塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，包括以下步驟：(1)建立整個(gè)定日鏡場的軸平行的大包圍盒；(2)將所述的大包圍盒沿定日鏡分布方向等距劃分，產(chǎn)生均勻的網(wǎng)格；(3)將定日鏡反射或入射的光柱建模；(4)對(duì)于每一個(gè)光柱，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格；(5)對(duì)相交網(wǎng)格中的定日鏡與對(duì)應(yīng)光柱相交判定，從而得到形成該光柱的定日鏡受到的陰影或遮擋。本發(fā)明的判定方法中引入圖形學(xué)中經(jīng)典的均勻網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，巧妙的利用了定日鏡場上定日鏡規(guī)則分布的特點(diǎn)，高效的組織仿真環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息，有效提高計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率。
【專利說明】
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和廬擋的快速判定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種塔式太陽能熱發(fā) 電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)定日鏡場上經(jīng)常存在兩種影響發(fā)電效率的現(xiàn)象：陰影和遮 擋。陰影是指相鄰定日鏡對(duì)本應(yīng)入射到指定定日鏡上的太陽光能的阻擋，遮擋指考察定日 鏡反射光柱的部分能量由于相鄰定日鏡的影響沒辦法到達(dá)接收器。為了提高發(fā)電效率，運(yùn) 兩種現(xiàn)象都需要快速甄別并盡量避免。然而，對(duì)于一個(gè)大型的定日鏡場，要判定定日鏡之間 的陰影和遮擋關(guān)系，計(jì)算量巨大，影響仿真效率。因此，在太陽能仿真領(lǐng)域，一些簡單的加速 處理方法被提出。
[0003] Belhomme B等人（2009)(Belhomme B,Pitz-Paal R,SchwarzbSzlP,et al.A new fast ray tracing tool for high-precision simulation of heliostat fields[J] .Journal of Solar Ene;rgy !Engineering,2009,131(3) :031002.)采用了層次化的空間數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)組織每一個(gè)定日鏡W及定日鏡鏡片來加速陰影和遮擋關(guān)系的判定；Izigon M等人 (2011)(Izigon M,Armshong P,Nilsson C and Vu N,TieSOl^-A GPU-Based Suite of Software for Central Receiver Solar Power Plants ,SolarPACES Granada, Spain, 2011.)提出對(duì)每一個(gè)定日鏡保留兩個(gè)固定長度的列表來存儲(chǔ)與之相鄰的潛在陰影和遮擋 定日鏡，然而，運(yùn)種估計(jì)并不準(zhǔn)確，尤其是當(dāng)早上和傍晚太陽高度角很小的時(shí)候，潛在陰影 遮擋的定日鏡數(shù)量往往超過列表的預(yù)設(shè)長度。Besarati S等人（2014) (Besarati ,S.M.， Goswami,D.Y.,feStefanakos,E.K.(2014).Optimal heliostat aiming strategy for uniform distribution of heat flux on the receiver of a solar power tower plant.!Energy Conversion and Management,84,2:34-243.)提出對(duì)于考察定日鏡的周圍定 日鏡，陰影遮擋關(guān)系只測試相對(duì)該定日鏡分別與太陽或接受器處于同一側(cè)的其他定日鏡。 顯然運(yùn)是一種保守的做法，增加了很多實(shí)際上不會(huì)產(chǎn)生陰影遮擋影響的定日鏡，增加計(jì)算 量。
[0004] 另外，從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度，陰影和遮擋現(xiàn)象可W看作經(jīng)典的隱藏面消除問題， 很多成熟的算法可W拿來借鑒，比如層次z-buffer算法（Greene N,Kass !,Miller G. Hierarchical Z-buffer visibiIity[C]//Proceedings of the20th annual conference on Computer graphics and interactive techniques . ACM,1993:231- 238.)。在圖形學(xué)領(lǐng)域，降低運(yùn)類問題計(jì)算復(fù)雜度的方式是挖掘場景的空間連續(xù)性。相應(yīng)的 有兩種空間劃分輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，自適應(yīng)結(jié)構(gòu)（代表是octree ,Glassner A S. Space subdivision for fast ray tracing[J].Computer GraphicsMpplications IEEE,1984, 4(10) :15-24)和均勻劃分網(wǎng)格化ujimoto A,Tanaka T, Iwata K.ARTS:Accelerated Ra}f- Tracing System[J]. IEEE Computer GraphicsMpplications,1986,6(4):16-26.)。
[0005] 上述中的前者是一種自上而下的方式，適用于物體不規(guī)律分布的場景。相反后者 更適合均勻分布的場景，在此基礎(chǔ)上的光線遍歷3D-孤A算法(Amanatides J,Woo A.A fast voxel traversal algorithm for ray tracing[C]//Eurographics.1987,87(3):10.)會(huì)長 高效的找到與光線碰撞的物體。考慮到定日鏡場上定日鏡的規(guī)則分布，均勻劃分網(wǎng)格數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)是首選。但是傳統(tǒng)的3D-孤A算法針對(duì)的是光線，對(duì)于像定日鏡反射的光柱遍歷均勻網(wǎng) 格的問題至今沒有一個(gè)高效的算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，能夠快 速精確地甄別所有定日鏡的潛在陰影和遮擋對(duì)象。
[0007] -種塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，包括W下步驟：
[0008] (1)建立整個(gè)定日鏡場的軸平行的大包圍盒；
[0009] (2)將所述的大包圍盒沿定日鏡分布方向等距劃分，產(chǎn)生均勻的網(wǎng)格；
[0010] (3)將定日鏡反射或入射的光柱建模；
[0011] (4)對(duì)于每一個(gè)光柱，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格；
[0012] (5)對(duì)相交網(wǎng)格中的定日鏡與對(duì)應(yīng)光柱相交判定，從而得到形成該光柱的定日鏡 受到的陰影或遮擋。
[0013] 陰影是指相鄰定日鏡對(duì)本應(yīng)入射到指定定日鏡上的太陽光能所形成的光柱的阻 擋，遮擋指指定定日鏡反射的光柱的由于相鄰定日鏡的影響沒辦法到達(dá)接收器。
[0014] 為了進(jìn)一步提高計(jì)算效率，優(yōu)選的，在步驟（1)中，同時(shí)每個(gè)定日鏡建立一個(gè)大小 可W完全包圍對(duì)應(yīng)定日鏡的軸平行的小包圍盒，在步驟(2)中，同時(shí)遍歷每個(gè)定日鏡，將每 個(gè)定日鏡的索引存儲(chǔ)到與該定日鏡所在小包圍盒相交的網(wǎng)格中，使網(wǎng)格作為定日鏡的代 理。建立定日鏡的軸平行的小包圍盒的目的是為了針對(duì)特定的定日鏡鏡場，場景的均勻網(wǎng) 格輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只需建立一次，小包圍盒限定了定日鏡的最大活動(dòng)范圍，根據(jù)運(yùn)個(gè)軸平行 包圍盒與均勻網(wǎng)格的相交情況可W確定定日鏡從屬于哪些網(wǎng)格。當(dāng)然，運(yùn)個(gè)軸平行包圍盒 不是必需的，根據(jù)定日鏡頂點(diǎn)實(shí)時(shí)判定其屬于哪些均勻網(wǎng)格也可行，不過運(yùn)樣的話輔助數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)需要實(shí)時(shí)更新，計(jì)算量會(huì)增加。
[0015] 為了兼顧效率和精度，優(yōu)選的，定日鏡的長邊為曰，網(wǎng)格的邊長為b，步驟(2)中，b:a =1.5~2.5。進(jìn)一步優(yōu)選的，b: a = 2。
[0016] 為了快速判斷光柱是否與網(wǎng)格相交，優(yōu)選的，步驟(3)中，光柱建模為鏡面沿著光 柱方向平移形成的n棱柱，n > 3，假定光柱的每個(gè)側(cè)面的法向指向光柱內(nèi)部；
[0017] 步驟(4)中，確定該網(wǎng)格與該光柱是否相交的具體步驟如下：
[0018] 4-1、對(duì)于組成光柱的一個(gè)側(cè)面，確定網(wǎng)格上相對(duì)所述側(cè)面的"p-vertex"，Up- vertex" 定義為網(wǎng)格的八個(gè)頂點(diǎn)中到所述側(cè)面沿法向的 "有向距離 "最大的點(diǎn)；
[0019] 4-2、如果Vvedex"位于光柱任一偵曬的相對(duì)法向指向的另一面，則光柱跟運(yùn)個(gè) 網(wǎng)格不相交；
[0020] 如果對(duì)于組成光柱所有側(cè)面上述情況不存在，則判定該光柱與運(yùn)個(gè)網(wǎng)格是相交 的。
[0021] n越大，光柱的側(cè)面越多，計(jì)算量越大，一般情況下定日鏡反射面是矩形，n = 4,才 有平行六面體(四棱柱)模擬光柱，計(jì)算量小且可W有效檢測到陰影和遮擋。
[0022] 針對(duì)不同形式的定日鏡場，在建立網(wǎng)格時(shí)區(qū)別如下：
[0023] 優(yōu)選的，所述定日鏡沿水平面鋪設(shè)時(shí)，步驟(2)中，在定日鏡所述平面產(chǎn)生一層均 勻網(wǎng)格。
[0024] 針對(duì)單層的均勻網(wǎng)格，優(yōu)選的，步驟(4)中，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格的遍歷 方式如下：
[0025] 沿任一方向逐個(gè)判斷網(wǎng)格是否與光柱相交，直到檢測到不相交網(wǎng)格，進(jìn)入與剛檢 測行相鄰的下一行進(jìn)行判定，當(dāng)所有與光柱相交的網(wǎng)格都被不相交的網(wǎng)格包圍則完成判 定。
[0026] 優(yōu)選的，所述定日鏡沿傾斜面或者不規(guī)則平面鋪設(shè)時(shí)，步驟(2)中，產(chǎn)生多層均勻 網(wǎng)格。
[0027] 針對(duì)多層的均勻網(wǎng)格，優(yōu)選的，步驟(4)中，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格的遍歷 方式如下：
[0028] 沿任一方向逐個(gè)判斷網(wǎng)格是否與光柱相交，直到檢測到不相交網(wǎng)格，進(jìn)入與剛檢 測行相鄰的下一行進(jìn)行判定，當(dāng)所有與光柱相交的網(wǎng)格都被不相交的網(wǎng)格包圍，當(dāng)前層掃 描結(jié)束進(jìn)入下一層進(jìn)行檢測直至完成所有層的檢測。
[0029] 本發(fā)明提出的在均勻網(wǎng)格中的光柱遍歷算法，有效的利用了定日鏡鏡場的空間連 續(xù)性W及陰影和遮擋現(xiàn)象產(chǎn)生具有局部性的特點(diǎn)，同時(shí)算法保持精確性，既不遺漏潛在遮 擋物也不保守，使得算法很高效。
[0030] 優(yōu)選的，為了將本算法移植到GPU上，本發(fā)明提出針對(duì)本算法輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在顯存 上的線性存儲(chǔ)方案具體方法如下：
[0031] 將網(wǎng)格的信息作為常量緩存?zhèn)鹘oGPU，每個(gè)網(wǎng)格中的定日鏡索引信息依網(wǎng)格順序 組織成"定日鏡索引"連續(xù)數(shù)組，每個(gè)網(wǎng)格的信息W "-r結(jié)尾，同時(shí)記錄每個(gè)網(wǎng)格信息在定 日鏡索引數(shù)組中的起始索引，存為另一個(gè)連續(xù)數(shù)組，記為索引起點(diǎn)信息數(shù)組；
[0032] 訪問特定網(wǎng)格的信息只要先從索引起點(diǎn)信息數(shù)組中讀取定日鏡索引數(shù)組的起始 索引，再從定日鏡索引數(shù)組中連續(xù)讀取定日鏡的索引，直到讀取到"-r結(jié)束。
[0033] 本發(fā)明利用每一個(gè)定日鏡陰影和遮擋判斷的獨(dú)立性的本質(zhì)，將光柱遍歷算法成功 移植到GPU環(huán)境中，進(jìn)一步提高算法效率。
[0034] 為了方便計(jì)算，在定日鏡場中加入XYZ全局坐標(biāo)系，對(duì)定日鏡場建立均勻網(wǎng)格劃分 的一次性輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)定日鏡根據(jù)其包圍盒與均勻網(wǎng)格的相交情況被有序的記錄存 儲(chǔ)，運(yùn)個(gè)步驟針對(duì)特定的鏡場只需執(zhí)行一次，并且在CPU上完成。
[0035] 將每一個(gè)定日鏡上入射和反射的光柱建模為鏡面沿著光柱方向平移形成的六面 體(偵曬延伸到無限遠(yuǎn)），借鑒"視域錐快速剔除包圍盒"算法，實(shí)現(xiàn)"光柱剔除均勻空間網(wǎng)格 算法'。
[0036] 從光柱出發(fā)的網(wǎng)格開始，有序的沿著XYZ軸方向測試相鄰網(wǎng)格，優(yōu)先剔除與當(dāng)前光 柱不相交的網(wǎng)格，從而找出與光柱相交的網(wǎng)格。運(yùn)個(gè)步驟在GPU上并行實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線程負(fù)責(zé) 處理一個(gè)定日鏡發(fā)射出來的光柱。
[0037] -旦找到與光柱相交的網(wǎng)格，繼續(xù)測試運(yùn)個(gè)網(wǎng)格中記錄的定日鏡是否與光柱相 交，也是采用"視域錐剔除"的方式快速測試。運(yùn)個(gè)步驟也在GPU上實(shí)現(xiàn)。
[0038] 本發(fā)明的有益效果：
[0039] 本發(fā)明的判定方法中引入圖形學(xué)中經(jīng)典的均勻網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，巧妙的利用了定日 鏡場上定日鏡規(guī)則分布的特點(diǎn)，高效的組織仿真環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息，有效提高計(jì)算的準(zhǔn)確 性和效率。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法的流程線框 圖。
[0041] 圖2為本發(fā)明采用全局坐標(biāo)系下的定日鏡及其小包圍盒的示意圖。
[0042] 圖3為本發(fā)明采用全局坐標(biāo)系下的局部定日鏡場的示意圖。
[0043] 圖4為定日鏡鏡場上的定日鏡分布和均勻空間劃分網(wǎng)格的示意圖。
[0044] 圖5為另一種定日鏡鏡場上的定日鏡分布和均勻空間劃分網(wǎng)格的示意圖。
[0045] 圖6為定日鏡入射或者反射光柱的建模示意圖。
[0046] 圖7為光柱與網(wǎng)格求交測試算法示意圖。
[0047] 圖8為本發(fā)明的光柱遍歷算法對(duì)于位于垂直方向上同一層的空間網(wǎng)格的遍歷順序 示意圖。
[0048] 圖9~15為本發(fā)明的光柱遍歷均勻網(wǎng)格的過程示意圖。
[0049] 圖16為本發(fā)明建立的空間均勻網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在GPU上線性存儲(chǔ)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0化0] 本實(shí)施例中采用左手系全局坐標(biāo)系，Y軸向上。
[0051] 如圖1所示，本實(shí)施例的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，包 括W下步驟：
[0052] (1)建立整個(gè)定日鏡場的軸平行的大包圍盒，每個(gè)定日鏡1建立一個(gè)軸平行的小包 圍盒2,小包圍盒2的邊長等于定日鏡1的長邊，中屯、就是定日鏡1的中屯、，運(yùn)樣小包圍盒2就 能永久包圍定日鏡1，如圖2所示。
[0053] (2)將大包圍盒沿定日鏡分布方向等距劃分，產(chǎn)生均勻的網(wǎng)格3,多個(gè)定日鏡分別 用化，肥，......化標(biāo)記，如圖3~5所示；
[0054] 具體的，將運(yùn)個(gè)大包圍盒沿著全局坐標(biāo)的XZ方向等距劃分，產(chǎn)生均勻網(wǎng)格3;均勻 網(wǎng)格的大小W及網(wǎng)格分界線的選擇由啟發(fā)式?jīng)Q定，標(biāo)準(zhǔn)是使得與邊界相交的定日鏡盡可能 少;對(duì)于像PSlO運(yùn)樣的處于斜坡上的場地，由于在全局坐標(biāo)的Y軸方向上定日鏡坐標(biāo)變化浮 動(dòng)較大，因此在Y方向上也要對(duì)鏡場包圍盒進(jìn)行劃分;對(duì)于福射狀分布的鏡場，本實(shí)施例的 做法是將網(wǎng)格3的邊長設(shè)置為兩倍的定日鏡1長邊；
[0055] 遍歷每個(gè)定日鏡，將每個(gè)定日鏡的索引存儲(chǔ)到與該定日鏡所在小包圍盒相交的網(wǎng) 格中，使網(wǎng)格作為定日鏡的代理；
[0056] 建立定日鏡的軸平行的小包圍盒的目的是為了針對(duì)特定的定日鏡鏡場，場景的均 勻網(wǎng)格輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只需建立一次。小包圍盒限定了定日鏡的最大活動(dòng)范圍，根據(jù)運(yùn)個(gè)小 包圍盒與空間均勻網(wǎng)格的相交情況可W確定定日鏡從屬于哪些網(wǎng)格。
[0057] (3)將定日鏡反射或入射的光柱建模；
[0058] 具體的：如圖6所示，將定日鏡反射或入射的光柱4建模為鏡面沿著光柱方向平移 形成的平行六面體（四棱柱），不失一般性，假定光柱的每個(gè)側(cè)面的法向（N)指向光柱內(nèi)部； 光柱剔除均勻網(wǎng)格算法的目標(biāo)是快速檢測與光柱相交的網(wǎng)格，采用優(yōu)先排除的方式。
[0059] (4)對(duì)于每一個(gè)光柱，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格；
[0060] 具體方式為：
[0061] 如圖7所示，對(duì)于組成光柱的一個(gè)側(cè)面，首先確定網(wǎng)格上相對(duì)運(yùn)個(gè)面的Up- vertex" ; "p-vertex" 定義為網(wǎng)格的六個(gè)頂點(diǎn) 中到運(yùn)個(gè)面沿法向的 "有 向距離 "最大的點(diǎn) 。如 果"p-vertex"位于平面的背面(相對(duì)法向指向的另一面），那么可W確定光柱跟運(yùn)個(gè)網(wǎng)格不 相交;如果用光柱的所有面都不能排除運(yùn)個(gè)網(wǎng)格，那么它們是相交的。
[0062] 遍歷的總思想是從光柱產(chǎn)生的網(wǎng)格出發(fā)，沿垂直方向逐層掃描均勻網(wǎng)格（如果有 多層），在每一層，一行一行掃描，如圖8所示;判斷光柱與均勻網(wǎng)格是否相交，如果一個(gè)定日 鏡跨越多個(gè)空間網(wǎng)格，那么沿著逆光柱方向的第一個(gè)網(wǎng)格作為第一個(gè)測試網(wǎng)格。
[0063] 在本實(shí)施例要解決的問題中，在垂直方向Y方向上是沿正向掃描，因?yàn)樘柡徒邮?器相對(duì)場地都在上方。記光柱單位方向向量為r= (rx，ry，rz)。如果I rxl > I。I那么掃描先沿 X軸再沿Z軸，反之先Z軸在X軸。如果那么沿X軸正向，反之負(fù)向，Z軸類似。如圖9~15 所示，本實(shí)施例設(shè)定光柱前進(jìn)方向沿X+，Z-，Y+方向，首先沿X軸正向逐個(gè)判斷網(wǎng)格是否與光 柱相交，直到檢測到不相交網(wǎng)格，對(duì)于當(dāng)前Z沿X方向掃描結(jié)束;然后沿著-Z方向進(jìn)入下一行 測試；當(dāng)所有與光柱相交的網(wǎng)格都被不相交的網(wǎng)格沿X+，Z-方向包圍，當(dāng)前層掃描結(jié)束，沿 垂直方向進(jìn)入下一層。
[0064] (5)對(duì)相交網(wǎng)格中的定日鏡與對(duì)應(yīng)光柱相交判定，從而得到形成該光柱的定日鏡 受到的陰影或遮擋；
[0065] 同樣采用優(yōu)先排除的方式，只需要判斷定日鏡的頂點(diǎn)是否位于某個(gè)光柱平面的背 面，是代表不相交，如果所有光柱平面都不能排除，那么光柱和定日鏡相交。
[0066] 如圖16所示，GPU上均勻空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)：
[0067] GPU上只支持線性存儲(chǔ)，在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，均勻網(wǎng)格的一些基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如網(wǎng)格 大小、網(wǎng)格起始坐標(biāo)等打包作為常量緩存?zhèn)鹘oGPU;如圖12所示，每個(gè)空間網(wǎng)格中的定日鏡 索引信息依網(wǎng)格順序組織成"定日鏡索引"連續(xù)數(shù)組，每個(gè)網(wǎng)格的信息W "-r結(jié)尾（圖5中的 定日鏡索引數(shù)組），同時(shí)記錄每個(gè)網(wǎng)格信息在定日鏡索引數(shù)組中的起始索引 (圖5中的索引 起點(diǎn)信息數(shù)組），存為另一個(gè)連續(xù)數(shù)組，記為索引起點(diǎn)信息數(shù)組。運(yùn)樣，訪問特定網(wǎng)格的信息 只要先從索引起點(diǎn)信息數(shù)組中讀取定日鏡索引數(shù)組的起始索引，再從定日鏡索引數(shù)組中連 續(xù)讀取定日鏡的索引，直到讀取到"-r結(jié)束。
[0068] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
[0069] 經(jīng)測試采用本實(shí)施例的方法對(duì)于30000個(gè)定日鏡的場地判斷場地上所有定日鏡在 某一刻的陰影遮擋關(guān)系只需Ims左右。
[0070] 綜上所述，本實(shí)施例引入圖形學(xué)中經(jīng)典的均勻網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，巧妙的利用了定日 鏡場上定日鏡規(guī)則分布的特點(diǎn)，高效的組織仿真環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息；提出的在均勻網(wǎng)格中 的光柱遍歷算法，有效的利用了定日鏡鏡場的空間連續(xù)性W及陰影和遮擋現(xiàn)象產(chǎn)生具有局 部性的特點(diǎn)，同時(shí)算法保持精確性，既不遺漏潛在遮擋物也不保守，使得算法很高效;利用 每一個(gè)定日鏡陰影和遮擋判斷的獨(dú)立性的本質(zhì)，將光柱遍歷算法成功移植到GPU環(huán)境中，進(jìn) 一步提高算法效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征在于，包括以下 步驟： (1) 建立整個(gè)定日鏡場的軸平行的大包圍盒； (2) 將所述的大包圍盒沿定日鏡分布方向等距劃分，產(chǎn)生均勻的網(wǎng)格； (3) 將定日鏡反射或入射的光柱建模； (4) 對(duì)于每一個(gè)光柱，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格； (5) 對(duì)相交網(wǎng)格中的定日鏡與對(duì)應(yīng)光柱相交判定，從而得到形成該光柱的定日鏡受到 的陰影或遮擋。2. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，在步驟(1)中，同時(shí)每個(gè)定日鏡建立一個(gè)大小可以完全包圍對(duì)應(yīng)定日鏡的軸平行的小 包圍盒，在步驟⑵中，同時(shí)遍歷每個(gè)定日鏡，將每個(gè)定日鏡的索引存儲(chǔ)到與該定日鏡所在 小包圍盒相交的網(wǎng)格中，使網(wǎng)格作為定日鏡的代理。3. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，定日鏡的長邊為a，網(wǎng)格的邊長為b，步驟(2)中，b :a = 1.5~2.5。4. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，步驟(3)中，光柱建模為鏡面沿著光柱方向平移形成的η棱柱，3,假定光柱的每個(gè) 側(cè)面的法向指向光柱內(nèi)部； 步驟(4)中，確定該網(wǎng)格與該光柱是否相交的具體步驟如下： 4-1、對(duì)于組成光柱的一個(gè)側(cè)面，確定網(wǎng)格上相對(duì)所述側(cè)面的"p-vertex"，"p-vertex" 定義為網(wǎng)格的六個(gè)頂點(diǎn)中到所述側(cè)面沿法向的"有向距離"最大的點(diǎn)； 4-2、如果"p-vertex"位于光柱任一側(cè)面的相對(duì)法向指向的另一面，則光柱跟這個(gè)網(wǎng)格 不相交； 如果對(duì)于組成光柱的所有側(cè)面上述情況不存在，則判定該光柱與這個(gè)網(wǎng)格是相交的。5. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，所述定日鏡沿水平面鋪設(shè)時(shí)，步驟(2)中，在定日鏡所述平面產(chǎn)生一層均勻網(wǎng)格。6. 如權(quán)利要求5所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，步驟(4)中，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格的遍歷方式如下： 沿任一方向逐個(gè)判斷網(wǎng)格是否與光柱相交，直到檢測到不相交網(wǎng)格，進(jìn)入與剛檢測行 相鄰的下一行進(jìn)行判定，當(dāng)所有與光柱相交的網(wǎng)格都被不相交的網(wǎng)格包圍則完成判定。7. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，所述定日鏡沿傾斜面或者不規(guī)則平面鋪設(shè)時(shí)，步驟(2)中，產(chǎn)生多層均勻網(wǎng)格。8. 如權(quán)利要求7所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，步驟(4)中，找到與該光柱相交的相交網(wǎng)格的遍歷方式如下： 沿任一方向逐個(gè)判斷網(wǎng)格是否與光柱相交，直到檢測到不相交網(wǎng)格，進(jìn)入與剛檢測行 相鄰的下一行進(jìn)行判定，當(dāng)所有與光柱相交的網(wǎng)格都被不相交的網(wǎng)格包圍，當(dāng)前層掃描結(jié) 束進(jìn)入下一層進(jìn)行檢測直至完成所有層的檢測。9. 如權(quán)利要求1所述的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中陰影和遮擋的快速判定方法，其特征 在于，本方法采用GPU對(duì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，具體方法如下： 將網(wǎng)格的信息作為常量緩存?zhèn)鹘oGPU，每個(gè)網(wǎng)格中的定日鏡索引信息依網(wǎng)格順序組織 成"定日鏡索引"連續(xù)數(shù)組，每個(gè)網(wǎng)格的信息以"-Γ結(jié)尾，同時(shí)記錄每個(gè)網(wǎng)格信息在定日鏡 索引數(shù)組中的起始索引，存為另一個(gè)連續(xù)數(shù)組，記為索引起點(diǎn)信息數(shù)組； 訪問特定網(wǎng)格的信息只要先從索引起點(diǎn)信息數(shù)組中讀取定日鏡索引數(shù)組的起始索引， 再從定日鏡索引數(shù)組中連續(xù)讀取定日鏡的索引，直到讀取到"-Γ結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK105956331SQ201610374655
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】趙豫紅, 馮結(jié)青, 何才透
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)