A study on factors influencing measurement error of Ground-based LiDAR(Light Detection And Ranging) system was conducted in Kimnyeong wind turbine test site on Jeju Island. Three properties of wind including inclined angle, turbulence intensity and power law exponent were taken into account as factors influencing the measurement error of Ground-based LiDAR. In order to calculate LiDAR measurements error, 2.5-month wind speed data collected from LiDAR (WindCube v2) were compared with concurrent data from the anemometer on a nearby 120m-high meteorological mast. In addition, data filtering was performed and its filtering criteria was based on the findings at previous researches. As a result, at 100m above ground level, absolute LiDAR error rate with absolute inclined angle showed 4.58~13.40% and 0.77 of the coefficients of determination, $R^2$. That with turbulence intensity showed 3.58~23.94% and 0.93 of $R^2$ while that with power law exponent showed 4.71~9.53% and 0.41 of $R^2$. Therefore, it was confirmed that the LiDAR measurement error was highly affected by inclined angle and turbulence intensity, while that did not much depend on power law exponent.
In this study, a floating LiDAR system (FLS) is investigated through a field test involving two steps. First, correlations among wind speeds, measured using the met mast and two LiDARs, are computed to analyze the acceptance criteria of LiDAR for measuring wind speed. The results of the analysis show that the slopes of single variant regression between mean wind speeds are below 1.03 and the coefficient of determination is above 0.97. Next, correlations among wind speeds measured using the FLS and a fixed LiDAR are determined through a field test carried out in Doomi-doo, Tong-young, Gyeongsangnam-do. The FLS is installed 300 m away from the fixed LiDAR on the ground. The results show that the slope of single variant regression is approximately 1.0275 and the coefficient of determination is above 0.971. According to the IEA/wind 18 recommendation, it is found that the developed FLS measures valid wind speeds to assess wind resources for the development of offshore wind farms.
Yong-Soo Gang;Dong-Chan Chang;Su-In Yang;Baek-Bum Lee
Journal of Wind Energy
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v.15
no.1
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pp.50-59
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2024
Floating LiDAR systems provide significant savings in cost and time compared to the fixed meteorological mast measurement type, and have the advantage of being able to be deployed in various locations due to less restriction on the depth of the installation site. However, to use the wind data collected by a floating LiDAR system commercially, verification procedure is required to ensure that the collected data have sufficient availability. The Carbon Trust OWA roadmap presents guidelines in three stages for the reliability of the wind data collected using a floating LiDAR system. Companies developing wind farms are requesting at least Stage 2 (pre-commercial stage) presented by OWA, and many overseas companies are leading the domestic and overseas markets. In this paper, we introduce the case of OWA Stage 2 certification for the commercial operation of floating LiDAR systems.
Due to the limitations of onshore wind power, the wind power industry is currently transitioning to offshore wind power. There has been active research on the development of a floating LiDAR system (FLS) that is easy to install at a low cost. The Carbon Trust published a commercialization roadmap for FLS in 2013, and an updated version was released in 2018, taking into account industry experience. The roadmap divides the development maturity of FLS into three stages: Stage 1 (prototype), Stage 2 (pre-commercialization), and Stage 3 (commercialization), each of which requires availability and accuracy assessment. The results must meet the requirements of the Key Performance Index (KPI) for each stage. Therefore, when developing FLS, the motion compensation algorithm of the FLS is essential because the LiDAR can produce incorrect measurements of wind speed and direction due to the six degrees of freedom in motion. In this study, we implemented the FLS motion compensation algorithm developed by Nassif, F.B. et al. and validated it using data provided by Fraunhofer. In conclusion, the results showed that the determination coefficients of wind speed and wind direction were improved compared to those obtained from the met mast.
Kim, Jeongrok;Lee, Hyebin;Cho, Il-Hyoung;Kyong, Nam-Ho;Boo, Sung-Youn
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.31
no.5
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pp.325-334
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2017
This paper reports the conceptual design process for a floating metocean data measurement system (FMDMS) for measuring wind information at sea. The FMDMS consists of three circular pontoons, columns, and a deck, which the LiDAR (lighting detection and ranging) is installed on. The dynamics of the mooring lines and motion responses of the FMDMS were analyzed using commercial codes such as WAMIT and OrcaFlex. One design criterion of the developed FMDMS was to maintain the motion responses as small as possible to enhance the LiDAR's accuracy. Starting with the preliminary design parameters such as the FMDMS's principal dimensions, weight, and important parameters of mooring system, we checked whether the FMDMS met the design requirements at each design stage, and then made modifications as necessary. The developed FMDMS showed a large pitch behavior for a small heave motion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.9
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pp.929-936
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2015
Nacelle anemometers are mounted on wind-turbine nacelles behind blade roots to measure the free-stream wind speed projected onto the wind turbine for control purposes. However, nacelle anemometers measure the transformed wind speed that is due to the wake effect caused by the blades' rotation and the nacelle geometry, etc. In this paper, we derive the Nacelle Transfer Function (NTF) to calibrate the nacelle wind speed to the free-stream wind speed, as required to carry out the performance test of wind turbines according to the IEC 61400-12-2 Wind-Turbine Standard. For the reference free-stream wind data, we use the Light Detection And Ranging (LiDAR) measurement at the Shinan wind power plant located on the Bigeumdo Island shoreline. To improve the simple linear regression NTF, we derive the multiple nonlinear regression NTF. The standard error of the wind speed was found to have decreased by a factor of 9.4, whereas the mean of the power-output residual distribution decreased by 6.5 when the 2-parameter NTF was used instead of the 1-parameter NTF.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4D
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pp.561-567
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2008
In this study, shoreline change was analyzed by RTK-GPS and advanced airborne LiDAR survey. For extraction of coastline, first of all, tide correction was conducted at all RTK-GPS points through the comparing with the corresponding tidal height, and cross section providing coastline was produced using Autocad Civil3D program. Comparing with two results of RTK-GPS (first, 29 Aug 2007; second, 6 Oct 2007) surveys, coastline of the first result had been decreased about 21m compare with that of the second. And it was also demonstrated that the length of coastline by the first RTK-GPS was 15m shorter than that by the airborne LiDAR survey (Dec. 2006). In addition, we recoquized that the erosion appeared in the top right-hand (dock area); the sediment in the bottom left-hand (Chosun beach area) of the Haeundae beach. As a result, therefore, it was learned that artificial sand filling for beach open and natural effects such as a typhoon, current drift, wind direction gave cause for area changes and coastline.
Floating LiDAR systems (FLSs) are used in many countries because they are easier to install than stationary weather towers, have low maintenance costs, and can be installed in deep sea areas. However, FLSs are rarely used in Korea due to a lack of clear evaluation criteria to verify the reliability and uncertainty of their measurements. This study is the first to verify the reliability of FLSs in Korea with one-year simultaneous observation of six lidar systems - two fixed and four floating systems - in sea areas of Gunsan and Yeonggwang. The reliability of FLSs measurement data was verified by comparison between fixed and floating systems. Moreover, differences between existing wind resource maps and the data observed from the six points were analyzed and wind resource maps were calibrated. The results show a return rate of more than 95 % of the observed data and strong correlations between fixed and floating systems (average R2 of 0.977). Additionally, errors in wind speed predictions to produce a wind resource map could be significantly reduced from 5.7 % to 0.6 % after calibrations with the observation data.
Geon-Myeong Lee;Byung-Hyuk Kwon;Kyung-Hun Lee;Zi-Woo Seo
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.18
no.6
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pp.1041-1048
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2023
Wind LiDAR and Wind Profiler are devices that produce continuous vertical distribution of wind vector in high-resolution data, and their use has recently been increasing. Although the observation and data processing methods of the two devices are similar, differences in wind detection accuracy may occur depending on weather and operation settings. introduce the characteristics of the two instruments and wind calculation methods, and apply the latest instrument verification standards to evaluate their accuracy by comparing them with the wind observed with a radiosonde. Accordingly, a new direction for performance verification following the introduction of equipment and additional necessary complements are presented.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.151-158
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2006
Structural health monitoring is concerned with the safety and serviceability of the users of structures, especially for the case of building structures and infrastructures. When considering the safety of a structure, the maximum stress in a member due to live load, earthquake, wind, or other unexpected loadings must be checked not to exceed the stress specified in a code. It will not fail at yield, excessively large displacements will deteriorate the serviceability of a structure. To guarantee the safety and serviceability of structures, the maximum displacement in a structures must be monitored because actual displacement is a direct assessment index on its stiffness. However, no practical method has been reported to monitor the displacement, especially for the case of displacement of high-rise buildings because of not to easy accessive. In this paper, it is studied displacement measuring method of high-rise buildings using LiDAR The method is evaluated by analyzing accuracy of measured displacements for existing building.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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