Estimation of LiDAR error over complex terrain covered with forest using numerical tools

Estimation de l’erreur LiDAR en terrain complexe et couvert de forêt à l’aide d’outils numériques

¹ École de Technologie Supérieure (ETS), Montreal, QC, Canada
² DNV GL, Montreal, QC, Canada
³ Leosphere, Orsay, France
⁴ TechnoCentre Éolien, Gaspé, QC, Canada
⁵ NRG Systems Inc., Hinesburg, VT, USA

^a Corresponding author: e.jeannotte@gmail.com

Received: 22 June 2013
Accepted: 25 March 2014

Abstract

Since a few years, a new wind measurement instrument has been competing with standard cup anemometers: the LiDAR. The performances of this instrument over complex terrain are still a matter of debate and this is mainly due to the flow homogeneity assumption made by the instrument. In this work, the error caused by this hypothesis was evaluated with the help of OpenFOAM 1.7, MeteoDyn WT 4.0 and WAsP Engineering for a LiDAR deployed on a complex site covered with dense forest. The assessment of the CFD model firstly revealed the significant impact of both the location and nature of the inlet boundary condition. Despite the presence of terrain complexity within a radius of 340 m around the remote sensor, an averaged error of less than 3% was observed, suggesting that the LiDAR is only affected by topographic variations in the immediate vicinity of the scanned volume.

Résumé

Depuis quelques années, un nouvel instrument de mesure du vent fait concurrence aux anémomètres à coupoles classiques : le LiDAR. Les performances de cet appareil en terrain complexe sont encore sujettes à discussion principalement à cause de l’hypothèse d’homogénéité de l’écoulement que fait l’appareil. Dans ce travail, l’erreur induite par cette hypothèse a éteé´valuée à l’aide d’OpenFOAM 1.7, MeteoDyn WT 4.0 et WAsP Engineering pour un LiDAR déployé sur site complexe et recouvert de forêt dense. L’évaluation du modèle CFD a d’abord révélé l’importance capitale de la position ainsi que la nature de la condition frontière d’entrée. Malgré la présence de complexité topographique sur un rayon de 340 m autour de l’instrument, une erreur moyenne de moins de 3 % fut observée, ce qui laisse envisager que le LiDAR n’est affecté que par la topographie très près du volume scanné.