一种路基边坡光伏布设适宜性评估方法与系统

本发明涉及属于交通与新能源交叉领域，具体涉及一种路基边坡光伏布设适宜性评估方法与系统。

背景技术：

1、当前高速公路路侧边坡已经成为光伏布设的重要空间资源。然而，边坡光伏属于跨领域复合工程，其选址评估必须统筹兼顾路基边坡稳定性、交通运行安全性、光伏适建性三个核心维度。目前现有技术存在严重割裂与缺陷：

2、（1）在路基边坡稳定性方面，现有选址方法往往忽略光伏支架及面板附加荷载对路基边坡力学平衡的影响，且传统极限平衡法计算繁琐，难以与空间地形快速联动，缺乏基于代理模型的快速解算方法。

3、（2）在交通运行安全性方面，申请号cn202310552680提出了一种考虑炫光影响的路侧光伏选址方法，通过矩阵向量计算反射光线并考虑频闪效应。但该方法属于特定时刻的静态校验，未考虑太阳高度角和方位角在全年时序上的连续变化，无法量化眩光对行车视觉干扰的真实累计时窗占比，且未能将行车视距与视觉安全作为独立运营期安全性指标纳入综合评估体系。

4、（3）在光伏适建性与评估逻辑方面，现有技术缺乏统筹三者的综合评估体系，且普遍采用单纯加权评分法，导致极危险的路基滑坡区或严重威胁行车安全的眩光区，可能因辐射量大而被加权平均为适宜区。同时，现有技术未对极低辐射或极小面积等不具备开发价值的区域进行经济效益否决，缺乏涵盖稳定性、交通运行安全性与适建性的三控底线约束机制。此外，现有数据获取多依赖单一航拍，未融合设计、施工和养护期资料构建数字孪生底座，数据保真度不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种路基边坡光伏布设适宜性评估方法与系统。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种高速公路路基边坡光伏布设适宜性评估方法，包括如下步骤:

4、s1、融合高速公路路基边坡全生命周期的多源异构资料，基于无人机倾斜摄影与数字孪生技术构建高保真数字孪生模型，提取边坡的空间几何与地形地质参数；

5、s2、划分路基边坡评价单元，构建涵盖路基边坡稳定性指标、交通运行安全性指标和光伏适建性指标的综合评价指标体系，并分别计算各维度指标值;

6、s3、基于所述综合评价指标体系，引入三控底线否决机制进行安全与效益筛查，对通过筛查的评价单元采用组合赋权算法计算各指标综合权重；

7、s4、将各评价单元的指标数据输入基于所述综合权重的多维度评估模型，输出各单元的光伏布设适宜度等级，生成适宜布设光伏的边坡区段决策结果。

8、进一步的，所述s1中融合多源异构资料并构建高保真数字孪生模型的具体方式为：

9、s11、采集高速公路路基边坡在设计阶段的图纸资料、施工阶段的地质编录资料以及养护阶段的监测数据;

10、s12、通过无人机倾斜摄影生成高精度三维实景模型，将所述三维实景模型与所述设计、施工、养护资料进行空间坐标配准与属性关联，构建包含表层几何形态与内部地质土层分布的数字孪生模型，从中提取坡体空间几何边界、岩土体分层及力学参数。

11、进一步的，所述s2中计算路基边坡稳定性指标的具体方式为：

12、采用基于极限平衡法预训练的代理模型，将数字孪生模型提取的边坡几何参数与岩土力学参数输入所述代理模型，计算得到天然状态下的抗滑力矩和下滑力矩;

13、计算光伏附加荷载产生的抗滑力矩增量和下滑力矩增量，基于力矩平衡关系计算路基边坡的安全系数，计算公式为:

14、。

15、进一步的，所述s2中计算交通运行安全性指标的具体方式为:

16、基于天文算法计算任意时刻的太阳高度角与方位角，构建动态入射光单位向量，其分量表达式为：

17、

18、基于光伏组件倾斜角与方位角，构建面板法向量，其分量表达式为：

19、

20、式中，为动态入射光单位向量的分量，为面板法向量的分量；

21、据镜面反射定律计算反射光单位向量，定义几何约束因，当时判定反射光线符合物理规律，通过坐标旋转变换矩阵将转换至水平坐标系，得到反射光线高度角和方位角；

22、构建以驾驶员眼睛为顶点、行车方向为中轴线的自适应视锥体模型，半视场角为车速的递减函数，计算公式为：

23、

24、计算时刻反射光线方向与驾驶员视线方向的夹角，当夹角小于时判定反射光线落入驾驶员视野；

25、计算相邻光伏组件间距在行驶速度下产生的频闪频率，换算公式为，当时判定触发频闪约束；

26、遍历全年日照时序，统计同时满足视锥体碰撞且触发频闪约束的时长，计算眩光高风险时窗占比，计算公式为:

27、

28、式中，p为眩光高风险时窗占比，t为全年总日照时长，i(t)为指示函数，当同时触发视锥碰撞和频闪约束时为1，否则为0，δt为时间步长，基于cie眩光指数模型同步计算眩光影响度gr。

29、进一步的，所述s2中计算光伏适建性指标的具体方式为：

30、采用ashrae晴空模型计算倾斜面太阳辐射量，其表达式为：

31、

32、式中gtβ为倾斜面太阳辐射量，为倾斜面上的直接辐射量，为倾斜面上的散射辐射量，为地面反射辐射量;

33、利用数字孪生模型模拟冬至日上午9点至下午3点的阴影分布，计算累积阴影面积占光伏布设总面积的比例，得到阴影遮挡率；

34、从数字孪生模型中提取边坡排水沟、检修道及不稳定岩块区域的几何数据，扣除上述区域后计算得到可用布设面积。

35、进一步的，所述s3中引入三控底线否决机制的具体方式为：

36、设定稳定性底线否决条件，当边坡安全系数时，判定评价单元不适宜布设光伏；

37、设定交通运行安全性底线否决条件，当眩光高风险时窗占比或眩光影响度时，判定评价单元不适宜布设光伏;

38、设定适建性底线否决条件，当倾斜面年太阳辐射量、阴影遮挡率或可用布设面积任一条件成立时，判定评价单元不适宜布设光伏；

39、当评价单元触发任一底线否决条件时，直接输出不适宜结论并终止后续评估流程，其中稳定性底线与交通运行安全性底线为安全前置约束，适建性底线为经济效益约束。

40、进一步的，所述s4中输出适宜度等级的具体方式为：

41、s41、采用topsis模型计算各评价单元与最优理想解的贴近度;

42、s42、基于贴近度划分适宜度等级:当时为极适宜区，当时为适宜区，当时为勉强适宜区;

43、s43、在数字孪生模型上以热力图形式可视化输出各边坡区段的适宜度等级及选址决策建议。

44、一种高速公路路基边坡光伏布设适宜性评估系统，包括：

45、空间数据解析模块，用于执行所述s1步骤，融合高速公路路基边坡全生命周期资料并构建数字孪生模型，提取空间几何与地形地质参数;

46、指标计算引擎模块，内置极限平衡法代理模型子模块、时空动态光线追踪子模块及ashrae辐射量计算子模块，用于执行所述s2步骤，耦合计算稳定性、交通运行安全性与适建性指标值;

47、智能评估决策模块，内置三控底线否决器与组合赋权-topsis算法模型，用于执行所述s3至s4步骤，输出适宜度分级结果及选址决策。

48、本发明具有以下有益效果：

49、（1）实现了全周期数据融合与数字孪生驱动，克服了传统评估数据静态单一的缺陷，将施工、养护实况纳入评估，保障底层数据真实性。

50、（2）实现了边坡稳定的秒级解算，引入极限平衡法代理模型，将传统耗时数小时的计算压缩至毫秒级，支撑了高速公路长路线边坡的批量和实时筛查。

51、（3）实现了眩光风险的精准时空量化，耦合动态车速、频闪效应与全年时序积分，真实反映高速行驶场景下的眩光危害时频。

52、（4）构建了严密的三控底线否决机制，从路基边坡稳定性、交通运行安全性和光伏适建性三个维度设立不可逾越的红线，彻底杜绝了致命风险被低危项平均化或无效投资的问题。