[发明专利]植被风阻的测量方法及系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及植被风阻领域，特别涉及一种植被风阻的测量方法及系统。 

【背景技术】

植被风阻是由于地面植物的存在而引起的对于空气运动的阻力。因地球自传和热对流形成的风，吹过地面植物时，在植物下游形成紊乱漩涡，受到漩涡影响的区域成为尾迹区。尾迹区压强下降，使得植物迎风面压强高于背风面，这一压差就是植被风阻。植被风阻越大，对植物的冲击力越大，同时对空气运动的阻力越高。 

植物风阻在气象、环境等领域具有不可忽视的意义。由于植物风阻可以显著降低植物附近区域的风速，荒漠地区防治风沙危害的措施离不开植物；城市绿化植物滞留尘埃，降低空气中悬浮微粒数量的作用也与植被风阻性质有关。植物防风抗倒伏的能力受到植被风阻的影响，很多时候需要预测植被高度以下空间内的风速大小。精确的植物风阻测量方法能够提高气象模式，特别是微尺度气象模式的精度。另一方面，由于植被风阻降低了地面附近的风速，对风力发电存在间接负面影响，需要科学的计算和评估，早期的风能评估软件对地面植被采用的计算模型比较简单，目前一些先进的风场评估和选址软件已经开始逐步利用更好的植被风阻模式来提高评估精度，并取得改进效果，有助于更加充分合理的利用绿色能源。 

植被风阻主要是一种外形阻力，植物的形状是植被风阻的决定性因素，对植被形状特征参数的确定有不少方法。植物形状的多样性、复杂性和变化性使得植被风阻的精确测量非常困难。植被风阻的测量方法与计算流体力学(CFD)的 结合，为模拟均匀和非均匀植被层的影响效果带来了跨越式发展。早期考虑植被因素对近地层空气风速的影响是利用风速的对数垂直分布规律，通过零位移厚度和地面摩擦速度来表征的，简单方便，至今仍在气象等领域被广泛应用。这种方法的参数依靠实地测量拟合获得，数据获取不易。 

传统的植被风阻的测量方法，大多将植被风阻表示为动量守恒方程中的阻力源项，阻力源项是植被形状参数的函数，因此植物形状的数学模型是一个重要基础。植被形状参数以叶面积密度具有一定优势，但在树干导致的风阻明显的情况下，例如落叶乔木，单纯以叶面积密度为形状参数的模型不能获得令人满意的模拟结果。已有的植被风阻测量中，部分以叶面积密度为植物形状参数，或者利用植被所占的体积比例为植物形状参数，或者简化为由多个长方体构成的柱体群模型，这些测量方法测量的精度都不高。 

【发明内容】

基于此，有必要提供一种获得较高精度的植被风阻的测量方法。 

此外，还有必要提供一种获得较高精度的植被风阻的测量系统。 

一种植被风阻的测量方法，包括以下步骤： 

步骤S10，建立植被三维影像； 

步骤S20，对所述植被三维影像进行数据处理，获得植被形状参数，所述植被形状参数包括植被的最小包围盒、叶面积密度和树干当量直径，并将所述植被形状参数存储于参数数据库； 

步骤S30，模拟植被风阻效应的初始准备操作，包括设置空气流场模拟的边界条件和初始流场数据，划分流场网格； 

步骤S40，根据所述植被形状参数建立包含植被风阻模型的计算流体动力学模拟模式，并进行模拟处理； 

步骤S50，将所述模拟结果进行输出和显示。 

优选地，所述步骤S10具体包括以下步骤： 

利用遥感影像设备，对植被进行多角度拍摄，建立植被三维影像； 

对各个单株植被进行定位，确定植被的位置坐标。 

优选地，所述多角度拍摄的拍摄角度为4～8个。 

优选地，所述步骤S20具体包括以下步骤： 

根据所述植被三维影像，确定植被的最小包围盒； 

将所述植被三维影像分离为树叶和树干两部分影像； 

根据分离的植被树叶影像获取叶面积密度随高度的分布； 

根据分离的植被树干影像获取树干当量直径随高度的分布。 

优选地，所述步骤S20中采用图像处理方法计算所述叶面积密度和树干当量直径。 

优选地，所述步骤S40具体包括以下步骤： 

建立以植被风阻为阻力源项的基本方程组模型； 

根据所述植被形状参数分别计算得到树叶风阻和树干风阻，并根据所述树叶风阻和树干风阻获取植被风阻阻力源项； 

对所述基本方程组进行离散和并行化或串行化处理。 

优选地，获取植被风阻阻力源项的步骤具体是：计算所述植被风阻阻力源项为所述树叶风阻和树干风阻的和。 

优选地，所述树叶风阻的计算公式为：