基于可见光成像与天气识别的三维激光测风方法及系统与流程

本发明涉及激光测风控制，具体为基于可见光成像与天气识别的三维激光测风方法及系统。

背景技术：

1、现有三维激光雷达测风通常在预设俯仰角下进行水平周向扫描，并依据测量质量信息判断测风数据的可靠性。当降雨、降雪、雾或低云等天气影响导致不同方位角及不同测风高度层的测风质量产生差异时，现有技术通常依据单点测量质量或固定阈值进行异常判断，难以结合天气影响在不同测风高度层中的空间分布确定当前俯仰角对应的整体风险。进一步地，在当前俯仰角的测风表现受到天气影响时，现有技术通常采用预设的俯仰角调整方向或固定调整步长进行重新扫描，难以根据高风险区域相对于目标测风高度的分布确定实际调整方向，也难以结合历史调整所产生的风险改善程度以及本次调整后的实际风险变化对调整步长进行适应性修正，从而导致俯仰角调整与天气影响的实际空间分布及变化情况不匹配。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

2、基于可见光成像与天气识别的三维激光测风方法，所述方法包括：

3、s1：获取可见光图像，控制三维激光雷达在当前俯仰角下进行水平周向扫描，获取多个距离门对应的径向风速及测量质量信息，形成多高度层vad环带测风数据，确定当前天气状态及天气影响区域；

4、s2：根据各测风高度层中天气影响区域与对应的环带天气交叠程度、测风失真程度及天气影响规模程度，确定各测风高度层的区域风险耦合值，并根据各测风高度层的区域风险耦合值确定风险等级；

5、s3：根据各测风高度层对应的风险等级确定风险累计量，并根据所述风险累计量确定当前俯仰角的测风表现，当所述测风表现不满足目标测风要求时，确定俯仰角调整方向及初始调整步长；

6、s4：调整三维激光雷达的俯仰角并重新进行水平周向扫描，对俯仰角调整进行反馈修正，并根据修正结果确定目标俯仰角。

7、进一步的，确定当前天气状态及天气影响区域，包括：

8、通过可见光成像设备采集当前测风区域的可见光图像，根据所述可见光图像确定当前天气状态；

9、控制三维激光雷达在当前俯仰角下进行水平周向扫描，在多个方位角方向获取多个距离门对应的径向风速及测量质量信息，根据当前俯仰角与各距离门确定对应的测风高度层，并将同一测风高度层对应的多个方位角测量结果进行整合，形成对应的vad环带测风数据；

10、根据各测量位置对应径向风速的测量质量信息确定受影响测量位置，并将相邻的受影响测量位置进行关联，形成天气影响区域。

11、进一步的，确定各测风高度层的区域风险耦合值，包括：

12、根据各测风高度层中天气影响区域对应的受影响测量位置与对应vad环带中的测量位置，确定环带天气交叠程度；根据各测风高度层对应vad环带中的测量质量信息，确定测风失真程度；

13、根据各测风高度层中天气影响区域沿方位角方向的连续分布情况，判断天气影响规模程度是否满足预设规模影响条件；

14、当所述天气影响规模程度满足预设规模影响条件时，根据所述测风失真程度及环带天气交叠程度计算对应测风高度层的区域风险耦合值；当所述天气影响规模程度不满足所述预设规模影响条件时，不计算对应测风高度层的区域风险耦合值。

15、进一步的，确定各测风高度层风险等级，包括：

16、根据当前天气状态确定综合天气干扰系数；预设基准阈值，根据所述综合天气干扰系数对所述基准阈值进行修正，得到修正交叠率阈值、修正失真率阈值及修正风险耦合阈值；将各测风高度层对应的环带天气交叠率、测风失真率及区域风险耦合值分别与所述修正交叠率阈值、修正失真率阈值及修正风险耦合阈值进行比较，根据比较结果确定各测风高度层对应的风险等级。

17、进一步的，确定当前俯仰角的测风表现，包括：

18、根据各测风高度层对应的风险等级，确定处于高风险等级的测风高度层，将各高风险测风高度层对应的区域风险耦合值分别减去所述修正风险耦合阈值，得到对应的超阈值风险量，并根据各高风险测风高度层对应的超阈值风险量确定当前俯仰角对应的风险累计量；

19、预设总风险阈值，将所述风险累计量与所述总风险阈值进行比较，当所述风险累计量小于或等于所述总风险阈值时，确定当前俯仰角的测风表现满足目标测风要求；当所述风险累计量大于所述总风险阈值时，确定当前俯仰角的测风表现不满足目标测风要求，并进入俯仰角调整过程。

20、进一步的，确定俯仰角调整方向及初始调整步长，包括：

21、根据各高风险测风高度层对应的测风高度相对于目标测风高度中心的空间位置，分别计算目标测风高度中心上侧和下侧的风险累计量；计算目标测风高度中心上侧的风险累计量与目标测风高度中心下侧的风险累计量的差值，根据所述差值确定俯仰角调整方向；获取与所述俯仰角调整方向及当前风险累计量相匹配的历史俯仰角调整记录，根据所述历史俯仰角调整记录确定历史响应率，并根据所述历史响应率确定初始调整步长。

22、进一步的，对俯仰角调整进行反馈修正，包括：

23、根据所述俯仰角调整方向及初始调整步长确定调整后的俯仰角，并在所述调整后的俯仰角下重新进行水平周向扫描，重新确定天气影响规模程度及调整后的风险累计量；根据调整前风险累计量与调整后风险累计量之间的差值，以及本次俯仰角调整幅度，确定当前响应率，并根据所述当前响应率与历史响应率的比较结果，对俯仰角调整进行反馈修正。

24、进一步的，对俯仰角调整进行反馈修正，包括：

25、当所述当前响应率大于所述历史响应率时，保持当前俯仰角调整方向并增大下一次俯仰角调整步长；当所述当前响应率大于零且小于或等于所述历史响应率时，保持当前俯仰角调整方向并减小下一次俯仰角调整步长；当所述当前响应率小于或等于零时，改变俯仰角调整方向并减小下一次俯仰角调整步长。

26、进一步的，根据修正结果确定目标俯仰角，包括：

27、根据调整后的重新扫描结果重新确定风险累计量；当所述风险累计量小于或等于所述总风险阈值时，确定当前俯仰角为目标俯仰角；当所述风险累计量大于所述总风险阈值时，继续按照下一次俯仰角调整步长及俯仰角调整方向调整俯仰角。

28、进一步的，基于可见光成像与天气识别的三维激光测风系统，系统包括：

29、测风采集模块，用于获取可见光图像，控制三维激光雷达在当前俯仰角下进行水平周向扫描，获取多个距离门对应的径向风速及测量质量信息，形成多高度层vad环带测风数据，确定当前天气状态及天气影响区域；

30、风险分析模块，用于根据各测风高度层中天气影响区域与对应的环带天气交叠程度、测风失真程度及天气影响规模程度，确定各测风高度层的区域风险耦合值，并根据各测风高度层的区域风险耦合值确定风险等级；

31、俯仰评价模块，用于根据各测风高度层对应的风险等级确定风险累计量，并根据所述风险累计量确定当前俯仰角的测风表现，当所述测风表现不满足目标测风要求时，确定俯仰角调整方向及初始调整步长；

32、俯仰调整模块，用于调整三维激光雷达的俯仰角并重新进行水平周向扫描，对俯仰角调整进行反馈修正，并根据修正结果确定目标俯仰角。

33、本发明提供了基于可见光成像与天气识别的三维激光测风方法及系统。具备以下有益效果：

34、本发明通过可见光成像识别当前天气状态及天气影响区域，并结合三维激光雷达形成的多高度层vad环带测风数据，对不同测风高度层的天气影响程度进行分析，在满足预设规模影响条件时进一步计算区域风险耦合值并确定风险等级。由此能够区分天气影响在不同方位角及不同测风高度层中的分布差异，并通过风险累计量评价当前俯仰角下的整体测风风险，避免仅依据单个测量位置的测量质量进行判断。

35、本发明进一步根据高风险测风高度层位于目标测风高度中心上、下两侧的风险累计量差异确定俯仰角调整方向，并利用与当前风险累计量及调整方向相匹配的历史俯仰角调整记录确定初始调整步长。调整后通过重新扫描获得当前响应率，并根据当前响应率与历史响应率的比较结果对下一次调整方向及步长进行反馈修正，直至满足目标测风要求。由此能够使俯仰角调整与天气影响的实际空间分布及风险改善效果相适应，减少调整不足、调整过度及无效反复调整。