【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电机组，主要涉及一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法及系统。
技术介绍
1、随着全球对可再生能源需求的不断增加，海上风电作为一种清洁能源形式，得到了广泛的关注和快速发展。然而，海上风机的稳定性和安全性在很大程度上依赖于其基础结构的稳固性，而海底冲刷是影响风机基础稳定性的重要因素之一。海底冲刷会导致风机基础周围的土体流失，进而影响基础的承载能力，甚至可能导致风机倾覆等严重后果。因此，准确分析和监测海上风机基础的冲刷情况，对于保障风机的安全运行至关重要。
2、在现有的海上风机基础冲刷分析方法中，通常直接采用风机基础周边海床的三维点云数据的高程作为基准面。具体做法是将50米×50米范围内的海床高程取平均值，作为该区域的基准面高程。然而，这种方法存在一些明显的不足。首先，由于每期监测期间的海床高程平均值可能不一致，导致每期冲刷分析的结果具有相对性，无法与前期的分析结果进行有效的比较。这种不一致性尤其在冲刷严重区域表现得更为明显，往往会导致基准面的不一致，进而造成冲刷分析数据前后矛盾，难以准确反映实际的冲刷情况。
3、此外，现有的方法未能充分考虑海底流水特征、地形坡度因子等因素对冲刷过程的影响，导致冲刷分析的科学性和连续性受到限制。特别是在复杂的海底地形和多变的海流条件下，直接采用平均高程作为基准面往往无法准确反映实际的冲刷情况，进而影响冲刷分析的准确性和可靠性。
4、因此，为了解决现有方法在海上风机基础冲刷分析中的不足，亟需提出一种基准面高程确定方法。
1、为了解决现有技术所存在的上述问题，本专利技术提供了一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法及系统。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供了一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，所述方法包括：
4、通过外业测量设备采集海底三维点云数据、高频测深数据、低频测深数据、浅剖数据和水流数据；
5、基于所述海底三维点云数据进行三维建模获得海上风机基础区域的原始三维地貌数据，对所述原始三维地貌数据进行格网化处理，获得原始三维格网数据模型；
6、基于所述高频测深数据和低频测深数据计算获得浅层淤泥的厚度；
7、基于浅剖数据获得地层分布数据，包括不同地层的深度和厚度，根据所述地层分布数据和风机基础施工图中风机基础地层分布数据确定每个风机基础区域的泥沙层厚度；
8、基于水流数据利用半解析平衡冲刷公式计算获得每个风机基础区域的理论冲刷深度；
9、利用浅层淤泥的厚度、每个风机基础区域的泥沙层厚度和每个风机基础区域的理论冲刷深度对原始三维格网数据模型进行重构，获得重构三维格网数据模型；
10、基于重构三维格网数据模型进行地形坡度计算，获得每个分区的地形坡度因子，并构建海床基面计算数据集；
11、基于所述海床基面计算数据集计算获得风机基础冲刷分析的基准面高程。
12、作为本专利技术一种优选的实施方式，所述原始三维格网数据模型的模型间距为0.5m，每个格网坐标表示为(x,y,h)。
13、作为本专利技术一种优选的实施方式，基于高频测深数据和低频测深数据计算获得浅层淤泥的厚度具体为：
14、将高频测深数据和低频测深数据通过水深转换为高程，获得高频高程数据h1和低频高程数据h2，基于高频高程数据h1和低频高程数据h2计算获得浅层淤泥的厚度ha，以公式表达为：
15、ha＝h1-h2。
16、作为本专利技术一种优选的实施方式，确定每个风机基础区域的泥沙层厚度具体为：
17、将地层分布数据和风机基础地层分布数据进行对比，若实际泥沙层厚度与施工图中泥沙层厚度一致，则风机基础地层分布数据中的泥沙层厚度即为泥沙层厚度；否则将地层分布数据中的泥沙层厚度作为泥沙层厚度。
18、作为本专利技术一种优选的实施方式，水流数据包括平均水深处的临界速度和水流速度；基于水流数据利用半解析平衡冲刷公式计算获得每个风机基础区域的理论冲刷深度具体为基于水流数据和半解析平衡冲刷公式计算获得水流单独作用下的冲刷深度sc，将sc作为每个风机基础区域的理论冲刷深度hc，其中：
19、半解析平衡冲刷公式具体为：
20、
21、式中，vc为平均水深处的临界速度，v为水流速度，d为风机基础的等效直径。
22、作为本专利技术一种优选的实施方式，获得重构三维格网数据模型具体步骤为；
23、基于浅层淤泥的厚度、每个风机基础区域的泥沙层厚度和每个风机基础区域的理论冲刷深度计算格网坐标中的高程h，以公式表达为：
24、h＝h-max(ha,hb,hc)；
25、式中，hb为泥沙层厚度；
26、基于所述格网高程h和原始三维地貌数据获得重构三维格网数据模型，所述重构三维格网数据模型按1*1m的格网分区。
27、作为本专利技术一种优选的实施方式，基于重构三维格网数据模型进行地形坡度计算，以公式表达为：
28、
29、式中，△h为当前分区的最大高差，d为当前分区的平均边长，ds为坡度百分比；
30、基于所述坡度百分比对地形坡度因子p进行赋值，以公式表达为：
31、
32、对重构三维格网数据模型中各个格网分区的地形坡度因子进行赋值，并将地形坡度因子小于等于0.6的格网分区对应平均高程纳入海床基面计算数据集。
33、作为本专利技术一种优选的实施方式，基于所述海床基面计算数据集计算获得风机基础冲刷分析的基准面高程具体为：
34、获取每个风机对应的海床基面计算数据集，并计算海床基面计算数据集的平均值，将所述平均值作为对应风机的基础冲刷分析的基准面高程。
35、另一方面，本专利技术还提供了一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定系统，所述系统包括数据采集模块、数据预处理模块、浅层淤泥厚度计算模块、泥沙层厚度计算模块、理论冲刷深度计算模块、重构三维格网数据模型模块、地形坡度计算模块和基准面高程计算模块，其中：
36、所述数据采集模块用于通过外业测量设备采集海底三维点云数据、高频测深数据、低频测深数据、浅剖数据和水流数据；
37、所述数据预处理模块用于基于所述海底三维点云数据进行三维建模获得海上风机基础区域的原始三维地貌数据，对所述原始三维地貌数据进行格网化处理，获得原始三维格网数据模型；
38、所述浅层淤泥厚度计算模块用于基于所述高频测深数据和低频测深数据计算获得浅层淤泥的厚度；
39、所述泥沙层厚度计算模块用于基于浅剖数据获得地层分布数据，包括不同地层的深度和厚度，根据所述地层分布数据和风机基础施工图中风机基础地层分布数据确定每个风机基础区域的泥沙层厚度；
40、所述理论冲刷深度计算模块用于基于水流数据利用半解析平衡冲刷公式计算获得每个风机基础区域的理论冲刷深度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，所述原始三维格网数据模型的模型间距为0.5m，每个格网坐标表示为(x,y,h)。
3.根据权利要求2所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，基于高频测深数据和低频测深数据计算获得浅层淤泥的厚度具体为：
4.根据权利要求3所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，确定每个风机基础区域的泥沙层厚度具体为：
5.根据权利要求4所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，水流数据包括平均水深处的临界速度和水流速度；基于水流数据利用半解析平衡冲刷公式计算获得每个风机基础区域的理论冲刷深度具体为基于水流数据和半解析平衡冲刷公式计算获得水流单独作用下的冲刷深度Sc，将Sc作为每个风机基础区域的理论冲刷深度Hc，其中：
6.根据权利要求5所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，获得重构三维格网数据模型具
7.根据权利要求6所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，基于重构三维格网数据模型进行地形坡度计算，以公式表达为：
8.根据权利要求7所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，基于所述海床基面计算数据集计算获得风机基础冲刷分析的基准面高程具体为：
9.一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定系统，其特征在于，所述系统包括数据采集模块、数据预处理模块、浅层淤泥厚度计算模块、泥沙层厚度计算模块、理论冲刷深度计算模块、重构三维格网数据模型模块、地形坡度计算模块和基准面高程计算模块，其中：
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法。
...【技术特征摘要】
1.一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，所述原始三维格网数据模型的模型间距为0.5m，每个格网坐标表示为(x,y,h)。
3.根据权利要求2所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，基于高频测深数据和低频测深数据计算获得浅层淤泥的厚度具体为：
4.根据权利要求3所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，确定每个风机基础区域的泥沙层厚度具体为：
5.根据权利要求4所述的一种海上风机基础冲刷分析基准面高程确定方法，其特征在于，水流数据包括平均水深处的临界速度和水流速度；基于水流数据利用半解析平衡冲刷公式计算获得每个风机基础区域的理论冲刷深度具体为基于水流数据和半解析平衡冲刷公式计算获得水流单独作用下的冲刷深度sc，将sc作为每个风机基础区域的理论冲刷深度hc，其中：
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈西强，郑金勇，宋志辉，李亚男，刘丰，王骏，王寅珂，魏锦德，
申请(专利权)人：中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。