建筑物尺度的高分辨率太阳能资源潜力模型研究

探索运用新型对地观测（EO）传感器数据建立高分辨率太阳能资源遥感反演模型，研究区域太阳能资源时空分布特征；在GIS三维分析技术支持下，建立城市（建筑物尺度）高空间和高时间分辨率的太阳能资源分配模型，估算城市在当前太阳辐射条件、大气状况、空间遮挡关系下建筑物尺度的实际太阳能潜力。研究内容包括：（1）运用高时间分辨率的气象卫星数据反演下行太阳辐射关键参量，研究区域太阳能潜力分布及其时空特征；（2）运用GIS三维分析手段建立建筑物或建筑物簇（即：建筑体互联成簇的建筑群）尺度的太阳能分配模型，在高时间与空间分辨率框架下评价建筑物（簇）的太阳能资源潜力状况；（3）选择我国太阳能资源比较丰富的西北地区作为典型区，示范所提出的模型和方法的有效性和结果的实用性，为能源紧张的大城市带进行高分辨率准实时太阳能潜力数据的获取与评价提供技术示范，缩小我国在再生能源评价方面的差距。

在城市环境下，相比于区域尺度的太阳能资源估算，具体评价建筑物可获得的太阳能资源潜力更具有实际价值。本研究利用国内外多源遥感传感器数据，基于大气辐射传输过程建立高时间分辨率的太阳射辐射参数反演模型，并以新疆地区为实例，研究太阳辐射能的时空分布规律。在此基础上，利用LIDAR、高分遥感数据进行城市建筑与高大树木的三维建模，进而模拟城市某建筑物受周围建筑物或树木的遮挡影响及其时空变化，再以利用卫星遥感数据估算的地面逐时太阳辐射参量为输入，动态计算和评价每小时建筑物墙面和顶面所能接受到的太阳辐射潜能。该项目完成了以下主要研究内容：.（1）利用FY-2D、FY-3A和MODIS传感器数据建立了新疆地区逐时的太阳直射辐射和散射辐射反演模型，通过加入云校正系数解决了云天太阳辐射估算的问题，通过MODIS气溶胶产品与FY-3A气溶胶产品的融合，增强了新疆太阳辐射参量反演结果的空间连续性和精度；.（2）基于三维分析方法建立了各建筑墙面太阳辐射潜能的估算模型，实现了逐时的各墙面接收到的太阳辐射能潜能估算与评价以及结果的三维可视化；利用LIDAR数据对城市建筑和高大树木进行三维建模并用于提高建筑尺度的太阳辐射潜能的评价精度；.（3）利用所建立的模型和技术流程，对新疆地区太阳直射辐射分布进行了反演与分析，并以喀什等5个气象站点为代表进行了太阳直射辐射能的对比分析；.（4）基于OPENGL和Windows C#环境开发了具有自主知识产权的太阳能估算的相关软件系统(SEPMAS)，实现了城市建筑物尺度太阳辐射潜能评价的自动化；.结果表明，本研究提出的基于多源遥感传感器数据的太阳辐射反演模型与技术流程，可提供误差在15%以内的太阳直射辐射结果，所建立的城市三维模拟系统和对建筑、树木的阴影遮挡模拟模型能够提供逐时的建筑物的顶和墙面的太阳辐射变化模拟，可为太阳能设备安装以及建筑规划中环保材料的选用提供基础的数据支持，加强太阳能的利用效率。