Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 28 · № 3 · 2023 гру 26, 2023 Електронні системи та сигнали

Генерація анізотропного хмарного покриву

VM
Vadym Ihorovych Martyniuk Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
VZ
Valerii Yakovych Zhuikov Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
Сторінки291803.1-291803.10 Опублікованогру 26, 2023
PDF
ТОМ 28 · № 3 · 2023 до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського Переглянути випуск

Анотація

У цій статті представлено розробку математичної моделі для генерації та аналізу зображень хмарного покриву, спеціально призначеної для покращення дослідження часткового затінення фотоелектричних систем. Розробка моделі включала ретельний аналіз реальних зображень хмарного покриву, з особливим акцентом на відтворення їх анізотропних спектральних характеристик за допомогою комбінації спектрального аналізу та різноманітних методів обробки зображень. Методологічно дослідження було зосереджено на розробці моделі з чотирма параметрами для точного відображення спектральних властивостей хмарного покриву. Основні параметри були визначені за допомогою використання різноманітних моделей регресійного аналізу, щоб відповідати характеристикам реальних хмар. Це включало аналіз амплітудних та фазових спектрів хмарних покривів та їхню адаптацію до моделі, здатної точно відтворювати ці властивості. Важливою частиною дослідження було формування нової техніки генерації фазового спектру. Ця техніка була розроблена для контролю ступеня схожості між згенерованим та оригінальними зображеннями, що забезпечує ефективність моделі в різних сценаріях моделювання хмарного покриву. Точність моделі у відтворенні характеристик хмарного покриву була перевірена порівняльним аналізом із традиційними методами спектральної синтезу. Цей аналіз включав генерацію зображень хмарного покриву за допомогою розробленої моделі та порівняння цих зображень із оригінальними хмарами за візуальною схожістю та похибкою апроксимації. Було встановлено, що розроблена модель у порівнянні з традиційним підходом спектрального синтезу забезпечує в середньому на 20% меншу похибку апроксимації вихідного зображення. Візуально це відображається у більшій чіткості згенерованого зображення хмарного покриву. Окрім того, модель була застосована для генерації псевдовипадкових зображень хмарного покриву шляхом зміни значення параметру моделі, який відповідає за анізотропію амплітудного спектру. Це дозволяє генерувати зображення, які одночасно є випадковими та відповідають спектральним характеристикам вихідного зображення хмарного покриву, зберігаючи ключові особливості, такі як напрямок, довжина та щільність. У підсумку, ця стаття детально описує створення високоточної моделі синтезу зображень хмарного покриву, з акцентом на точності спектральних властивостей. Дослідження підкреслює використання передових методів спектрального аналізу та обробки зображень для визначення ключових параметрів моделі, що призвело до значного прогресу в імітації хмарного покриву для сонячної енергетики.

Ключові слова

#спектральний синтез #часткове затінення #моделювання хмарного покриву #точність апроксимації зображення #спектральна анізотропія #аналіз частотної характеристики #генерація фазового спектру

Посилання

  1. H. Ritchie, M. Roser, and P. Rosado, “Energy,” Our World Data, Oct. 2022, URL: https://ourworldindata.org/energy
  2. T. Y. Gnangoin, D. F. Kassi, A. J.-R. Edjoukou, O. Kongrong, and D. Yuqing, “Renewable energy, non-renewable energy, economic growth and CO2 emissions in the newly emerging market economies: The moderating role of human capital,” Front. Environ. Sci., vol. 10, Sep. 2022, DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.1017721
  3. D. Gielen, F. Boshell, D. Saygin, M. D. Bazilian, N. Wagner, and R. Gorini, “The role of renewable energy in the global energy transformation,” Energy Strateg. Rev., vol. 24, pp. 38–50, Apr. 2019, DOI: https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.01.006
  4. “Electricity Market Report 2023 – Analysis - IEA.” [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/electricity-market-report-2023 . [Accessed: 27-Sep-2023]
  5. O. Diachuk, M. Chepeliev, R. Podolets, H. Trypolska, V. Venher, T. Saprykina and R. Yukhymets “Perekhid Ukrayiny na vidnovlyuvanu enerhetyku do 2050 r. [Transition of Ukraine to renewable energy until 2050.]” Heinrich Böll Stiftung : Kyiv, Ukraine, 2023 [Online]. Available: https://ua.boell.org/sites/default/files/perehid_ukraini_na_vidnovlyuvanu_energetiku_do_2050_roku.pdf [Accessed: 27-Sep-2023].
  6. D. Maradin, “ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF RENEWABLE ENERGY SOURCES UTILIZATION,” Int. J. Energy Econ. Policy, vol. 11, no. 3, pp. 176–183, Apr. 2021, DOI: https://doi.org/10.32479/ijeep.11027
  7. V. M. Geyets, O. V. Kirilenko, B. I. Basok, and Y. T. Baseyev, “Energy Strategy: Projections (Review),” Nauk. ta innovacii, vol. 16, no. 1, pp. 3–15, 2020, DOI: https://doi.org/10.15407/scin16.01.003
  8. I. R. E. A. (IRENA), “REmap 2030, Renewable Energy Prospects: Ukraine, a background paper.” IRENA: International Renewable Energy Agency, 13-Apr-2015
  9. “Ukraine energy profile – Analysis - IEA.” [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/ukraine-energy-profile . [Accessed: 27-Sep-2023]
  10. K. Sopian, S. L. Cheow, and S. H. Zaidi, “An overview of crystalline silicon solar cell technology: Past, present, and future,” 2017, p. 020004, DOI: https://doi.org/10.1063/1.4999854
  11. D. O. Akinyele, R. K. Rayudu, and N. K. C. Nair, “Global progress in photovoltaic technologies and the scenario of development of solar panel plant and module performance estimation − Application in Nigeria,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 48, pp. 112–139, Aug. 2015, DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.021
  12. J. Teo, R. Tan, V. Mok, V. Ramachandaramurthy, and C. Tan, “Impact of Partial Shading on the P-V Characteristics and the Maximum Power of a Photovoltaic String,” Energies, vol. 11, no. 7, p. 1860, Jul. 2018, DOI: https://doi.org/10.3390/en11071860
  13. E. J. Wolf, I. E. Gould, L. B. Bliss, J. J. Berry, and M. D. McGehee, “Designing Modules to Prevent Reverse Bias Degradation in Perovskite Solar Cells when Partial Shading Occurs,” Sol. RRL, vol. 6, no. 3, Mar. 2022, DOI: https://doi.org/10.1002/solr.202100239
  14. M. A. Al Mamun, M. Hasanuzzaman, and J. Selvaraj, “Experimental investigation of the effect of partial shading on photovoltaic performance,” IET Renew. Power Gener., vol. 11, no. 7, pp. 912–921, Jun. 2017, DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2016.0902
  15. A. M. Ajmal, T. Sudhakar Babu, V. K. Ramachandaramurthy, D. Yousri, and J. B. Ekanayake, “Static and dynamic reconfiguration approaches for mitigation of partial shading influence in photovoltaic arrays,” Sustain. Energy Technol. Assessments, vol. 40, p. 100738, Aug. 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.seta.2020.100738
  16. Y. J. Kaufman, “Aerosol optical thickness and atmospheric path radiance,” J. Geophys. Res. Atmos., vol. 98, no. D2, pp. 2677–2692, Feb. 1993, DOI: https://doi.org/10.1029/92JD02427
  17. M. Chin et al., “Tropospheric Aerosol Optical Thickness from the GOCART Model and Comparisons with Satellite and Sun Photometer Measurements,” J. Atmos. Sci., vol. 59, no. 3, pp. 461–483, Feb. 2002, DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0469(2002)059 <0461:TAOTFT>2.0.CO;2
  18. M. Bradley and M. Gasseller, “Measurement of Aerosols Optical Thickness of the Atmosphere using the GLOBE Handheld Sun Photometer,” J. Vis. Exp., no. 147, May 2019, DOI: https://doi.org/10.3791/59257
  19. S. Kato et al., “A comparison of the aerosol thickness derived from ground‐based and airborne measurements,” J. Geophys. Res. Atmos., vol. 105, no. D11, pp. 14701–14717, Jun. 2000, DOI: https://doi.org/10.1029/2000JD900013
  20. D. R. Myers, “Solar Radiation Resource Assessment for Renewable Energy Conversion,” in Comprehensive Renewable Energy, Elsevier, 2012, pp. 213–237, DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-087872-0.00112-8
  21. D. Serrano, M. J. Marín, M. Núñez, S. Gandía, M. P. Utrillas, and J. A. Martínez-Lozano, “Relationship between the effective cloud optical depth and different atmospheric transmission factors,” Atmos. Res., vol. 160, pp. 50–58, Jun. 2015, DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2015.03.004
  22. P. Bak, C. Tang, and K. Wiesenfeld, “Self-organized criticality: An explanation of the 1/ f noise,” Phys. Rev. Lett., vol. 59, no. 4, pp. 381–384, Jul. 1987, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.59.381
  23. F. N. Hooge, T. G. M. Kleinpenning, and L. K. J. Vandamme, “Experimental studies on 1/f noise,” Reports Prog. Phys., vol. 44, no. 5, pp. 479–532, May 1981, DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/44/5/001
  24. D. L. Gilden, T. Thornton, and M. W. Mallon, “1/ f Noise in Human Cognition,” Science (80-. )., vol. 267, no. 5205, pp. 1837–1839, Mar. 1995, DOI: https://doi.org/10.1126/science.7892611
  25. B. Kaulakys and T. Meškauskas, “Modeling 1/f noise,” Phys. Rev. E, vol. 58, no. 6, pp. 7013–7019, Dec. 1998, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.7013
  26. A. Lagae, S. Lefebvre, R. Cook, T. DeRose, G. Drettakis, D. S. Ebert, J. P. Lewis, K. Perlin and M. Zwicker, “State of the Art in Procedural Noise Functions,” The Eurographics Association 200x, 2010. URL: https://www-sop.inria.fr/reves/Basilic/2010/LLCDDELPZ10/LLCDDELPZ10STARPNF.pdf
  27. A. Goldberg, M. Zwicker, and F. Durand, “Anisotropic noise,” ACM Trans. Graph., vol. 27, no. 3, pp. 1–8, Aug. 2008, DOI: https://doi.org/10.1145/1360612.1360653
  28. D. Lyon, “The Discrete Fourier Transform, Part 4: Spectral Leakage.,” J. Object Technol., vol. 8, no. 7, p. 23, 2009, DOI: https://doi.org/10.5381/jot.2009.8.7.c2
  29. D.-J. Jwo, W.-Y. Chang, and I.-H. Wu, “Windowing Techniques, the Welch Method for Improvement of Power Spectrum Estimation,” Comput. Mater. Contin., vol. 67, no. 3, pp. 3983–4003, 2021, DOI: https://doi.org/10.32604/cmc.2021.014752
  30. J. G. Eisenhauer, “Regression through the Origin,” Teach. Stat., vol. 25, no. 3, pp. 76–80, 2003, DOI: https://doi.org/10.1111/1467-9639.00136
  31. S. Kaur and S. K. Sharma, “An Efficient Iterative Methods for Solving Transcendental Equations,” 2023, pp. 191–203, DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-99-2468-4_15
  32. M. Kutner, C. Nachtsheim, and J. Neter, Applied Linear Regression Models- 4th Edition with Student CD (McGraw Hill/Irwin Series: Operations and Decision Sciences), 4th ed. McGraw Hill, 2004, ISBN: 978-0073014661
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація
с. 362283.1-362283.7
10.20535/2523-4455.mea.362283

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення
с. 361138.1-361138.6
10.20535/2523-4455.mea.361138

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел
с. 356487.1-356487.11
10.20535/2523-4455.mea.356487

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 87

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.