一种基于高程地图的微地形覆冰线路地形识别方法与流程

1.本发明属于属于输电线风险识别技术领域，尤其涉及一种基于高程地图的微地形覆冰线路地形识别方法。


背景技术：

2.我国疆域辽阔，地势起伏大，地貌条件复杂，不仅具有山脉、丘陵、高原、盆地以及平原等基本陆地地貌，更拥有曲折的海岸线和星罗棋布的岛屿，境内气候多样且受季风影响显著，而普遍存在的微地形小气候特征决定了我国是受电网覆冰事故影响最为严重的国家之一。
3.输电线路覆冰已严重威胁到我国电力系统的安全运行，其引起的断线、倒塔、绝缘子闪络等多种事故，直接或间接导致了巨额的经济损失。据不完全统计，自上世纪50年代以来，我国输电线路发生过冰灾事故上千次，华中的湖北、湖南、江西、河南等省及三峡地区，西南的云南、贵州、四川，华北的河北、山西及京津唐地区，西北的青海、宁夏等省(区)都发生过输电线路覆冰事故。微地形小气候区多位于交通不发达的偏远地区，实地勘测数据较少，人们对微地形小气候的定义和分类仍缺乏认知，更缺乏对其识别方法。
4.在冬季，易覆冰区域的输电线路由于对微地形的认识和识别不足，微地形区域内的输电线路得不到及时巡检和重视，较覆冰区的其他线路的断线和倒塔风险更大。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于高程地图的微地形覆冰线路地形识别方法，以解决易覆冰区域的输电线路由于对微地形的认识和识别不足，微地形区域内的输电线路得不到及时巡检和重视，较覆冰区的其他线路的断线和倒塔风险更大等技术问题。
6.本发明技术方案是：
7.一种基于高程地图的微地形覆冰线路地形识别方法，所述方法包括：
8.步骤1、确定需要分析的的目标区域，获得定位目标区域的经、纬度，即确定目标线路，起点和终点两级杆塔的经、纬度，获得一个2*2的经纬度矩阵，即[s]
2*2
，构成目标区域；
[0009]
步骤2、根据数字高程地图将目标区域划分为区块，根据高程地图的最小分辨率将[s]划分为i*j个子区域；
[0010]
步骤3、根据水流模拟方法提取地形特征线、地形特征子区域以及地形特征点；地形特征线包括山谷线以及山脊线，地形特征子区域包括山顶区域以及鞍部区域；
[0011]
步骤4、基于地形特征线以及所述地形特征点构建微地形分析二维图；
[0012]
步骤5、通过微地形分析二维图，进一步判断子区域间的微地形分类及定位。
[0013]
经纬度矩阵[s]
2*2
中，s
11
为经度最小，纬度最大；s
12
为经度最大，纬度最大；s
21
为经度最小，纬度最小；s
22
为经度最大，纬度最小，构成目标区域。
[0014]
将[s]划分为i*j个子区域，i、j分别为1，
……
，n，n为正整数，n由经度差、纬度差除以分辨率的最小值决定；同时将区域边缘的子区域附近空间一并计算，每个子区域的高程
采用最大值高程数据；数字高程地图最小分辨率为30m。
[0015]
提取地形特征线方法为：将每个子区域的高程数据通过预处理，生成无洼地数字高程模型，基于单流向法取距离权落差最大的网格为中心网格的流出网格，根据生成的水流累积量矩阵和河流栅格网络提取山谷线，生成数字高程模型反地形，并提取所述山脊线。
[0016]
提取地形特征点的方法为：对于某个子区域， 以该区域为中点，得到附近3
×
3子区域，将中心网格的周围四个方向相邻格点， 即四向连接，定义为：
[0017][0018]
k＝(1,2,3,4,5,6,7,8)
[0019]
式中，yk、y
k 1
、y
k 2
表示高程数据的比较结果；假设h0为中心子区域的高程数据，而hk表示周围八个子区域的高程数据，从正北方向开始顺时针，周围八个子区域的高程值分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8,若hi≥h0，则yi＝1,若hi＜h0，则yi＝0；cn表示高程值比中心子区域(i，j)处高程值大的邻接子区域的数目；
[0020]
在3
×
3子区域中，将中心网格的周围四个方向相邻格点，曲率微分定义为：
[0021][0022]
k＝(1,2,3,4,5,6,7,8)
[0023]
利用cn、cc提取特征点，具体如下：
[0024]
山顶区域：cn＝0，cc＝1，鞍部区域：cn≥2且cc＜4或者8，分别获得山顶区域、鞍部区域的子区域m
i*j
、s
i*j
。
[0025]
根据获得的子区域，将一个以上m
i*j
、s
i*j
在目标区域上连接成线，并基于其中的子区域的高程数据绘制成平面二维图，根据平面二维图获得包含微地形二维示意图，包含微地形二维示意图包含垭口微地形、高山分水岭微地形、峡谷风道微地形、地形抬升微地形以及水汽增大微地形。
[0026]
通过微地形分析二维图，进一步判断子区域间的微地形分类及定位的方法包括：
[0027]
垭口微地形的判别公式为：
[0028][0029]
式中，δh1为第一海拔高度差，δh2为第二海拔高度差，l为最低面宽度，tanα为下降坡比，tanβ为上升坡比；
[0030]
高山分水岭微地形的判别公式为：
[0031][0032]
式中，δh为高度差，l1为最高面宽度，tanα1为迎风坡坡度比，tanα2为背风坡坡度
比；
[0033]
峡谷风道微地形的判别公式为：
[0034][0035]
式中，δh1为第一海拔高度差，δh2为第二海拔高度差，tanα1为一侧的第一坡度比，tanα2为另一侧的第二坡度比，δw为两侧坡度间水流宽度；
[0036]
地形抬升微地形的判别公式为：
[0037][0038]
式中，δh为高度差，l为最低面宽度，tanα为抬升坡比；
[0039]
水汽增大微地形的判别公式为：
[0040][0041]
式中，l3为输电线距离水体的最小垂直距离，s为湖泊水体表面积，
[0042]
d为江河水体的宽度。
[0043]
本发明的有益效果：
[0044]
本发明基于高程地图的微地形覆冰线路地形识别方法，不仅可以为电网防冰工作提供重要的指导作用，有助于合理采取抗冰、防冰、融冰等技术措施，而且对于长距离输电线路，尤其是特高压输电线路，针对不同类型微地形小气候路段的覆冰情况，可以实现差异化抗冰设计，这将有效提高电网供电可靠性及运行经济效益。
[0045]
解决了易覆冰区域的输电线路由于对微地形的认识和识别不足，微地形区域内的输电线路得不到及时巡检和重视，较覆冰区的其他线路的断线和倒塔风险更大等技术问题。
附图说明
[0046]
图1为本发明一实施例提供的一种基于微地形模型的输电线覆冰地形识别方法的流程图；
[0047]
图2为本发明一实施例提供的垭口微地形数学模型的示意图；
[0048]
图3为本发明一实施例提供的高山分水岭微地形数学模型的示意图；
[0049]
图4为本发明一实施例提供的峡谷风道微地形数学模型的示意图；
[0050]
图5为本发明一实施例提供的地形抬升微地形数学模型的示意图；
[0051]
图6为本发明一实施例提供的水汽增大微地形数学模型的示意图。
具体实施方式
[0052]
请参阅图1，其示出了本技术的一种基于微地形模型的输电线覆冰地形识别方法的流程图。
[0053]
如图1所示，一种基于微地形模型的输电线覆冰地形识别方法具体包括以下步骤：
[0054]
步骤s1，确定需要分析的的目标区域，获得定位目标区域的经、纬度，即确定目标线路，起点和终点两级杆塔的经、纬度，获得一个2*2的经纬度矩阵，即[s]
2*2
，s
11
为经度最小，纬度最大；s
12
为经度最大，纬度最大；s
21
为经度最小，纬度最小；s
22
为经度最大，纬度最小，构成目标区域。
[0055]
步骤s2，根据数字高程地图将目标区域划分为区块，根据高程地图的最小分辨率(数字高程地图最小分辨率通常为30m)，将[s]划分为i*j个子区域(i、j，分别为1，
……
，n，n为正整数)，进一步n可由经度差、纬度差除以分辨率的最小值决定。同时将区域边缘的子区域附近空间一并计算。通常条件下，每个子区域的高程采用最大值高程数据。
[0056]
步骤s3，根据水流模拟方法提取地形特征线以及地形特征点，所述地形特征线包括山谷线以及山脊线，所述地形特征子区域包括山顶区域以及鞍部区域，其中，提取所述地形特征线具体为：将每个子区域的高程数据通过预处理，生成无洼地数字高程模型，基于单流向法取距离权落差最大的网格为中心网格的流出网格，根据生成的水流累积量矩阵、河流栅格网络提取所述山谷线，生成数字高程模型反地形，并提取所述山脊线；
[0057]
提取所述地形特征点具体为：对于某个子区域，以其为中点，可以得到附近3
×
3子区域，将中心网格的周围四个方向相邻格点，即四向连接，定义为：
[0058][0059]
k＝(1,2,3,4,5,6,7,8)
[0060]
式中，yk、y
k 1
、y
k 2
仅为表示高程数据的比较结果；假设h0为中心子区域的高程数据，而hk表示周围八个子区域的高程数据，从正北方向开始顺时针，周围八个子区域的高程值分别为h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8,若hi≥h0，则yi＝1,若hi＜h0，则yi＝0(yi无具体含义)。cn表示了高程值比中心子区域(i，j)处高程值大的邻接子区域的数目。
[0061]
在3
×
3子区域中，将中心网格的周围四个方向相邻格点，曲率微分定义为：
[0062][0063]
k＝(1,2,3,4,5,6,7,8)
[0064]
利用cn、cc提取特征点，具体如下：
[0065]
山顶区域：cn＝0，cc＝1，鞍部区域：cn≥2且cc＜4或者8，分别获得山顶区域、鞍部区域的子区域m
i*j
、s
i*j
。
[0066]
步骤s4，基于所述地形特征线以及所述地形特征点构建微地形分析二维图，进一步根据获得的子区域，将多个m
i*j
、s
i*j
在目标区域上连接成线，并基于其中的子区域的高程数据绘制成平面二维图，进一步对平面二维图进行分析，一般可以获得如图2～6所包含的微地形二维示意图，其中包含垭口微地形、高山分水岭微地形、峡谷风道微地形、地形抬升微地形以及水汽增大微地形；
[0067]
步骤s5，通过微地形分析二维图，进一步判断子区域间的微地形分类及定位，如图2所示，所述垭口微地形的判别公式为：
[0068][0069]
式中，δh1为第一海拔高度差，δh2为第二海拔高度差，l为最低面宽度，tanα为下降坡比，tanβ为上升坡比。
[0070]
如图3所示，所述高山分水岭微地形的判别公式为：
[0071][0072]
式中，δh为高度差，l1为最高面宽度，tanα1为迎风坡坡度比，tanα2为背风坡坡度比。
[0073]
如图4所示，所述峡谷风道微地形的判别公式为：
[0074][0075]
式中，δh1为第一海拔高度差，δh2为第二海拔高度差，tanα1为一侧的第一坡度比，tanα2为另一侧的第二坡度比，δw为两侧坡度间水流宽度。
[0076]
如图5所示，所述地形抬升微地形的判别公式为：
[0077][0078]
式中，δh为高度差，l为最低面宽度，tanα为抬升坡比。
[0079]
如图6所示，所述水汽增大微地形的判别公式为：
[0080][0081]
式中，l3为输电线距离水体的最小垂直距离，s为湖泊水体表面积，d为江河水体的宽度。