植被風阻的測量方法及系統的製作方法

2023-10-10 05:31:04 2

專利名稱：植被風阻的測量方法及系統的製作方法
植被風阻的測量方法及系統
技術領域：
本發明涉及植被風阻領域，特別涉及一種植被風阻的測量方法及系統。
背景技術：
植被風阻是由於地面植物的存在而引起的對於空氣運動的阻力。因地球自傳和熱 對流形成的風，吹過地面植物時，在植物下遊形成紊亂漩渦，受到漩渦影響的區域成為尾跡 區。尾跡區壓強下降，使得植物迎風面壓強高於背風面，這一壓差就是植被風阻。植被風阻 越大，對植物的衝擊力越大，同時對空氣運動的阻力越高。 植物風阻在氣象、環境等領域具有不可忽視的意義。由於植物風阻可以顯著降低 植物附近區域的風速，荒漠地區防治風沙危害的措施離不開植物；城市綠化植物滯留塵埃， 降低空氣中懸浮微粒數量的作用也與植被風阻性質有關。植物防風抗倒伏的能力受到植被 風阻的影響，很多時候需要預測植被高度以下空間內的風速大小。精確的植物風阻測量方 法能夠提高氣象模式，特別是微尺度氣象模式的精度。另一方面，由於植被風阻降低了地面 附近的風速，對風力發電存在間接負面影響，需要科學的計算和評估，早期的風能評估軟體 對地面植被採用的計算模型比較簡單，目前一些先進的風場評估和選址軟體已經開始逐步 利用更好的植被風阻模式來提高評估精度，並取得改進效果，有助於更加充分合理的利用 綠色能源。 植被風阻主要是一種外形阻力，植物的形狀是植被風阻的決定性因素，對植被形 狀特徵參數的確定有不少方法。植物形狀的多樣性、複雜性和變化性使得植被風阻的精確 測量非常困難。植被風阻的測量方法與計算流體力學(CFD)的結合，為模擬均勻和非均勻 植被層的影響效果帶來了跨越式發展。早期考慮植被因素對近地層空氣風速的影響是利用 風速的對數垂直分布規律，通過零位移厚度和地面摩擦速度來表徵的，簡單方便，至今仍在 氣象等領域被廣泛應用。這種方法的參數依靠實地測量擬合獲得，數據獲取不易。
傳統的植被風阻的測量方法，大多將植被風阻表示為動量守恆方程中的阻力源 項，阻力源項是植被形狀參數的函數，因此植物形狀的數學模型是一個重要基礎。植被形狀 參數以葉面積密度具有一定優勢，但在樹幹導致的風阻明顯的情況下，例如落葉喬木，單純 以葉面積密度為形狀參數的模型不能獲得令人滿意的模擬結果。已有的植被風阻測量中， 部分以葉面積密度為植物形狀參數，或者利用植被所佔的體積比例為植物形狀參數，或者 簡化為由多個長方體構成的柱體群模型，這些測量方法測量的精度都不高。

發明內容
基於此，有必要提供一種獲得較高精度的植被風阻的測量方法。
此外，還有必要提供一種獲得較高精度的植被風阻的測量系統。
—種植被風阻的測量方法，包括以下步驟
步驟SIO，建立植被三維影像； 步驟S20，對所述植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，所述植被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑，並將所述植被形狀參數存儲於 參數資料庫； 步驟S30，模擬植被風阻效應的初始準備操作，包括設置空氣流場模擬的邊界條件 和初始流場數據，劃分流場網格； 步驟S40，根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬 模式，並進行模擬處理； 步驟S50，將所述模擬結果進行輸出和顯示。
優選地，所述步驟S10具體包括以下步驟 利用遙感影像設備，對植被進行多角度拍攝，建立植被三維影像；
對各個單株植被進行定位，確定植被的位置坐標。
優選地，所述多角度拍攝的拍攝角度為4 8個。
優選地，所述步驟S20具體包括以下步驟
根據所述植被三維影像，確定植被的最小包圍盒；
將所述植被三維影像分離為樹葉和樹幹兩部分影像；
根據分離的植被樹葉影像獲取葉面積密度隨高度的分布；
根據分離的植被樹幹影像獲取樹幹當量直徑隨高度的分布。 優選地，所述步驟S20中採用圖像處理方法計算所述葉面積密度和樹幹當量直 徑。
優選地，所述步驟S40具體包括以下步驟
建立以植被風阻為阻力源項的基本方程組模型； 根據所述植被形狀參數分別計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據所述樹葉風阻 和樹幹風阻獲取植被風阻阻力源項； 對所述基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。 優選地，獲取植被風阻阻力源項的步驟具體是計算所述植被風阻阻力源項為所
述樹葉風阻和樹幹風阻的和。
優選地，所述樹葉風阻的計算公式為 Mi = _cd a (z) (UjUj) 17\ 其中，Mi為樹葉風阻，cd為阻力係數，a (z)為葉面積密度，Uj為第j個方向的速
度分量，Ui為第i個方向的速度分量。 優選地，所述樹幹風阻的計算公式為 Ni = _ctd (z) (UjUj) 17\ 其中，&為樹幹風阻，Ui為第i個方向的速度分量，Uj為第j個方向的速度分量，
d(z)為樹幹當量直徑，ct為阻力係數。 —種植被風阻的測量系統，包括 遙感影像獲取子系統，用於建立植被三維影像； 計算機單元，用於對所述植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，所述植 被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑，以及模擬植被風阻效應 的初始準備操作，根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模 式，並進行模擬處理；
與所述計算機模塊進行實時交互操作的輸入輸出終端，用於將所述模擬結果進行 輸出和顯示。 優選地，所述遙感影像獲取子系統進一步用於對植被進行多角度拍攝，建立植被 三維影像和對各個單株植被進行定位，確定植被的位置坐標。
優選地，所述多角度拍攝的角度為4 8個。 優選地，所述計算機單元進一步用於根據所述植被三維影像，確定植被的最小包
圍盒；將所述植被三維影像分離為樹葉和樹幹兩部分影像；根據分離的植被樹葉影像獲取
葉面積密度隨高度的分布；根據分離的植被樹幹影像獲取樹幹當量直徑隨高度的分布。 優選地，所述葉面積密度和樹幹當量直徑採用圖像處理方法計算。 優選地，所述計算機單元進一步用於根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模
型的計算流體動力學模擬模式包括建立以植被風阻為阻力源項的基本方程組模型；根據
所述植被形狀參數分別計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據所述樹葉風阻和樹幹風阻獲
取植被風阻阻力源項；對所述基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。 優選地，所述計算機單元用於獲取植被風阻阻力源項的具體過程是計算所述植
被風阻阻力源項為所述樹葉風阻和樹幹風阻的和。
優選地，所述樹葉風阻的計算公式為 Mi = _cd a (z) (UjUj)1/2^ 其中，Mi為樹葉風阻，cd為阻力係數，a (z)為葉面積密度，U」為第j個方向的速
度分量，Ui為第i個方向的速度分量。 優選地，所述樹幹風阻的計算公式為 & = _ctd (z) (UjUj) 1/2& 其中，&為樹幹風阻，Ui為第i個方向的速度分量，Uj為第j個方向的速度分量， d(z)為樹幹當量直徑，ct為阻力係數。 上述植被風阻的測量方法及系統，根據建立的植被三維影像獲取植被形狀參數， 並根據多個植被形狀參數及模擬流場的初始條件建立包含植被風阻模型的計算流體動力 學模擬模式進行模擬處理，這樣建立包含多個植被形狀參數的植被風阻模型模擬測量的植 被風阻值，提高了測量的精確度，減小了測量誤差。 另外，採用葉面積密度和樹幹當量直徑這兩個植物形狀參數，建立含兩個植物參 數的植被風阻模型模擬測量的值比單一參數測量的值精度要高，誤差更小，具有更好的適 應性。


圖1為一個實施例中植被風阻的測量方法的流程圖； 圖2為一個實施例中建立植被三維影像的方法流程圖； 圖3為一個實施例中獲取植被形狀參數的方法流程圖； 圖4為一個實施例中建立植被風阻模型並進行模擬處理的方法流程圖； 圖5為一個實施例中植被風阻的測量系統的結構示意圖。
具體實施方式
圖1為一個實施例中植被風阻的測量方法的流程，具體過程如下 在步驟S10中，建立植被三維影像。在一個實施方式中，如圖2所示，建立植被三
維影像的過程具體是 在步驟SIOO中，利用遙感影像設備，對植被進行多角度拍攝，建立植被三維影像。 其中遙感影像設備可採用雷射雷達等。在一個實施例中，對植被進行多角度拍攝時，單株植 被的拍攝角度至少應該達到4 8個，這樣能更有效的重建植被的三維精細影像。
在步驟S102中，對各個單株植被進行定位，確定植被的位置坐標。在一個實施例 中，可通過衛星地圖等圖像，對單株植被進行定位。 在步驟S20中，對植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，並將植被形狀 參數存儲於參數資料庫。植被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直 徑。如圖3所示，步驟S20的具體過程是 在步驟S200中，根據所述植被三維影像，確定植被的最小包圍盒。所謂植被的最 小包圍盒，即包圍該株植被的最小長方體，根據最小包圍盒則可獲取植被的高度和水平覆 蓋區域大小。 在步驟S202中，將植被三維影像分離為樹葉和樹幹兩部分影像。 在步驟S204中，根據分離的植被樹葉影像獲取葉面積密度隨高度的分布。 在一實施例中，測定樹葉面積是根據植被三維精細影像採用圖像處理方法進行處
理後獲得的。 根據分離的植被樹葉影像測量葉面積密度(LAD)隨高度的分布，葉面積密度是單 位體積內樹葉表面的總面積。對於單株植被，在該植被的最小包圍盒內，在植被高度方向上 等分為若干層，將每一層內的樹葉面積進行測定，於是獲得不同高度的層內的葉面積密度 數據，若葉面積密度隨高度連續變化，則依次連接各個測量高度的葉面積密度值，獲得葉面 積密度隨高度的分布圖。 在步驟206中，根據分離的植被樹幹影像獲取樹幹當量直徑隨高度的分布。
在一實施例中，測定樹幹當量直徑是根據植被三維精細影像採用圖像處理方法進 行處理後獲得的。 測量樹幹當量直徑時，將在植被高度方向上等分為若干層，當層內樹幹無分支時， 樹幹當量直徑即為樹幹直徑；當層內樹幹出現分支時，以所有分支樹幹截面積之和相等的 虛擬圓形的直徑為樹幹當量直徑；當分支樹幹直徑遠遠小於主樹幹直徑，或者分支樹幹直 徑減小到接近樹葉大小後，這部分過於細小的分支樹幹被忽略。由於樹幹當量直徑變化緩 慢，也可以利用根據植被種類、植被高度和植被主樹幹直徑等相關參數數據構成的經驗數 據庫，根據經驗資料庫獲得此類植被的樹幹當量直徑。 將所研究區域內的所有植被的位置、單株植被的最小包圍盒、葉面積密度隨高度 的分布，以及樹幹當量直徑隨高度的分布等植被形狀參數，整理後將這些植被形狀參數存 儲於參數資料庫。 在步驟S30中，模擬植被風阻效應的初始準備操作包括設置空氣流場模擬的邊
界條件和初始流場數據，劃分流場網格。這些設置操作通過計算機來實現。 在步驟S40中，根據多個植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學
7(CFD)模擬模式，並進行模擬處理。 將完整的植被位置、植被形狀參數數據輸入高性能計算機，建立包含植被風阻數學模型的計算流體動力學(CFD)模擬模式。
如圖4所示，步驟S40的具體過程是 在步驟S400中，建立以植被風阻為阻力源項的基本方程組模型。 對於近地面的低速風場，採用笛卡爾坐標系下三維不可壓縮流體運動基本方程
組。依據質量守恆定律推導獲得的連續方程可寫為
依據動量守恆定律獲得的動量方程可寫為
欲 J 3x， p'3:Xi 上述兩式中，Ui為第i個方向的速度分量，t為時間，p為壓力，P為參考密度，為切應力，Si為植被風阻阻力源項。採用不同湍流模式時，切應力Tij的計算方法有不同，可以採用k- e標準湍流模式，或者Smagorinsky大渦模擬模式。 在步驟S402中，根據植被形狀參數分別計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據樹
葉風阻和樹幹風阻獲取植被風阻阻力源項。 植被樹葉所引起的植被風阻，採用如下公式計算 Mi = _cd a (z) (UjUj)"、 式中Mi為樹葉風阻； Cd為阻力係數，不同種類的植物的阻力係數不同，依靠實驗測定；
a (z)為高度z的位置上的葉面積密度(LAD)，由步驟S204確定；
Ui為第i個方向的速度分量。 植被樹幹所引起的植被風阻，採用如下公式計算 & = _ctd (z) (UjUj)"、 式中Ni為樹幹風阻； ct為樹幹阻力係數，是雷諾數的函數； d(z)為高度z的位置上的樹幹當量直徑，由步驟S206確定。
植被風阻的阻力源項Si植被樹葉風阻與植被樹幹風阻之和。採用如下公式計算 Si = Mi+Ni = _cd a (z) (UjUj) 1/211廠ctd (z) (UjUj) 1/21^ 在步驟S404中，對基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。 對基本方程組的離散和並行化處理的過程包括將步驟S400中的動量方程和步
驟S402中的植被風阻的阻力源項計算公式採用有限體積法在同位網格上進行空間離散，
空間離散採用二階中心格式，時間步採用有限差分法(Crank-Nicholson)格式；然後採用
區域分解法，將整個網格劃分為若干子區域，子區域數量等於中央處理器(CPU)數量，利用
消息傳遞標準模型(MPICH2)所提供的並行庫實現並行通信。當總體計算量較小時，整個計
算過程也可以採用通用的微型計算機通過串行或者並行計算來實現。 在步驟S50中，將模擬結果進行輸出和顯示。
通過與計算機進行實時交互操作的輸入輸出終端將模擬出的流場進行輸出和顯示。確定植被的存在對流場的影響程度，然後將模擬結果輸出，獲得直觀的植被風阻效應的圖形結果。還可以根據輸出的模擬結果進行分析。 圖5為一個實施例中的植被風阻的測量系統，包括遙感影像獲取子系統60、計算機單元70和輸入輸出終端80。其中 遙感影像獲取子系統60，可以為雷射雷達等遙感影像設備，用於對植被進行多角度拍攝，建立植被的三維影像。對單株植被的拍攝角度至少應該達到4到8個，才能有效重建植被的三維精細影像。 計算機單元70，用於根據對植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，以及模擬植被風阻效應的初始準備操作，根據植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式，並進行模擬處理。 在一個實施方式中，植被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑。計算機單元70根據植被三維影像進行數據處理，其具體工作過程是
(1)對單株植被的三維影像，確定植被的最小包圍盒，即包圍該植被的最小長方體，由此獲得植被的高度和水平覆蓋區域大小。 (2)將植被三維影像分離為樹幹和樹葉影像兩部分，並採用圖像處理的計算方法計算葉面積密度隨高度的分布和樹幹當量直徑隨高度的分布。其中 葉面積密度隨高度的分布計算過程為對於單株植被，在該植被的最小包圍盒內，在植被高度方向上等分為若干層，將每一層內的樹葉面積進行測定，於是獲得不同高度的層內的葉面積密度數據，若葉面積密度隨高度連續變化，則依次連接各個測量高度的葉面積密度值，獲得葉面積密度隨高度的分布圖。
樹幹當量直徑隨高度的分布計算過程為在植被高度方向上等分為若干層，當層
內樹幹無分支時，樹幹當量直徑即為樹幹直徑；當層內樹幹出現分支時，以所有分支樹幹截
面積之和相等的虛擬圓形的直徑為樹幹當量直徑；當分支樹幹直徑遠遠小於主樹幹直徑，
或者分支樹幹直徑減小到接近樹葉大小後，這部分過於細小的分支樹幹被忽略。由於樹幹
當量直徑變化緩慢，也可以利用根據植被種類、植被高度和植被主樹幹直徑等相關參數數
據構成的經驗資料庫，根據經驗資料庫獲得此類植被的樹幹當量直徑。 獲得完整的植被形狀參數後，可將植被形狀參數存儲於參數資料庫。 在一個實施例中，計算機單元70進一步模擬植被風阻效應的初始準備操作，包括
設置空氣流出模擬的邊界條件和初始流場數據，劃分流場網格。 在一個實施例中，計算機單元70接收植被形狀參數數據，根據模擬流場的初始條件，建立包含植被風阻模型的計算機流體動力學模擬模式，並進行處理，處理過程包括
(1)建立基本方程阻模型，對於近地面的低速風場，採用笛卡爾坐標系下三維不可壓縮流體運動基本方程組。依據質量守恆定律推導獲得的連續方程可寫為 「 = 0麵 依據動量守恆定律獲得的動量方程可寫為formula see original document page 10
上述兩式中，Ui為第i個方向的速度分量，t為時間，p為壓力，P為參考密度，
為切應力，Si為植被風阻阻力源項。採用不同湍流模式時，切應力Tij的計算方法有不同，
可以採用k- e標準湍流模式，或者Smagorinsky大渦模擬模式。 (2)根據植被形狀參數分別計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據樹葉風阻和樹 幹風阻獲取植被風阻阻力源項。 植被樹葉所引起的植被風阻，採用如下公式計算
formula see original document page 10
式中Mi為樹葉風阻； Cd為阻力係數，不同種類的植物的阻力係數不同，依靠實驗測定；
a (z)為高度z的位置上的葉面積密度(LAD);
Ui為第i個方向的速度分量。 植被樹幹所引起的植被風阻Ni，採用如下公式計算 formula see original document page 10
式中Ni為樹幹風阻； ct為樹幹阻力係數，是雷諾數的函數； d(z)為高度z的位置上的樹幹當量直徑，由步驟S206確定。 植被風阻的阻力源項&為植被樹葉風阻與植被樹幹風阻之和。採用如下公式計 算 formula see original document page 10 (3)對基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。具體是將動量方程和植被 風阻的阻力源項計算公式採用有限體積法在同位網格上進行空間離散，空間離散採用二階 中心格式，時間步採用有限差分法(Crank-Nicholson)格式。然後採用區域分解法，將整個 網格劃分為若干子區域，子區域數量等於中央處理器(CPU)數量，利用消息傳遞標準模型 (MPICH2)所提供的並行庫實現並行通信。當總體計算量較小時，整個計算過程也可以採用 通用的微型計算機通過串行或者並行計算來實現。 輸入輸出終端80與計算機單元70進行實時交互操作，用戶將所述模擬結果進行 輸出和顯示。確定植被的存在對流場的影響程度，然後將模擬結果輸出，獲得直觀的植被風 阻效應的圖形結果。另外，還可以根據輸出的模擬結果進行分析。 上述植被風阻的測量方法及系統，以葉面積密度和樹幹當量直徑這兩個植被形狀 參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式進行模擬處理，提高了植被風阻模 型的精度，適用於不同季節的樹木，可應用於氣象、植被抗倒伏、風力發電的風場評估等領 域。由於其採用葉面積密度和樹幹當量直徑這兩個植物形狀參數，建立含兩個植物參數的 植被風阻模型模擬測量的值比單一參數測量的值精度要高，誤差更小，具有更好的適應性。
另外，採用根據建立的植被三維影像獲取植被形狀參數，並根據多個植被形狀參 數及模擬流場的初始條件建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式進行模擬處 理，這樣建立包含多個植被形狀參數的植被風阻模型模擬測量的植被風阻值，提高了測量 的精確度，減小了測量誤差。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種植被風阻的測量方法，包括以下步驟步驟S10，建立植被三維影像；步驟S20，對所述植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，所述植被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑，並將所述植被形狀參數存儲於參數資料庫；步驟S30，模擬植被風阻效應的初始準備操作，包括設置空氣流場模擬的邊界條件和初始流場數據，劃分流場網格；步驟S40，根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式，並進行模擬處理；步驟S50，將所述模擬結果進行輸出和顯示。
2. 根據權利要求1所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述步驟S10具體包括以 下步驟利用遙感影像設備，對植被進行多角度拍攝，建立植被三維影像； 對各個單株植被進行定位，確定植被的位置坐標。
3. 根據權利要求2所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於所述多角度拍攝的拍攝 角度為4 8個。
4. 根據權利要求1所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述步驟S20具體包括以 下步驟根據所述植被三維影像，確定植被的最小包圍盒； 將所述植被三維影像分離為樹葉和樹幹兩部分影像； 根據分離的植被樹葉影像獲取葉面積密度隨高度的分布； 根據分離的植被樹幹影像獲取樹幹當量直徑隨高度的分布。
5. 根據權利要求4所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述步驟S20中採用圖像 處理方法計算所述葉面積密度和樹幹當量直徑。
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述步驟 S40具體包括以下步驟建立以植被風阻為阻力源項的基本方程組模型；根據所述植被形狀參數分別計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據所述樹葉風阻和樹 幹風阻獲取植被風阻阻力源項；對所述基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。
7. 根據權利要求6所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，獲取植被風阻阻力源項 的步驟具體是計算所述植被風阻阻力源項為所述樹葉風阻和樹幹風阻的和。
8. 根據權利要求6所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述樹葉風阻的計算公式為formula see original document page 2其中，Mi為樹葉風阻，cd為阻力係數，a (z)為葉面積密度，Uj為第j個方向的速度分 量，Ui為第i個方向的速度分量。
9. 根據權利要求6所述的植被風阻的測量方法，其特徵在於，所述樹幹風阻的計算公式為 formula see original document page 2其中，K為樹幹風阻，Ui為第i個方向的速度分量，Uj為第j個方向的速度分量，d(z) 為樹幹當量直徑，ct為阻力係數。
10. —種植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述系統包括 遙感影像獲取子系統，用於建立植被三維影像；計算機單元，用於對所述植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，所述植被形 狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑，以及模擬植被風阻效應的初 始準備操作，根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式， 並進行模擬處理；與所述計算機模塊進行實時交互操作的輸入輸出終端，用於將所述模擬結果進行輸出 和顯示。
11. 根據權利要求io所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述遙感影像獲取子系統進一步用於對植被進行多角度拍攝，建立植被三維影像和對各個單株植被進行定位， 確定植被的位置坐標。
12. 根據權利要求11所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於所述多角度拍攝的角 度為4 8個。
13. 根據權利要求IO所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述計算機單元進一 步用於根據所述植被三維影像，確定植被的最小包圍盒；將所述植被三維影像分離為樹葉 和樹幹兩部分影像；根據分離的植被樹葉影像獲取葉面積密度隨高度的分布；根據分離的 植被樹幹影像獲取樹幹當量直徑隨高度的分布。
14. 根據權利要求13所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於所述葉面積密度和樹 幹當量直徑採用圖像處理方法計算。
15. 根據權利要求10至14中任一項所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述計 算機單元進一步用於根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模 擬模式包括建立以植被風阻為阻力源項的基本方程組模型；根據所述植被形狀參數分別 計算得到樹葉風阻和樹幹風阻，並根據所述樹葉風阻和樹幹風阻獲取植被風阻阻力源項； 對所述基本方程組進行離散和並行化或串行化處理。
16. 根據權利要求15所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述計算機單元用於 獲取植被風阻阻力源項的具體過程是計算所述植被風阻阻力源項為所述樹葉風阻和樹幹 風阻的和。
17. 根據權利要求16所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述樹葉風阻的計算公式為formula see original document page 3其中，Mi為樹葉風阻，cd為阻力係數，a (z)為葉面積密度，Uj為第j個方向的速度分 量，Ui為第i個方向的速度分量。
18. 根據權利要求16所述的植被風阻的測量系統，其特徵在於，所述樹幹風阻的計算公式為formula see original document page 3其中，K為樹幹風阻，Ui為第i個方向的速度分量，Uj為第j個方向的速度分量，d(z) 為樹幹當量直徑，ct為阻力係數。
全文摘要
本發明提供了一種植被風阻的測量方法及系統，所述方法包括建立植被三維影像；對所述植被三維影像進行數據處理，獲得植被形狀參數，所述植被形狀參數包括植被的最小包圍盒、葉面積密度和樹幹當量直徑，將所述植被形狀參數存儲於參數資料庫；模擬植被風阻效應的初始準備操作，包括設置空氣流場模擬的邊界條件和初始流場數據，劃分流場網格；根據所述植被形狀參數建立包含植被風阻模型的計算流體動力學模擬模式，並進行模擬處理；將所述模擬結果進行輸出和顯示。所述系統包括遙感影像獲取子系統、計算機單元、與計算機模塊進行實時交互操作的輸入輸出終端。本發明採用包含植被形狀參數的植被風阻模型及流場模擬測量植被風阻，提高了測量的精確度。
文檔編號G01B11/08GK101750616SQ20091018870
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者邱劍 申請人:深圳先進技術研究院