地形模型

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本文内容

本文说明准确的地形数据为何对太阳能项目设计至关重要，介绍如何利用数字高程模型（DEM）推导坡度、方位角以及用于阴影分析的 360° 地平线数据。文中还描述了拼接构成 Solargis 全球 DEM 的各数据源（SRTM、Viewfinder Panorama、ASTER GDEM、GEBCO 水深数据），以及高精度数字表面模型和人工三维场址建模如何在此基础上扩展，用于屋顶和复杂场址的阴影分析。

在 Solargis 平台中的应用
此方法应用于 Solargis Prospect、Solargis Evaluate、Solargis Monitor、Solargis Forecast、S2 PV 仿真链、TMY 和 TS API 数据，以及咨询服务。

Solargis 提供的地形数据

Solargis 基于全球数字高程模型为每个场址推导四项地形参数：海拔高度（ELE）、地表坡度（SLO）、地表方位角（AZI），以及 360° 地平线廓线（HOR）。 这些参数使光伏模拟能够考虑场址特有的地形条件 —— 周边丘陵和山脉造成的遮挡、倾斜地面上系统的最优设计，以及影响太阳辐照度建模的大气厚度。

通过考虑场址特有的地形条件，模拟能够更精确地反映发电量，支持科学决策并最大化太阳能设施的效率。

由高程数据推导的地形参数

通过处理数字地形模型，可利用海拔（ELE）数据对每个场址进行全面的地形表征。在此参数基础上，计算得出地表坡度（SLO）和地表方位角（AZI）。这三项参数同时也作为地图图层发布于 Solargis Prospect 中 —— 参见前景图层。

另一方面，地平线数据（HOR）通过将周边地形的点位汇总为围绕场址的 360° 方位序列而生成。此分析可用于估算附近丘陵或山脉遮挡造成的潜在发电损失。关于如何在 Solargis Evaluate 中查看、编辑和导出地平线廓线，参见远地平线着色；关于地平线遮挡在光学链中的应用方式，参见光伏模拟器对比：辐照度建模。

海拔为何影响太阳辐照度建模

Solargis 还利用海拔高度确定大气厚度，而大气厚度直接影响太阳辐照度建模。

仅有地形数据不足时

尽管 Solargis DEM 等数字地形模型可在全球范围提供详细信息，但要完成完整的阴影分析，仍需纳入局地地物、建筑物及其他物体。为此需要使用更精细的表面模型和三维建模工具。

太阳能项目开发者通常将地形信息与土地覆盖、人口等其他地理数据图层结合使用，这些数据为项目可行性研究提供有价值的参考 —— 参见额外地理数据。

同一区域的三幅地图，分别显示由数字高程模型推导的地形海拔、坡度和坡向。

图 1：地形海拔、坡度和坡向地图示例。

Solargis 数字高程模型（DEM）

Solargis DEM 是推导 ELE、SLO、AZI 和 HOR 的全球高程数据集。本节介绍什么是 DEM、如何由其计算坡度和方位角、其分辨率，以及其所基于的源数据集。

什么是数字高程模型

数字高程模型（DEM）是由高程数据构建的地形三维表达，可详细刻画地球地形。它以规则间隔（通常为网格形式）映射陆地高程，为太阳能项目开发中的精确分析和决策提供必要依据。下文所述的 Solargis DEM 即属于此类模型。

坡度和方位角的计算方式

利用高分辨率 DEM，通过 Solargis 自有的专有方法推导坡度和方位角数据 —— 这是高程之外的关键辅助参数。这些参数可精确识别平坦地表和具有倾角的区域。当在项目场址识别出倾斜地表时，可进一步分析以确定光伏（PV）系统的最优设计，确保项目实施高效且具成本效益。

Solargis DEM 的分辨率

Solargis 数据库提供的 DEM 数据，陆地部分分辨率为 3 角秒（标称 90 m），海底部分为 30 角秒（标称 1 km）。该精度可满足对周边地形结构的区域性分析需求（例如周边山脉或丘陵造成的遮挡）。

注意：3 角秒（90 m）的 Solargis DEM 适用于区域性地形分析，例如周边山脉或丘陵造成的遮挡。局地物体的精细阴影分析需要使用数字表面模型或人工三维场址模型。

关于可在 Solargis Evaluate 能源系统设计器中选择的高程模型，参见地形属性。

源数据集及其组合方式

最终的 Solargis DEM 数据集是对若干现有地形数据集进行严格拼接的成果：

数据集	在 Solargis DEM 中的作用	适用范围
航天飞机雷达地形测绘任务（SRTM）	主要高程数据源	陆地区域
Viewfinder Panorama	填补空缺并修正 SRTM 数据中已识别的问题	北纬 60° 以上和南纬 60° 以下的陆地
全球数字高程模型（ASTER GDEM）	在 SRTM 与 Viewfinder Panorama 质量不足之处，经后处理后使用	少数个别情形
格网水深数据（GEBCO）	海底高程	海洋区域

Solargis 还处理了海岸线沿线高程数据中的诸多问题。

利用 DSM 和三维模型对精细地表物体建模

当 Solargis DEM 的精度不足以支持局地阴影分析时，有两种方式可对其进行扩展：数字表面模型和人工三维场址模型。

用于屋顶和城市阴影分析的数字表面模型

当具备数字表面模型（DSM）数据时，Solargis 可分析最高的实体表面，包括建筑结构和茂密植被。这对城市环境中的精细阴影分析尤为有用，例如评估屋顶光伏潜力。此类分析建议采用约 10 cm 或相近的标称分辨率，以确保精度。

Solargis Evaluate 中的人工三维场址模型

由于难以实现全球统一的精细地表建模方案，最常用的做法是使用 Solargis Evaluate 等专业模拟软件为单个场址创建人工三维模型。这种针对具体场址的三维建模对光伏项目至关重要，可实现准确的发电量估算、全面的阴影分析和空间优化。通过构建项目场址的详细三维表达，软件有助于确定光伏组件的最优布置与配置，从而最大化发电量。

Solargis Evaluate 导入场址数据并生成三维地形模型，您可在其中添加光伏组件以及建筑物、树木等遮挡物，进行阴影和太阳路径分析。依据这些模拟结果反复调整设计，正是针对场址优化布局和间距的方式，从而确保空间的高效利用并最大化发电量。