نقشه راه GIS

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب

09120049370

Telegram Whatsapp Youtube
کاربرد جی ای اس

 

خلاصه

در این کار، ما نتایج اولیه‌ای را در مورد یک پروژه اثبات مفهوم ارائه می‌کنیم که هدف آن ارائه ابزاری برای نقشه‌برداری از میزان تابش خورشیدی است که به سطوح اجسام می‌رسد، و انسداد بین خود اجسام را محاسبه می‌کند. این پیاده‌سازی از پلت‌فرم توسعه باد جهانی ناسا (NASA WW) برای مدل‌سازی پدیده‌های فیزیکی مختلف که در این فرآیند شرکت می‌کنند، از محاسبه موقعیت خورشید نسبت به منطقه مورد نظر گرفته تا تعامل بین جو و انسدادهای جامد، استفاده می‌کند. به عنوان مثال، زمین یا ساختمان ها. درک کامل‌تر از توزیع انرژی از عناصر روشن‌کننده خورشید در سطح زمین، به کاربردهای مختلف از برنامه‌ریزی پتانسیل انرژی تجدیدپذیر یک منطقه گرفته تا تحلیل‌های اکولوژیکی ارزش می‌افزاید.
کلید واژه ها: 

تابش خورشیدی ؛ منابع تجدیدپذیر ؛ باد جهانی ناسا ؛ مدل جو ; GIS

 

چکیده گرافیکی

1. معرفی

NASA World Wind (NASA WW) فناوری‌های مشتری و سرور منبع باز را بر اساس استانداردهای باز برای دسترسی به مدل‌های سیاره زمین و همچنین سایر سیارات فراهم می‌کند. NASA WW با استفاده از زبان برنامه نویسی جاوا توسعه یافته است و یک کیت توسعه نرم افزار (SDK) برای سیستم عامل های دسکتاپ و اندروید ارائه می دهد. این یک کره مجازی را پیاده‌سازی می‌کند که بر اساس شعاع اسمی زمین است و با داده‌های ارتفاعی برای پیاده‌سازی یک مدل ارتفاعی زمین دیجیتال (DTM) از منابع موجود [ 1 ، 2 ] تکمیل شده است. تا به امروز، منبع اصلی داده های ارتفاع، ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) است که ارتفاع را در سلول های 90 متری به طور میانگین از داده های 30 متری اصلی ارائه می دهد [ 3 ]. تک کارهکلاس‌های جاوا به منظور ارائه مدل دقیق‌تری از داده‌های ارتفاع زمین اجازه اجرای DTM‌های خاص را می‌دهند. دامنه NASA WW تنها ارائه ابزاری برای نمایش مجازی واقعیت از طریق وب و رسانه نیست، بلکه ادغام توابع و ماژول‌های قابل استفاده مجدد برای مدل‌سازی و تحلیل علمی است. اینها می توانند بدون هیچ محدودیتی توسط محققان برای پیاده سازی ابزارهای اختصاصی برای مطالعه پویایی های متعدد به هم پیوسته که با شکل دادن به اکولوژی سیاره ما هماهنگ هستند، استفاده شوند. اهمیت بازنمایی بصری دینامیک های مدل سازی شده به همان اندازه مهم است که تجزیه و تحلیل آنها، همانطور که توسط [ 4 ، 5 ] بحث شده است.
انرژی خورشیدی ذاتا از اهمیت اولیه برای زندگی برخوردار است، اما همچنین از نظر قابلیت آن به عنوان منبع انرژی تجدیدپذیر در جوامع بسیار (و به طور فزاینده) انرژی ما، مهم است. فناوری به طور چشمگیری پیشرفت کرده است و کارایی سلول های خورشیدی را در جذب انرژی دریافتی از نور بهبود می بخشد [ 6 ]]، و داشتن اطلاعات دقیق از میزان انرژی قابل استفاده خورشیدی، در درجه اول اهمیت قرار دارد. به همین دلیل ارزیابی دقیق میزان بالقوه انرژی متوسطی که به نقاطی که چنین پانل‌هایی نصب می‌شوند یا قرار است نصب شوند، ارزشمند است. یک شبیه‌سازی دقیق از این نظر امکان برنامه‌ریزی و بهینه‌سازی بهتر را فراهم می‌کند و همچنین هزینه‌ها و احتمال خطا را کاهش می‌دهد. در واقع بخش قابل توجهی از بودجه خطا به دلیل موقعیت و جهت گیری اشتباه پانل است، یا به طور کامل در نظر نگرفتن منابع انسداد، نزدیک (مثلاً بناهای همسایه، درختان) یا دور (مثلاً مورفولوژی زمین) ; تغییر موقعیت پانل ها، در صورت امکان، بسیار گران است.
از بسیاری از جنبه هایی که محیط ما را تشکیل می دهند، انرژی دریافتی (E) از خورشید بدون شک از اهمیت اولیه برخوردار است. طیف گسترده ای از طول موج ها با محتوای انرژی مشخصی به جو می رسد. تخمین اخیر مقدار میانگین تابش خورشیدی که به بالای جو (ToA) می رسد توسط WRC (مرکز تابش جهانی) در داووس-سوئیس با مقدار 1367 W/m2 انجام شد. جو به عنوان یک فیلتر با درجات مختلف کاهش انرژی ( یعنی قابلیت انتقال جو) در طول موج های مختلف (λ) بسته به درصد توزیع گازها، دما و فشار عمل می کند. [ 7] برای جزئیات بیشتر در مورد قوانین فیزیکی در مورد این جنبه. این انرژی (که می تواند به عنوان تابعی از طول موج بیان شود، یعنی E = f(λ)) به سطح زمین می رسد و برای فرآیندهای اولیه، یعنی فتوسنتز، که مسئول تولید اولیه در زنجیره غذایی است، در دسترس است. و بنابراین مسئول خود زندگی است. تثبیت کربن یکی از نتایج بسیار مهم این فرآیند است و موضوع مهمی برای بررسی در سال های گذشته بوده است. ویژگی های خاصی از نرم افزار GIS برای محاسبه شدت انرژی فضایی و شناسایی مکان های بالقوه یا محدودیت های زمین وجود دارد [ 8 ]]، و همچنین ابزارهای متعددی برای محاسبه دوبعدی تابش خورشیدی و بسیاری از آنها به صورت آنلاین در دسترس هستند. SOLARFLUX با استفاده از ARC/INFO نسخه 6.1 (بر اساس برداری) و نرم افزار GRID GIS (بر اساس شطرنجی) توسعه یافته است. آن ماژول ها توپوگرافی سطح را به عنوان یک آرایه (شبکه) مبتنی بر شطرنجی از داده های ارتفاع تعریف می کنند [ 9 ، 10 ]. Solar Analyst یک افزونه برای ArcGIS Desktop (ESRI © ) در نسخه های اخیر آن تا این تاریخ است (9). این یک نمای نیمکره ای رو به بالا ایجاد می کند، به عنوان مثال ، توزیع زاویه ای انسداد آسمان محاسبه شده برای هر سلول از DEM ورودی. سپس با پوشاندن اطلاعات شطرنجی مربوط به شرایط خورشید و آسمان در زمان و روز مشخص شده از سال، با در نظر گرفتن بخش‌های نیمه مسدود شده آسمان ادامه می‌یابد.11 ]. هر دو ماژول نیاز به توسعه تحلیلگر فضایی به ArcGIS دارند. سیستم پشتیبانی تجزیه و تحلیل منابع جغرافیایی (GRASS) محیط منبع باز GIS [ 12 ] ماژول r.sun را که با استفاده از زبان C پیاده سازی شده است، فراهم می کند. نقشه شطرنجی تابش خورشیدی (برای زمان فوری، W/m2 ) و تابش (به عنوان مجموع روزانه، Wh/m2 ) ، با در نظر گرفتن ویژگی‌های زمین، یعنی شیب، جهت، عرض جغرافیایی و اعمال یک عامل پارامتری محاسبه می‌کند. کاهش پوشش ابر [ 13 ، 14 ]. R.sun GRASSماژول در سیستم اطلاعات جغرافیایی فتوولتائیک (PVGIS) برای توسعه یک پایگاه داده تابش خورشیدی از داده های اقلیم شناسی استاندارد شده برای اروپا و تولید نقشه های شطرنجی با وضوح سلولی 1 کیلومتر مربع استفاده می شود [ 15 ] . SolarGIS یک سرویس آنلاین مبتنی بر پایگاه داده آب و هوا با وضوح بالا است که به طور سیستماتیک از منابع ماهواره ای و هواشناسی ساخته شده است. پارامترهای خورشیدی مشتق شده با تفکیک فضایی تا 80 متر با استفاده از یک روش جدید تفکیک زمین و یک DTM مشتق شده از داده های SRTM-3 محاسبه می شوند [ 16 ، 17 ]. سیستم برنامه ریزی انرژی خورشیدی (SEP) ابزاری است که برای پشتیبانی از برنامه ریزی و نصب پانل های گرمایش آب خورشیدی، پانل های فتوولتائیک، بهره خورشیدی غیرفعال توسعه یافته است. در محیط GIS (SEPsis) [18 ، 19 ]. نرم افزار خاصی که برای تخمین بازده سیستم های فتوولتائیک از جمله اثرات سایه های دور و نزدیک توسعه یافته است PVsyst [ 20 ] است که از پایگاه داده هواشناسی و مدل آسمان همسانگرد، PV*SOL [ 21 ] استفاده می کند که ماژول تحلیل 2 بعدی و 3 بعدی را ارائه می دهد.
چندین روش در ادبیات ارائه شده است که به طور مستقیم یا غیرمستقیم به تخمین انرژی خورشیدی ورودی به یک سطح مربوط می شود، اما آنها توسعه داده نشده اند و در یک ابزار کاربر پسند نهایی پیچیده نشده اند. در [ 22 ] اندازه سلول 1 متری برای محاسبه سایه ریخته شده در هر پیکسل/سلول در مدل سطح دیجیتال (DSM) استفاده می شود. سایه به عنوان یک خط مستقیم سه بعدی در نظر گرفته می شود که از پیکسل شروع می شود و ارتفاع آن را به اشتراک می گذارد و دارای شیب ثابتی برابر با ارتفاع خورشید است. خط سایه هر زمان که در امتداد خط، یک سلول DSM یک مقدار ارتفاع Z را که بالاتر از خط سایه در آن موقعیت است، ارائه دهد، قطع می‌شود. تجزیه و تحلیل برای تخمین تابش یک رابطه تجربی بین جرم هوا و انتقال اتمسفر است. SORAM [ 23] از شرایط آسمان ناهمسانگرد برای محاسبه پراکندگی مستقیم و پراکنده نور استفاده می کند و مقادیر را از طلوع تا غروب خورشید یکپارچه می کند. مقادیر برای محاسبه صفحه شیبدار و همچنین برای سایه‌هایی که توسط اجسام اطراف ایجاد می‌شوند تصحیح می‌شوند. 3D-SOLARIA همچنین از آسمان ناهمسانگرد استفاده می کند و نقطه ضعف رویکرد آن این است که توانایی فعلی آن فقط برای کار با سطوح متعامد است [ 24 ]. یک GIS سه بعدی مبتنی بر برداری کافی برای مدل سازی در [ 25 ] توضیح داده شده است]؛ روش محاسبه بر اساس رویکرد ترکیبی بردار-وکسل (پیکسل حجمی) است که از یک الگوریتم سایه‌زنی استفاده می‌کند که مقادیر و شرایط همسایه را محاسبه می‌کند. سرعت و عملکرد به وضوح وکسل بستگی دارد: در مقیاس‌های رایج وضوح، ساختمان‌ها را می‌توان به صورت بلوک‌هایی بدون ساختار سقف مشاهده کرد، در حالی که برای جداسازی سقف‌ها به سطح بالایی از جزئیات نیاز است.
در این پروژه، ما شروع به ایجاد چارچوبی در NASA WW برای تخمین در دسترس بودن تابش خورشیدی در لحظات و مکان‌های خاص، با نمونه‌برداری از مناطق با شبکه‌هایی با وضوح فضایی خاص، و در نظر گرفتن منابع انسداد مانند مورفولوژی زمین و ساختمان‌های مجاور، کرده‌ایم. یک پنل ساده و شهودی به کاربران اجازه می دهد تا مدل های ساختمانی ساده ای را اضافه کنند که می تواند توسط کاربر قرار گیرد. برخی از پارامترها را نیز می توان سفارشی کرد، به عنوان مثال ، اندازه اصلی ساختمان و نوع سقف. هدف از این تحقیق ارائه نقشه هایی از تابش خورشیدی است که تخمین هایی از انرژی موجود در یک منطقه ارائه می دهد.

2. روش

عوامل زیادی در تخمین میزان تابش خورشیدی دریافتی نقش دارند. ابتدا، هندسه منبع روشنایی و سینک باید مدل شود، یعنی موقعیت خورشید نسبت به منطقه در نظر گرفته شده (از نظر زاویه تابش). قابل توجه است که هندسه روشنایی ( یعنی زاویه تابش) به ترتیب در دو چرخه تعبیه شده به ترتیب با دوره های روزانه و سالانه تغییر می کند. سپس، تأثیر عناصر در طول مسیر حرکت پرتوهای خورشید باید در نظر گرفته شود: جو، که مدل ناهمسانگرد آن را می توان در [ 26 ] یافت.]، و همچنین موانع جامد، برای مثال به دلیل مورفولوژی زمین (به عنوان مثال، تپه‌ها)، و مصنوعات دست‌ساخته (مانند ساختمان‌ها) یا طبیعی (مثلاً درختان). انسداد کامل یا جزئی میزان بالقوه انرژی خورشیدی را که می تواند به سطح برسد کاهش می دهد. این سیستم به زبان جاوا در بالای پلت فرم و محیط توسعه ناسا WW توسعه یافته است. تمرکز پروژه ایجاد یک سیستم مدولار با الگوریتم‌هایی برای موقعیت خورشید، محاسبه تابش، مدل‌سازی سه بعدی موانع و همچنین محصولات خروجی تحلیل مدل است که شبکه‌هایی از مقادیر تابش به نام سطوح تحلیلی هستند ( شکل 1 ).
Ijgi 04 00711 g001 1024
شکل 1. معماری سیستم.

2.1. الگوریتم موقعیت خورشید

روش تعیین موقعیت خورشید که از آن به عنوان الگوریتم موقعیت خورشید (SPA) یاد می شود، از [ 27 ] گرفته شده است. دقت آن 0.0003 درجه است و برای 4000 سال آینده معتبر است. چنین ویژگی هایی آن را از الگوریتم های متعدد دیگر در ادبیات متمایز می کند. SPA به دلیل دقت و مدت زمان آن و همچنین در دسترس بودن مستندات دقیق در رابطه با بخش‌های مختلف الگوریتم‌ها انتخاب شد که امکان تعبیه آن را به عنوان ماژول در پروژه فراهم کرد. برای مستندات بیشتر در مورد سایر رویکردها، [ 28 ، 29 ] مراجع مهمی هستند. موقعیت خورشید برای تعیین جهت پرتوهای آن نسبت به ناحیه تحت بررسی در یک زمان خاص اساسی است ( شکل 2).) و به خود جو. مسافتی که انرژی باید در جو طی کند بسته به هندسه مسیر سفر متفاوت است، به عنوان مثال، در غروب خورشید، پرتو نور باید 12 برابر بیشتر از ظهر خورشیدی از اتمسفر عبور کند. در این مرحله از پروژه فقط نواحی نسبتاً کوچکی در نظر گرفته می شود: با توجه به این شرایط عملیاتی، می توان انحنای زمین را نادیده گرفت و جهت رسیدن یکسان را برای تمام پرتوهای ورودی خورشید در نظر گرفت، یعنی زاویه تابش یکسانی دارند. با این وجود، گسترش پرونده عمومی فوری است و در کار آینده ما توسعه خواهد یافت.
Ijgi 04 00711 g002 1024
شکل 2. کاربر روز سال و زمان روز را برای محاسبه تابش پرتوهای خورشید تعریف می کند.

2.2. مدل جو

مدلی برای تخمین تأثیر اتمسفر بر انرژی پرتوهای خورشید در مسیر آنها اتخاذ شده است. اثرات اصلی ناشی از پدیده های جذب و پراکندگی است که در فیزیک توضیح داده شده است (Rayleigh، Mie و پراکندگی غیر انتخابی). اجزای مختلف در مدل در نظر گرفته شده از تأثیر جو در نظر گرفته می شوند: (به عنوان مثال، نور مستقیم و پراکنده که به سطح می رسد [ 30 ]). تابش منعکس شده فقط در مناطق غیر مسطح، که در آن زاویه تابش پرتوهای خورشید بیشتر از صفر درجه است، در دسترس است. سایه ای که بر یک نقطه تأثیر می گذارد به پیکربندی اجسام مجاور، به عرض جغرافیایی آن، زمان روز و روز سال بستگی دارد. با توجه به تابش خورشیدی در سراسر مرکز تابش جهانی، G = 1367 (W/m)2 ) مقدار متوسط ​​تابش خورشید در ناحیه ای عمود بر پرتوهای خورشید قبل از ورود به جو زمینی در فاصله متوسط ​​خورشید تا زمین باشد. تغییرات تابش خورشیدی در طول سال را می توان با استفاده از معادلات زیر با [ 31 ] محاسبه کرد:

جی0= G (1 + 0.033 cos ( 360 n )365)جی0=جی(1+0.033cos(360�)365)

که در آن n شاخص روز بهره شمارش شده از اول ژانویه است. تخمین پوشش ابر را می توان به صورت زیر مدل کرد [ 32 ]:

جیج=جی0( 1 – 0.75( n / 8 )3.4)جیج=جی0(1–0.75(�/8)3.4)
مولفه مستقیم تابش خورشیدی را می توان با استفاده از معادلات از رابطه (3) تا معادله (7) محاسبه کرد، در حالی که سایر اجزای تابش خورشیدی را می توان از مقدار مستقیم بدست آورد.

جیf=تیf  جیج جی�=تی�  جیج 

که در آن t f ضریب انتقال تابش مستقیم است که به زاویه اوج z و سه پارامتر a 0 ، a 1 و a 2 بستگی دارد که به صورت زیر تعریف می شوند:

تیf=آ0+آ1( –آ2c o s z)تی�=آ0+آ1(–آ2ج�س�)
آ0= 0.424 – 0.0082( 6- H _)2آ0=0.424–0.0082(6–اچ)2
آ1= 0.5055 + 0.0060( 6.5 – H)2آ1=0.5055+0.0060(6.5–اچ)2
آ2 a 2 = 0.271 + 0.019( 2.5 – H)2آ2 آ2=0.271+0.019(2.5–اچ)2

که در آن H مقدار ارتفاع از سطح دریا است که بر حسب کیلومتر بیان می شود (کمتر از 2.5 کیلومتر، بر اساس فرض).

معادلات از معادله (8) تا معادله (12) برای محاسبه مولفه پراکنده استفاده می شود، که بر ناحیه ایده آلی که بلافاصله بالای سطحی که توسط تابش مستقیم به آن رسیده است، تأثیر می گذارد:

جیدساعت=تید جیfجیدساعت=تید جی�

جایی که t d است

تید= 0.271 – 0.16تیfتید=0.271–0.16تی�
برای تخمین مولفه پراکنده G di ، لازم است یک ضریب تصحیح، F hi را در نظر بگیرید ، که سطح مجازی آسمان را Ah نسبت به سطح زمین A i قرار می دهد .

جیدمن آمن =جیدساعت آساعت افh منجیدمن آمن =جیدساعت آساعت افساعتمن
A h F hi = A i F ih ، معادله (10) را می توان به صورت بازنویسی کرد

جیدمن=جیدساعت آساعت افh منآمن=جیدساعتآمنافمن ساعتآمن=جیدساعت افمن ساعتجیدمن=جیدساعت آساعت افساعتمنآمن=جیدساعتآمنافمنساعتآمن=جیدساعت افمنساعت
F ih قسمتی از آسمان است که توسط سطح زمین دیده می شود. بستگی به زاویه شیب β سطح نسبت به جهت تابش (اشعه خورشید) دارد.

جیدمن=جیدساعت 1 + cos β2جیدمن=جیدساعت 1+cosβ2
تابش انعکاس یافته با معادله زیر محاسبه می شود:

جیfساعت=جیfcos zجی�ساعت=جی�cos�
جیr i=ρس (جیfساعت+جیدساعت) 1 – cos β2جی�من=ρس (جی�ساعت+جیدساعت) 1–cosβ2

که ρs ضریب بازتاب زمین است که از [ 33 ] گرفته شده است. جدول 1 فهرست کوتاهی از مقادیر ضریب انعکاس را برای برخی از مواد رایج گزارش می کند.

جدول
جدول 1. ضرایب بازتاب ρ از آژانس ملی فناوری‌های جدید، انرژی و توسعه اقتصادی پایدار (ENEA).

2.3. مدل ساختمان

یکی از اهداف اصلی سیستم توسعه‌یافته، امکان استفاده از آن برای تخمین انرژی خورشیدی است که به طور بالقوه در سطح یک ساختمان در دسترس است، نه تنها زمانی که قبلا ساخته شده است، بلکه در حین یا قبل از ساخت آن نیز وجود دارد. در راستای این هدف، کاربر می تواند یک نمایش مجازی از ساختمان اضافه کند، مقادیر سفارشی طول، عرض و ارتفاع سازه اصلی و ارتفاع لبه بام را تعیین کند، همچنین نوع شناسی سقف (تعداد ورق) و آنها را مشخص کند. شیب و جهت.
ویژگی های مورد علاقه ساختمانی که قرار است ساخته شود در یک آرایه یک بعدی ذخیره می شود، به عنوان مثال ، بردار مقادیر: موقعیت ساختمان، ابعاد و جهت آن. سپس، مدل سه بعدی، بر حسب یک چند ضلعی اکسترود شده، با استفاده از اطلاعات مدل تعریف شده توسط کاربر ایجاد می شود. در نهایت، اطلاعات مکانی در یک شی کلاس جاوا ذخیره می شود.

2.4. انسدادها

عناصر جامد می توانند باعث انسداد جزئی یا کامل انرژی خورشید نسبت به سطح در نظر گرفته شده برای محاسبه شوند. پرتوی که از موقعیت خورشید و یک نقطه می گذرد ( یعنی، گره) روی سطح مورد نظر ممکن است توسط پوشش گیاهی یا ساختمان ها رهگیری شود یا به دلیل مورفولوژی زمین توسط خط افق پوشانده شود. وجود این انسدادها با استفاده از یک ماژول خاص در NASA WW مشخص می شود. این ماژول یک مدل لایه‌ای از سطح زمین را در نظر می‌گیرد که نشان‌دهنده یک مدل زمینی زمینی و لایه‌های دیگر با اجرام سه‌بعدی است. در این مدل، کاربر در این مرحله بدون در نظر گرفتن ساختمان، شبکه ای را بر روی زمین خالی تعریف می کند. سپس با استفاده از یک پانل خاص، ساختمان‌ها و موانع ایجاد می‌کند و ساختمان‌ها را به موقعیت صحیح روی کره WW ناسا می‌کشد، بنابراین از تمام لایه‌های موجود برای پشتیبانی از موقعیت‌یابی جغرافیایی استفاده می‌کند. گره های شبکه، مراکز سلول های نقشه شطرنجی نهایی خواهند بود. سپس مقدار تابش خورشید در هر گره محاسبه می شود.به عنوان مثال ، مورفولوژی زمین اطراف. حضور یک ساختمان بر روی گره با بررسی اینکه آیا موقعیت گره در ردپای ساختمان وجود دارد (مثلاً یک چند ضلعی) تعیین می شود. هنگامی که یک گره در داخل یک ساختمان قرار می گیرد، تابش خورشیدی بر روی عناصر سقف چنین ساختمانی به طور خودکار محاسبه می شود. در نهایت، اثر سایه ساختمان در نظر گرفته شده، سایر ساختمان های مجاور و سایه افق روی سقف را محاسبه می کند. در وضعیت فعلی پیاده‌سازی، ما ساختمان‌های ایجاد شده توسط کاربر را با یک رابط کاربری ad-hoc مدیریت می‌کنیم ( شکل 3 ).
Ijgi 04 00711 g003 1024
شکل 3. ( الف ) شبکه ایجاد شده در زمین. برای هر نقطه، زاویه تابش و مقادیر تابش تعیین می شود. ( ب ) سایه های ناشی از خط افق ایجاد شده در زمین. ( ج ) سایه‌های ناشی از ساختمان‌هایی که در زمین ایجاد می‌شوند. ( د ) سایه‌های ناشی از ساختمان‌هایی که روی پشت بام‌ها قرار می‌گیرند. ( ه ) سایه هایی که به دلیل خط افق روی سقف ها ایجاد می شود.

2.5. مدل نهایی

این فرآیند به صورت نقطه‌ای روی یک آرایه دوبعدی انجام می‌شود که نمایانگر سطحی پیش‌بینی شده بر روی کره زمین است. سپس این به عنوان یک شبکه در NASA WW بر حسب یک جسم سطحی تحلیلی ذخیره می شود. این ساده سازی لازم را می توان از نظر وضوح شبکه و اندازه هر سلول تنظیم کرد. این فرآیند زمان معینی از روز را در نظر می‌گیرد و همچنین در این مورد می‌تواند در وضوح‌های زمانی تعریف‌شده توسط کاربر برای محاسبه مقدار تجمعی (روز، ماه، سال) انرژی که به سطح می‌رسد، تکرار شود ( شکل 4 ).
Ijgi 04 00711 g004 1024
شکل 4. نتیجه تابش در سطح زمین با در نظر گرفتن انسدادهای متعدد. نقاط بنفش سایه هایی هستند که توسط ساختمان ها ایجاد می شوند. نقاط قهوه ای سایه هایی هستند که در اثر ارتفاع زمین ایجاد می شوند. اعداد روی شبکه مقادیر تابش هستند.

3. نتایج تجربی

در این مرحله از توسعه ماژول کاربر می تواند پارامترهای زیر را تعریف کند:

(من)
زمان معینی از روز و روز معینی از سال برای محاسبه موقعیت خورشید.
(II)
بعد ساختمان یعنی طول و عرض و ارتفاع پیش امدگی.
(iii)
تیپولوژی سقف (تعداد ورق)، شیب و جنبه.
(IV)
یک ابزار اختصاصی امکان اندازه‌گیری اندازه و جنبه ساختمان را با استفاده از لایه‌های WW موجود ناسا، به عنوان مثال ، عکس‌های ارتو یا تصاویر ماهواره‌ای فراهم می‌کند ( شکل 5 ).
(v)
یک پانل کنترل اختصاصی اجازه می دهد تا درصد پوشش ابر و مواد زمینی رایج را که برای تخمین مولفه منعکس شده پرتو نور استفاده می شود، تنظیم کنید.
(vi)
اندازه شبکه تحلیلی ( شکل 6 ).
Ijgi 04 00711 g005 1024
شکل 5. پانل برای تنظیم اطلاعات هندسی ساختمان و مثال برای روش استفاده از ابزار جنبه.
Ijgi 04 00711 g006 1024
شکل 6. ابزاری برای تنظیم پوشش ابر در 1 و مواد اصلی برای حساب بازتابی.
اندازه شبکه بر حسب متر بیان می شود و کاربر می تواند تعداد سلول ها را در جهت X و Y مشخص کند. شکل نهایی ماتریس می تواند مربع یا مستطیل باشد. هنگامی که مدل در حال اجرا است، موقعیت خورشید، تقاطع پرتوهای نور با زمین و ساختمان‌ها، و سایه‌های روی زمین و ساختمان‌ها را محاسبه می‌کند. محصولات خروجی دو سطح تحلیلی تابش خورشیدی برای زمین خالی (A) و برای سطوح غیر زمین ( یعنی, بام ها ) (ب). محصولات مشتق شده یک سطح ادغام شده (A و B) و یک سطح نشان دهنده مناطق سایه هستند. همه سطوح با استفاده از اطلاعات موقعیت خورشید، هندسه موانع، جنبه و شیب مورفولوژی زمین و پارامترهای جوی ایجاد می شوند. مناطق سایه به دلیل ساختمان ها یا ارتفاع، رنگ های متفاوتی دارند. تجسم های جایگزین هر لایه می تواند مقدار تابش را در مرکز سلول شبکه نشان دهد. منطقه شبیه سازی انتخاب شده برای کاربرد عملی در همسایگی توسعه دهنده در شهر پادووا (ایتالیا) است. پنج ساختمان ایجاد شد: یکی برای هر گونه شناسی سقف و ساختمان پنجم با هندسه پیچیده تر ( شکل 7)). اندازه و جهت گیری را می توان با استفاده از لایه های پایه WW ناسا (به عنوان مثال، عکس های ارتوفتو یا نقشه کاداستر) به عنوان پشتیبانی و با استفاده از یک ابزار جهت گیری خاص اندازه گیری کرد. در مثال گزارش شده خاص، ارتفاع برای ساختمان های شماره 1، 2 و 5 6 متر، برای ساختمان شماره 4 9 متر و برای ساختمان شماره 4 3 متر است. زاویه سقف 30 درجه و اندازه شبکه 60 × 60 سلول است. نمونه برداری از هر سلول 1 متر در زمین.
این مدل دو سطح تحلیلی، یکی برای زمین و دیگری برای سقف تولید می کند. برای هر سطح، یک شبکه با مقادیر تابش ایجاد می شود. برای هر گره، مدل از مدل ارتفاعی دیجیتال ناسا WW نمونه برداری می کند تا جنبه و شیب را محاسبه کند. سپس نتایج حاصل از SPA را با مدل جو و مدل ساختمان سه بعدی ادغام می کند و مقادیر تابش را بر حسب W/m2 محاسبه می کند . مقادیر 0 نشان دهنده مناطق سایه به دلیل وجود برخی از موانع در مسیر پرتوهای خورشید است ( شکل 8 ).
Ijgi 04 00711 g007 1024
شکل 7. شبیه سازی در 16 نوامبر 2014 در ساعت 12:31 بعد از ظهر با اندازه شبکه 1 متر در پادووا. مناطق بنفش نشان دهنده سایه های ناشی از ساختمان است.
Ijgi 04 00711 g008 1024
شکل 8. مقادیر تابش W/m 2 در گره های شبکه زمین. مقادیر 0 مناطق سایه را نشان می دهد.
سطح تحلیلی سقف نشان می دهد که کدام قسمت های سقف در موقعیت های بهینه برای دریافت بهترین تابش قرار دارند، در حالی که مناطق سایه، به دلیل ساختمان یا ارتفاع، به صورت مقادیر صفر (قطعات خالی) در سطح تحلیلی تجسم می شوند ( شکل 9 ).
Ijgi 04 00711 g009 1024
شکل 9. سطح تحلیلی سقف. نواحی قرمز رنگ ورق های سقف را با تابش خوب نشان می دهد: مناطق آبی قسمت سقف با تابش بد را نشان می دهد. نقاط سبز و پرتوهای آبی نشان دهنده مناطق سایه به دلیل انسداد ساختمان است.

4. نتیجه گیری

این مدل دو نقشه تابش، زمین خالی و سقف، را برای یک لحظه خاص در زمان محاسبه می کند که توسط کاربر تنظیم می شود. برای اینکه برای برنامه ریزی پانل برای فتوولتائیک مناسب باشد، فاز بعدی یکپارچه سازی در زمان برای تولید نقشه تابش بر اساس بازه زمانی (ساعت، روز، ماه یا سال) خواهد بود. مدل آسمان مورد استفاده برای این آزمایش همسانگرد است، که هنگام در نظر گرفتن یک منطقه محدود (مثلاً یک سقف منفرد) به اندازه کافی دقیق در نظر گرفته می شود. برخی دیگر از ابزارهای سه بعدی از مدل‌های ناهمسانگرد استفاده می‌کنند و این پیشرفت را می‌توان به راحتی پیاده‌سازی کرد، زیرا این نرم‌افزار با معماری ماژولار ساخته شده است و همچنین قابلیت‌هایی را برای اتصال با پایگاه داده‌ای که داده‌های مربوط به جو ثبت می‌شود، ارائه می‌دهد. نسخه های آینده این سیستم امکان ادغام یک مدل زمین تعریف شده توسط کاربر را فراهم می کند. به منظور امکان تحلیل دقیق تری از منطقه مورد مطالعه. این قابلیت در حال حاضر در ناسا WW موجود است، و تمرکز این توسعه آینده افزایش ادغام با ماژول خورشیدی برای امکان تخمین دقیق تابش خورشیدی خواهد بود. پیشرفت‌های آینده همچنین شامل امکان افزودن مدل‌های سه‌بعدی کامل شهرهای بارگذاری‌شده با فرمت‌های مختلف وکتور سه‌بعدی (مانند City-GML، Collada)، یا استخراج چنین اطلاعاتی از قالب‌های برداری دوبعدی مانند فایل‌های شیپ با ویژگی مربوط به ارتفاع ساختمان‌ها خواهد بود. بنابراین اجازه اکستروژن یک نمایش ساده از ساختمان ها را می دهد. ساختمان های اکسترود شده به عنوان اشیاء جاوا ایجاد می شوند. یک مدل دقیق‌تر می‌تواند نماها را به‌عنوان اشیاء جاوا نشان دهد و ویژگی‌هایی مانند نوردهی و مصالح را به آن‌ها اختصاص دهد، یا حضور پیچیدگی‌ها را مدیریت کند، مانند تراس‌ها و بالکن‌ها. هر شی که بدین ترتیب ایجاد می شود مدل دقیق تری ایجاد می کند اما پیچیدگی را نیز به سیستم وارد می کند: یک ساختمان ساده با چهار نما به چهار شی تبدیل می شود و زمان محاسبات، انرژی و درخواست های حافظه را افزایش می دهد. پوشش گیاهی نیز عامل مهم دیگری است که باید با عمق بیشتری مورد مطالعه قرار گیرد، زیرا پیچیدگی انواع پوشش گیاهی و تعامل آنها با نور در فصول مختلف باید مدل‌سازی شود. رویکردها باید برای متعادل کردن جزئیات با زمان پردازش مورد نیاز بررسی شوند، زیرا پیچیدگی بیشتر چرخه های CPU بیشتری را اضافه می کند اما همیشه بهبود قابل توجهی را نسبت به یک مدل ساده تر ایجاد نمی کند. یک ایده می تواند طبقه بندی گونه های درختی و ارائه کلاس های تراکم تاج پوشش باشد که کاربر می تواند از بین آنها انتخاب کند تا به طور دقیق میزان تابش خورشیدی را که می تواند به تاج نفوذ کند، تعریف کند.34 ]. برای نتیجه‌گیری، این تحقیق می‌تواند به کاربردهای متعددی منجر شود که مورد توجه جامعه است، نه تنها از نقطه نظر مدل دقیق رفتار تابش خورشیدی و بنابراین برای برنامه‌ریزی زیرساخت‌های انرژی تجدیدپذیر [ 35 ]، بلکه برای مدل‌های اکولوژیکی و تجزیه و تحلیل تعادل انرژی، یا برای بهبود بیشتر ماژول‌ها [ 36 ، 37 ]. این اولین پیاده‌سازی همچنین می‌تواند نقطه شروعی برای کار بیشتر توسط سایر محققان با استفاده از NASA WW و علاقه‌مند به این حوزه باشد.

منابع

  1. هوگان، پی. Gaskins, T. پردازش اطلاعات جغرافیایی: فناوری تجسم منبع باز مبتنی بر استاندارد برای درک محیطی. در GeoSpatial Visual Analytics ; de Amicis, R., Stojanovic, R., Conti, G., Eds. Springer: Dordrecht، هلند، 2009; صص 357-362. [ Google Scholar ]
  2. بل، دی. کوئنل، اف. ماکسول، سی. کیم، آر. کسرایی، ک. گسکینز، تی. هوگان، پی. Coughlan, J. NASA WW: GIS منبع باز برای عملیات ماموریت. در مجموعه مقالات کنفرانس هوافضای IEEE 2007، Big Sky، MT، ایالات متحده آمریکا، 3 تا 10 مارس 2007. جلد 1-9، ص 4317-4325.
  3. رودریگز، ای. موریس، CS; Belz, JE ارزیابی جهانی عملکرد SRTM. فتوگرام مهندس Remote Sens. 2006 ، 7 ، 249-260. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  4. رابرتسون، جی جی. کارت، SK; مکینلی، تجسم اطلاعات JD با استفاده از انیمیشن تعاملی سه بعدی. اشتراک. ACM 1993 ، 36 ، 57-71. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  5. هیلدبرانت، دی. یک معماری مرجع نرم افزار برای سیستم های تجسم جغرافیایی سه بعدی سرویس گرا. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2014 ، 3 ، 1445-1490. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  6. گرین، MA; امری، ک. هیشیکاوا، ی. وارتا، دبلیو. جداول کارایی سلول خورشیدی دانلوپ، ED (نسخه 42). Prog. فتوولت. Res. Appl. 2013 ، 21 ، 827-837. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  7. Buriez، JC; بونل، بی. Fouquart, Y. مطالعه حساسیت نظری و تجربی اشتقاق تابش خورشیدی در سطح زمین از داده های ماهواره ای. Beitr. zur Phys. der Atmos. 1986 ، 59 ، 263-281. [ Google Scholar ]
  8. گاگلیانو، آ. پاتانیا، اف. نوسرا، اف. کاپیزی، ا. Galesi، A. پشتیبانی تصمیم مبتنی بر GIS برای برنامه ریزی فتوولتائیک خورشیدی در محیط شهری. در نوآوری هوشمند، سیستم ها و فناوری ها ؛ Springer: Heildeberg، آلمان، 2013; جلد 22، ص 865–874. [ Google Scholar ]
  9. ریچ، PM؛ بارنز، FJ; آلاموس، ال. مدل‌های شار تابش خورشیدی مبتنی بر ویس، SB GIS. صبح. Soc. فتوگرام فناوری سنسور از راه دور پاپ 1993 ، 3 ، 132-143. [ Google Scholar ]
  10. دبیه، ر. مدل های تابش خورشیدی توپوگرافی غنی، PM برای GIS. بین المللی جی. جئوگر. Inf. سیستم 1995 ، 9 ، 405-419. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  11. فو، پی. Rich, PM طراحی و اجرای تحلیلگر خورشیدی: توسعه ArcView برای مدل‌سازی تابش خورشیدی در مقیاس چشم‌انداز. در مجموعه مقالات نوزدهمین کنفرانس سالانه کاربران ESRI، سن دیگو، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا، 26 تا 30 ژوئیه 1999. صص 1-24.
  12. نتلر، ام. Mitasova، H. GIS منبع باز: رویکرد GRASS GIS ; Springer US: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 2008; صص 1-406. [ Google Scholar ]
  13. هوفیرکا، جی. Šúri، M. مدل تابش خورشیدی برای GIS منبع باز: پیاده سازی و کاربردها. در مجموعه مقالات کنفرانس کاربران منبع باز GIS-GRASS 2002، ترنتو، ایتالیا، 11 تا 13 سپتامبر 2002.
  14. Hofierka, J. یک مدل جدید تابش خورشیدی مبتنی بر GIS و کاربرد آن در ارزیابی‌های فتوولتائیک. ترانس. GIS 2004 ، 8 ، 175-190. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  15. سیستم اطلاعات جغرافیایی فتوولتائیک (PVGIS). در دسترس آنلاین: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/ (دسترسی در 17 دسامبر 2014).
  16. شوری، م. Cebecauer، T. SolarGIS: سرویس جدید مبتنی بر وب ارائه داده های تابش خورشیدی و ابزارهای شبیه سازی PV برای اروپا، شمال آفریقا و خاورمیانه. در دسترس آنلاین: http://geomodelsolar.eu/_docs/papers/2010/Suri-Cebecauer_SolarGIS_EUROSUN2010.pdf (دسترسی در 17 دسامبر 2014).
  17. شوری، م. Cebecauer، T. Skoczek، A. SolarGIS: داده های خورشیدی و برنامه های کاربردی آنلاین برای برنامه ریزی PV و ارزیابی عملکرد. در مجموعه مقالات بیست و ششمین کنفرانس انرژی خورشیدی فتوولتائیک اروپا، هامبورگ، آلمان، 5 تا 8 سپتامبر 2011.
  18. رایلات، ام. گادسدن، اس. لوماس، K. پشتیبانی تصمیم مبتنی بر GIS برای برنامه ریزی انرژی خورشیدی در محیط های شهری. محاسبه کنید. محیط زیست سیستم شهری 2001 ، 25 ، 579-603. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  19. گادسدن، اس. رایلات، ام. لوماس، ک. رابینسون، دی. پیش بینی کسر خورشیدی شهری: روشی برای مشاوران و برنامه ریزان انرژی بر اساس GIS. انرژی ساخت. 2003 ، 35 ، 37-48. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  20. PVsyst. در دسترس آنلاین: http://files.pvsyst.com/help/index.html (در 22 آوریل 2015 قابل دسترسی است).
  21. PV*SOL. در دسترس آنلاین: http://www.solardesign.co.uk/pv.php (در 22 آوریل 2015 قابل دسترسی است).
  22. ردویک، پی. کاتیتا، سی. برآورد پتانسیل Brito، MC PV با استفاده از مدل تابش خورشیدی در مقیاس محلی سه بعدی بر اساس داده های LIDAR شهری. در مجموعه مقالات بیست و ششمین کنفرانس انرژی خورشیدی فتوولتائیک اروپا، هامبورگ، آلمان، 5 تا 9 سپتامبر 2011. صص 3-5.
  23. اردلی، ر. وانگ، ی. گوو، دبلیو. هانا، ای. Colantuono، G. مدل تابش خورشیدی سه بعدی (SORAM) و کاربرد آن در برنامه ریزی شهری سه بعدی. سول انرژی 2014 ، 101 ، 63-73. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  24. Ivanova، SM تجزیه و تحلیل 3 بعدی تابش پراکنده حادثه بر روی سطوح ساختمان در یک محیط شهری. بین المللی J. تکنولوژی کم کربن. 2014 . [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  25. هوفیرکا، جی. Zlocha, M. مدل جدید تابش خورشیدی سه بعدی برای مدل های شهر سه بعدی. ترانس. GIS 2012 ، 16 ، 681-690. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  26. تاناکا، تی. وانگ، ام. حل انتقال تابشی در اتمسفر صفحه-موازی ناهمسانگرد. جی. کوانت. Spectrosc. رادیات. انتقال 2008 ، 83 ، 555-577. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  27. ردا، آی. آندریاس، الف. الگوریتم موقعیت خورشیدی برای کاربردهای تابش خورشیدی. سول انرژی 2004 ، 76 ، 577-589. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  28. Grena, R. پنج الگوریتم جدید برای محاسبه موقعیت خورشید از 2010 تا 2110. Sol. انرژی 2012 ، 86 ، 1323-1337. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  29. لی، سی.-ای. چو، پی.-سی. چیانگ، سی.-م. لین، سی.-ف. سیستم های ردیابی خورشید: بررسی Sensors 2009 , 9 , 3875-3890. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  30. اندرسون، بی. انرژی خورشیدی: مبانی طراحی ساختمان . McGraw-Hill: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 1977. [ Google Scholar ]
  31. اومینی، جی. Savino, S. La Captazione dell’Energia Solare ; CISM-Int Center Mech Sc: Udine، ایتالیا، 2013; صص 15-73. (به ایتالیایی) [ Google Scholar ]
  32. کاستن، اف. Czeplak، G. تابش خورشیدی و زمینی وابسته به مقدار و نوع ابر است. سول انرژی 1980 ، 24 ، 177-189. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  33. ENEA، Atlante Italiano Della Radiazione Solare. در دسترس آنلاین: http://www.solaritaly.enea.it/CalcComune/Definizioni.php (در 27 آوریل 2015 در دسترس است).
  34. آلن، آر جی. ترزا، آر. Tasumi, M. توابع یکپارچه تحلیلی برای تابش روزانه خورشید در شیب ها. کشاورزی برای. هواشناسی 2006 ، 139 ، 55-73. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  35. رسچ، بی. ساگل، جی. تورنروس، تی. باخمایر، آ. ایگرز، ج.-بی. هرکل، اس. نرمسرا، س. Gündra، H. برنامه ریزی و مدل سازی مبتنی بر GIS برای انرژی های تجدید پذیر: چالش ها و راه های تحقیقات آینده. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2014 ، 3 ، 662-692. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  36. پیروتی، اف. گوارنیری، آ. Vettore، A. طراحی Web-GIS مشترک: مطالعه موردی برای تجزیه و تحلیل و پایش ریسک جاده. ترانس. GIS 2011 ، 15 ، 213-226. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  37. پیراگنولو، م. پیروتی، اف. گوارنیری، آ. وتور، ا. Salogni، G. پشتیبانی ژئو فضایی برای ارزیابی تأثیر انسانی بر تنوع زیستی. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2014 ، 3 ، 599-618. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]

;کاربردهای GISمقالات

آموزش کاربردی ArcGISالهام ابراهیم زادهکاربرد جی ای اسکاربرد جی ای اس در زمین شناسی

بدون نظر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همواره حمایت دانشجویان عزیزمان همراه ما بوده و این سببب شده که گامی محکم به‌سوی ایجاد یک مرجع برای آموزش GIS برداریم. با این امید که بتوانیم قدردان حمایت شما بزرگواران باشیم.

  • خانه
  • آموزش
  • فیلم آموزشی
  • تماس با ما
  • درباره ما
  • وبلاگ
  • سمنان /خیابان کاشانی/ساختمان فناوری اطلاعات/پ 8
  • 09120049370