一种输电线路建设导线长度估算方法及系统与流程

[0001]
本发明属于输电线路理论技术领域，涉及一种输电线路建设导线长度估算方法及系统。


背景技术：

[0002]
随着“新基建”战略推进，以特高压为代表的输电线路工程建设规模不断扩大。在输电线路工程建设过程中，工程监理方、投资方和审计部门都要对建设过程中的导线耗材进行核算。
[0003]
目前，导线长度估算往往由工程监理方上报给工程投资方和审计机构，通过将数据与设计方提供信息比对完成验收，较少用到数字化信息工具。过程中，涉及到两个问题：(1)监理方或多或少受到施工方等因素干扰，造成人为误差。(2)在导线长度估算过程中，通常会乘以经验系数。该经验系数与地形环境有关，但目前实际操作中输电线路地形地貌信息缺乏，主要由专家主观衡量决定。


技术实现要素：

[0004]
针对现有的监理方或多或少受到施工方等因素干扰，造成人为误差以及在导线长度估算过程中，通常会乘以经验系数，该经验系数与地形环境有关，但目前实际操作中输电线路地形地貌信息缺乏，主要由专家主观衡量决定的不足，本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算方法，包括：
[0005]
利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度；
[0006]
基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度；
[0007]
基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度。
[0008]
优选的，所述利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度，包括：
[0009]
利用高分辨率光学卫星遥感影像，得到输电杆塔可视的多个塔腿经纬度，通过所述多个塔腿经纬度计算得到的输电杆塔间水平档距以及输电线路为双回路三相交流线路；
[0010]
通过预先获取的地表数字高程模型获得各输电杆塔的地表高程。
[0011]
优选的，所述基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度，包括：
[0012]
基于所述相邻杆塔的位置、地表高程，得到考虑绝对海拔高程差异后的相邻杆塔间理想导线需求长度；
[0013]
基于所述地表高程和理想导线需求长度，并结合所述相邻杆塔间的弧垂，得到所述相邻杆塔间导线实际需求长度。
[0014]
优选的，所述基于所述相邻杆塔的位置、地表高程，得到考虑绝对海拔高程差异后的相邻杆塔间理想导线需求长度，包括：
[0015]
基于所述相邻输电杆塔的水平档距、位置和地表高程，计算引入地表高程的水平
档距；
[0016]
基于所述引入地表高程的水平档距、输电线路分裂数，计算考虑绝对海拔高程差异后的相邻杆塔间理想导线需求长度。
[0017]
优选的，所述基于所述地表高程和理想导线需求长度，并结合所述相邻杆塔间的弧垂，得到所述相邻杆塔间导线实际需求长度，包括：
[0018]
基于杆塔的地表高程、杆塔间所述引入高度的水平档距的中点弧垂和档距中最低点弧垂离小号侧杆塔的水平距离，得到最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差；
[0019]
基于所述最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差、所述输电杆塔间的水平档距和理想导线需求长度，得到未记损耗的所述相邻杆塔间导线实际需求长度。
[0020]
优选的，所述最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差的计算式如下所示：
[0021][0022]
式中，δh
i
为第i基杆塔和第i+1基杆塔之间线路区段对应的最低弧垂点与第i基杆塔的高度差，f0为绝对海拔高程间档距的中点弧垂，h
i
为输电杆塔第i条塔腿的绝对海拔高程，h
i+1
为输电杆塔第i+1条塔腿的绝对海拔高程；
[0023]
所述相邻杆塔间导线实际需求长度的计算如下所示：
[0024][0025]
式中，d
i
为未记损耗的卫星遥感输电线路第i个杆塔和第i+1个杆塔之间的导线实际需求长度，δh
i
为第i基杆塔和第i+1基杆塔之间线路区段对应的最低弧垂点与第i基杆塔的高度差，δh为最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差，l
i
为输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间水平档距对应的线路区段建设长度，l
is
表示输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的最低点弧垂离第i基侧杆塔的水平距，p
i
为第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的相位数，n
ci
为第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的回路数，n
d
为输电线路分裂数。
[0026]
优选的，所述基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度，包括：
[0027]
基于所述未记损耗的所述相邻杆塔间导线实际需求长度，并考虑实际工程建设中的损耗值，得到记损耗的相邻杆塔间导线实际建设应用长度；
[0028]
基于记损耗的相邻杆塔间导线实际建设应用长度，计算所有相邻杆塔间记损耗的实际建设应用长度。
[0029]
优选的，所述所有相邻杆塔间记损耗的实际建设应用长度按下式计算：
[0030][0031]
式中，d为所有相邻杆塔间记损耗的实际建设应用长度，n为实际工程建设中的损耗经验系数值，t为输电线路的杆塔总基数。
[0032]
优选的，所述的方法，还包括：
[0033]
基于所述输电杆塔间的水平档距，计算不考虑弧垂和高度的输电线路导线耗材。
[0034]
优选的，所述的方法，还包括：
[0035]
基于所述绝对海拔高程和所述杆塔总基数，计算得到输电线路平均高程落差，并基于所述输电线路平均高程落差确定输电线路通道海拔起伏程度。
[0036]
基于同一构思，本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算系统，包括：获取模块、导线长度计算模块和实际长度计算模块；
[0037]
所述获取模块，用于利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度；
[0038]
所述导线长度计算模块，用于基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度；
[0039]
所述实际长度计算模块，用于基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0041]
1、本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算方法，包括：利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度；基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度；基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度；为输电线路工程投资方和审计部门提供客观、直观的估算结果，避免了人工野外监理估算可能造成偏差，提高了输电线路全局估算效率，结果更具有客观性和直观性。
[0042]
2、本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算方法及系统，有利于提高输电线路工程精细化管理水平，为数字审计探索新的技术手段，提高数字审计的智能化水平。
附图说明
[0043]
图1为本发明提供的输电线路建设导线长度估算方法流程图；
[0044]
图2为本发明实施例提供的卫星遥感影像图；
[0045]
图3为本发明实施例提供的卫星遥感输电线路俯视图；
[0046]
图4为本发明提供的输电线路侧视简图；
[0047]
图5为本发明提供的某线路典型区段相邻杆塔之间的距离计算结果示例图；
[0048]
图6为本发明提供的某线路输电导线耗材长度估算结果示例图；
[0049]
图7为本发明提供的输电线路建设导线长度估算系统结构图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
[0051]
实施例1：
[0052]
目前，基于卫星遥感在地图上进行点对点的距离测量已经相当成熟。但对于输电杆塔导线长度估算而言，现有研究需要进一步考虑下面三个问题：
[0053]
(1)不同的输电杆塔之间海拔高程不同，导线长度估算不能只停留在二维平面上，要考虑经纬度和海拔三维场景。
[0054]
(2)输电线路导线存在弧垂，不是相邻两个输电杆塔之间的直斜线距离。
[0055]
(3)如何为专家确定经验系数时提供合适的辅助信息。经验系数主要与地形有关。
[0056]
鉴于此，本发明的目的在于利用卫星遥感技术解决上述三个问题，提高输电线路工程精细化管理水平，为国家电网公司数字审计探索新的技术手段，提高数字审计的智能
化水平。
[0057]
本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算方法，利用高分辨率光学卫星遥感影像，考虑经纬度、海拔三维场景和地形，估算考虑弧垂的输电线路导线长度，结合图1本发明提供的方法流程图进行介绍，具体步骤如下：
[0058]
步骤1：利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度；
[0059]
步骤2：基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度；
[0060]
步骤3：基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度；
[0061]
其中，步骤1：利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度，具体包括：
[0062]
(一)卫星遥感输电线路建设长度估算
[0063]
对于任一输电线路工程，工程设计师已经给出了线路设计长度。但在实际输电线路工程建设过程中，由于存在临时的输电杆塔点位修改等因素，可能造成建设长度与设计长度不一致。因此，工程监理或审计方对第三方输电线路实际建设长度估算有一定需求。本专利基于卫星遥感影像的输电线路建设长度估算方法如下，结合图2的卫星遥感影像图进行介绍。
[0064]
(1)首先，提取每基输电杆塔并确定每基输电杆塔四个塔腿的经纬度和位置(x
j
，y
j
)(j＝1，2，3，4)，如图2所示。
[0065]
(2)卫星遥感影像拍摄角度不同，四个塔腿位置并不能完全看到。因此需要人工手动选择输电线路都能看到的塔腿经纬度(x
j
，y
j
)，但必须选择对角的两个塔腿坐标。
[0066]
比如：在图2中，(x1，y1)和(x4，y4)两个塔腿受到绝缘子串等前置地物的干扰，(x2，y2)和(x3，y3)塔腿位置更为直观。则可以手动选择(x1，y1)和(x3，y3)为一组，或者(x2，y2)和(x4，y4)为一组作为输电线路建设长度估算的基准点。
[0067]
如此，即可计算每基输电杆塔底面中心点坐标为：
[0068]
x＝(x1+x3)/2或x＝(x2+x4)/2
[0069]
y＝(y1+y3)/2或y＝(y2+y4)/2
[0070]
(3)在第(2)步获取每基输电杆塔底面中心点坐标(x
i
，y
i
)(i表示第i基输电杆塔)基础上，计算相邻两基输电杆塔之间的水平档距是：
[0071]
l
i
＝[(x
i+1-x
i
)2+(y
i+1-y
i
)2]
1/2
[0072]
l
i
表示第i基杆塔和第i+1基杆塔之间的水平档距。
[0073]
(4)输电线路总的建设长度：
[0074][0075]
其中，t为输电线路的杆塔总基数。
[0076]
步骤2：基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度，具体包括：
[0077]
4.2考虑弧垂情况下的输电线路卫星遥感导线耗材估算
[0078]
基于卫星遥感输电杆塔自动提取结果(输电杆塔识别结果。基于该识别结果，人工标注塔脚位置坐标)，实现卫星遥感影像上的输电杆塔自动定位与杆塔基数统计t，并计算
出相邻两个杆塔间的水平档距l。同时，基于光学卫星遥感影像，可以判断出输电线路的相数p(二相(直流)还是三相(交流))，以及回路数n
c
。
[0079]
从图3看表示卫星遥感影像上输电线路的俯视图。对于相邻两个输电杆塔，首先可以计算出两者之间的水平档距l。对于图中线路而言，可以发现是交流线路(三相)，即相数p为3。同时，可以判别出输电线路该区段为双回路，即回路数n
c
为2。类似的，图2中输电线路的相数p＝3，回路数n
c
＝2。
[0080]
如此，在理想情况下，即假设相邻输电杆塔处于同一水平平面，不考虑弧垂，不考虑电塔高度差异，输电线路相邻杆塔间的导线耗材计算公式为：
[0081]
d
i
＝l
i
×
p
i
×
n
ci
×
n
d
[0082]
其中，n
ci
为第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的回路数、p
i
为第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的相位数。i表示输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间对应的线路区段。n
d
为输电线路分裂数，可从输电线路工程设计单位获得。
[0083]
步骤3：基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度，具体包括：
[0084]
为了考虑真实地理环境，引入高程差异。通过提取地表数字高程模型dsm，可知每个杆塔对应的地表高程h
i
。从图4看，假设第i个杆塔和第i+1个杆塔的绝对海拔高程分别为h
i
和h
i+1
，则两者高程差为h
i+1-h
i
。如此，可以计算相邻杆塔之间的导线耗材为：
[0085][0086]
d
i
＝l
′
i
×
p
i
×
n
ci
×
n
d
[0087]
l
i
表示输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的水平档距。
[0088]
上述公式没有考虑弧垂和实际工程建设中的损耗。为了考虑弧垂，同时尽可能地减少对设计参数的依赖，在这里近似将弧形导线长度简化为两个连续虚线线段之和求解，如图4中所示。如此，仅需结合输电线路设计的两个参数，即每个档距的中点弧垂f0，及每个档距中最低点弧垂离小号侧杆塔的水平距离l
s
。
[0089]
最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差可计算为：
[0090][0091][0092]
其中，δh
i
指的是：第i基杆塔和第i+1基杆塔之间线路区段对应的最低弧垂点与第i基杆塔的高度差；i表示输电线路的第i基杆塔和第i+1基杆塔之间对应的线路区段。
[0093]
l
i
表示输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的水平档距，l
is
表示输电线路的第i个杆塔和第i+1个杆塔之间线路区段对应的最低点弧垂离第i基侧杆塔的水平距。
[0094]
最后，考虑实际工程建设中的损耗，乘以经验系数n，得到最终的卫星遥感输电线路导线耗材估算公式为：
[0095]
[0096]
其中，n表示经验系数，根据专家经验决定。
[0097]
由于本专利通过卫星遥感方法获取了输电线路通道的三维地形(包括每基杆塔的相对海拔高程)，而经验系数n与地形复杂程度相关，因此，本专利提出下述指标用于辅助专家确定经验系数n的值。
[0098]
首先，基于dsm计算输电线路平均高程落差
[0099][0100]
可以作为衡量输电线路通道海拔起伏程度的一个指标。越大，说明输电线路通道海拔起伏程度越剧烈，趋向于山区，对应的n值应该越大。越小，说明输电线路通道海拔起伏程度越缓和，趋向于平原，对应的n值应该越小。
[0101]
以国家电网公司某条线路为例，获取历史光学卫星遥感影像，利用本文方法估算输电线路建设长度以及导线耗材长度，如图5-图6所示。
[0102]
本专利利用高分辨率光学卫星遥感影像，估算输电线路建设长度，以及考虑弧垂的输电线路导线长度，为输电线路工程投资方和审计部门提供第三方客观、直观的估算结果，避免了人工野外监理估算可能造成偏差，提高了输电线路全局估算效率，结果更具有客观性和直观性。有利于提高输电线路工程精细化管理水平，为国家电网公司数字审计探索新的技术手段，提高数字审计的智能化水平。
[0103]
实施例2：
[0104]
基于同一构思，本发明提供了一种输电线路建设导线长度估算系统，结合图7的系统结构图进行介绍，包括：获取模块、导线长度计算模块和实际长度计算模块；
[0105]
所述获取模块，用于利用高分辨率光学卫星遥感影像获取输电线路各杆塔的位置和高度；
[0106]
所述导线长度计算模块，用于基于各杆塔的位置、高度并考虑弧垂计算相邻杆塔间的导线长度；
[0107]
所述实际长度计算模块，用于基于所有相邻杆塔间的导线长度计算建设所述输电线路实际需要的导线长度。
[0108]
所述获取模块，包括：遥感影像子模块和地表高程子模块；
[0109]
所述遥感影像子模块，用于利用高分辨率光学卫星遥感影像，得到输电杆塔可视的多个塔腿经纬度，通过所述多个塔腿经纬度计算得到的输电杆塔间水平档距以及输电线路为双回路三相交流线路；
[0110]
所述地表高程子模块，用于通过预先获取的地表数字高程模型获得各输电杆塔的地表高程。
[0111]
所述导线长度计算模块，包括：理想长度子模块和需求子模块；
[0112]
所述理想长度子模块，用于基于所述相邻杆塔的位置、地表高程，得到考虑绝对海拔高程差异后的相邻杆塔间理想导线需求长度；
[0113]
所述需求子模块，用于基于所述地表高程和理想导线需求长度，并结合所述相邻杆塔间的弧垂，得到所述相邻杆塔间导线实际需求长度。
[0114]
所述理想长度子模块，包括：档距计算单元和考虑差异计算单元；
[0115]
所述档距计算单元，用于基于所述相邻输电杆塔的水平档距、位置和地表高程，计算引入地表高程的水平档距；
[0116]
所述考虑差异计算单元，用于基于所述引入地表高程的水平档距、输电线路分裂数，计算考虑绝对海拔高程差异后的相邻杆塔间理想导线需求长度。
[0117]
所述需求子模块，包括：高度差单元和需求导线计算单元；
[0118]
所述高度差单元，用于基于杆塔的地表高程、杆塔间所述引入高度的水平档距的中点弧垂和档距中最低点弧垂离小号侧杆塔的水平距离，得到最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差；
[0119]
所述需求导线计算单元，用于基于所述最低弧垂点与小号侧杆塔的高度差、所述输电杆塔间的水平档距和理想导线需求长度，得到未记损耗的所述相邻杆塔间导线实际需求长度。
[0120]
所述实际长度计算模块，包括：记损计算子模块和所有记损计算子模块；
[0121]
所述记损计算子模块，用于基于所述未记损耗的所述相邻杆塔间导线实际需求长度，并考虑实际工程建设中的损耗值，得到记损耗的相邻杆塔间导线实际建设应用长度；
[0122]
所述所有记损计算子模块，用于基于记损耗的相邻杆塔间导线实际建设应用长度，计算所有相邻杆塔间记损耗的实际建设应用长度。
[0123]
所述的系统，还包括：不考虑弧垂计算模块和起伏程度计算模块；
[0124]
所述不考虑弧垂计算模块，基于所述输电杆塔间的水平档距，计算不考虑弧垂和高度的输电线路导线耗材；
[0125]
所述起伏程度计算模块，基于所述绝对海拔高程和所述杆塔总基数，计算得到输电线路平均高程落差，并基于所述输电线路平均高程落差确定输电线路通道海拔起伏程度。
[0126]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0127]
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0128]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0129]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0130]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。