风场信息一一对应；将历史风场水平切片信息与历史区域风场信息进行预处理，并选择一定数量的历史风场水平切片信息及其对应的历史区域风场信息作为训练集，其他的作为验证集；将训练集的历史区域风场信息输入到卷积神经网络中，同时提供相应的历史风场水平切片信息作为输出目标，通过反向传播算法，自动学习输入和输出之间的关系，并根据损失函数自动调整优化预测结果，得出风场信息补缺初级模型；使用验证集来验证风场信息补缺初级模型，并根据验证集的表现选择表现最优的参数作为风场信息补缺模型的对应参数，得到风场信息补缺模型。
9、进一步的，所述风场拼接指数的具体分析方法为：根据风力发电机组的定位信息和其对应的初步三维风场数据，分析出非检测区域占比指数、距离符合指数、高度差异指数；综合分析非检测区域占比指数、距离符合指数、高度差异指数，分析出风场拼接指数；所述非检测区域占比指数，用于描述两个初步三维风场的拼接区域中非指定检测区域的占比程度；所述距离符合指数，用于描述两个初步三维风场的中轴线的距离与最大距离的符合程度；所述高度差异指数，用于描述两个初步三维风场的拼接区域的重叠高度与初步三维风场的平均高度之间的差异程度。
10、进一步的，所述风场拼接指数的具体计算公式为：式中，为当前待拼接初步三维风场j0与第j个初步三维风场之间的风场拼接指数，j是初步三维风场的编号，j＝1,2,3,...,j，j为除去当前待拼接初步三维风场j0的初步三维风场的总数，为当前待拼接初步三维风场j0与第j个初步三维风场之间的非检测区域占比指数，为当前待拼接初步三维风场j0与第j个初步三维风场之间的距离符合指数，为当前待拼接初步三维风场j0与第j个初步三维风场之间的高度差异指数，a1、a2、a3分别为非检测区域占比指数、距离符合指数、高度差异指数在风场拼接指数中的权重占比值。
11、进一步的，所述根据风场拼接指数在三维初级模型中拼接完整三维风场；若风场拼接指数为0，则两个初步三维风场不能拼接；如果风场拼接指数不为0，则两个初步三维风场能拼接；当两个初步三维风场能拼接时：优先选择距离最接近当前待拼接初步三维风场的一个初步三维风场进行拼接；若用户未设定当前待拼接初步三维风场，则选择最接近三维坐标系原点的初步三维风场作为当前待拼接初步三维风场；后续用已拼接的初步三维风场作为当前待拼接初步三维风场；若两个初步三维风场中指定检测区域的测风值和风场补缺的测风信息有重叠，则优先使用指定检测区域的测风值。
12、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
13、1、通过使用激光雷达获取定位和安装信息，以及获取不同区域的测风信息，构建出初步三维风场，根据风场拼接指数分析模块进一步对拼接适配度进行综合评估，最终，通过三维风场模型拼接模块将这些信息整合在一起，从而实现了对风电场整体三维风场的获取，进而实现了降低对于山地等复杂地形的三维风场获取成本，有效解决了现有技术中对于山地等复杂地形的三维风场获取成本较高的问题。
14、2、通过在风场拼接指数的综合分析考虑了非检测区域占比指数、距离符合指数、高度差异指数，从而更好地捕捉地形的复杂性，提高了对复杂地形的适应性，进而降低了整体获取成本。
15、3、通过充分利用激光雷达数据和历史风场信息，以及有效的训练和验证策略，建立了一个具有强大学习能力的风场信息补缺模型，从而提高了对风场信息的获取效率和准确性。
1.一种基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于，包括：定位信息获取模块、初级模型建立模块、测风信息获取模块、风场拼接指数分析模块、三维风场模型拼接模块；
2.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于：所述初级模型建立模块包括风力发电机组建立单元、激光雷达模型建立单元；
3.如权利要求2所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于，所述确定风力发电机组坐标值的方法为：
4.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于：所述测风信息获取模块包括检测区域设置单元、循检动作设置单元和测风信息获取单元；
5.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于，所述激光雷达获取不同区域的测风信息具体指获取水平方向上各个检测区域对应的测风信息；
6.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于：所述初步三维风场的具体构建方法为：
7.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于，所述风场信息补缺模型的获取方法为：
8.如权利要求1所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于：所述风场拼接指数的具体分析方法为：
9.如权利要求8所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于：所述风场拼接指数的具体计算公式为：
10.如权利要求9所述基于激光雷达的三维风场构建系统，其特征在于，所述根据风场拼接指数在三维初级模型中拼接完整三维风场；
