一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法
【专利摘要】本发明公开了一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，它包括：步骤1、航空摄影测量；步骤2、历史气象数据和野外覆冰数据采集处理及汇总；步骤3、空间地理回归分析；步骤4、导线覆冰分布计算模型建立及订正；步骤5、山地冰区输电线路覆冰厚度分布图绘制，解决了现有技术中对野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制由于未考虑覆冰特征及未对覆冰地区地貌进行划分，用于山地地区的覆冰分布图绘制中，难以有效的反应山地微地形变化对输电线路导线覆冰的影响，导致最终的覆冰厚度图准确性差等问题。
【专利说明】一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于输电线路覆冰监测【技术领域】，尤其涉及一种野外输电线路冬季覆冰厚 度分布绘制方法。
【背景技术】
[0002] 我国航空摄影测量与遥感技术在近20年来发展尤为迅猛。从以前的单一航空摄 影专业向着多学科融合发展。融合了遥感、地理信息系统、全球定位系统后，使摄影测量的 适用范围更加广泛；由于结合了遥感、地理信息系统、全球定位系统，摄影测量进入了全数 字摄影测量的时代。以往摄影测量往往用于1:500?1:5000比例尺地图测图，但少有用于 针对气象有关领域的地物属性变化测绘工作。遥感技术的引入提升了航空摄影测量对地物 分辨及属性提取的准确度，而地理信息系统的应用，使得针对大范围地物属性分析成为可 能。
[0003] 凝冻是冻雨多发地区冬季出现的气温低于o°c、有过冷却降水或固体降水而发生 结冰现象的一种灾害性天气现象，主要为雨凇、雾凇等天气现象。长期凝冻对野外输电线路 造成的威胁较大，体现在长时间冻雨气象将导致露天输电线路导线积冰。当积冰实际重量 超过线路和输电杆塔实际承受力，将出现输电杆塔变形、倒塌等情况。2008年我国中西部地 区出现大面积冻雨造成的凝冻灾害后，各省电网运行管理单位提出了绘制距地10米高度 的导线覆冰厚度趋势分布图的要求。由于项目涉及测量、水文、气象、统计、地理信息系统多 个范畴，且西部地区多省地貌属于山地地形，微地形变化复杂，普通的绘制方法难以反应出 微地形变化的影响。因此，如何整合各种专业内容，开发一种针对山地地形有效的测量与绘 制方法，成为了一项技术挑战。
[0004] 传统地面数字测量能精确的测量出导线覆冰的类型与厚度，并将其转换为电力设 计所需的标准冰厚。但由于导线覆冰出现的情况范围广阔，故测绘所需劳动力强度大，耗费 人力资源多；航空摄影测量能同时采集多种地物信息，并通过遥感分析得出地物属性；地 理信息能有效的对广阔空间内地物之间的关系进行分析和成图。多种测量、分析手段的配 合，充分发挥了各自优势，能有效的完成对输电线路导线覆冰厚度趋势的统计、测量、绘制 工作。
[0005] 现有的技术中"一种电网冰区分布图绘制方法"（CN 102915387A)通过收集地区 输电线路设计与运行经验数据和气象数据计算出不同的冰区重现期的设计冰厚，然后制定 微地形订正覆冰厚度，再绘制电网冰区分布图。但该方法未对覆冰特征及覆冰地区地貌进 行划分，其主要微地形订正系数并未详细考虑到丘陵微地形、山地微地形、高山地微地形等 地貌的差异，用于山地地区的覆冰分布图绘制中，难以有效的反应山地微地形变化对输电 线路导线覆冰的影响。
[0006]
【发明内容】
： 本发明要解决的技术问题：提供一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，以解 决现有技术中对野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制由于未考虑覆冰特征及未对覆冰地 区地貌进行划分，用于山地地区的覆冰分布图绘制中，难以有效的反应山地微地形变化对 输电线路导线覆冰的影响，导致最终的覆冰厚度图准确性差等问题。
[0007] 本发明技术方案： 一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，它包括： 步骤1、航空摄影测量：根据飞行方案，选取带有IMU/GNSS定位定向设备的航空摄影系 统，按照规划路径进行测飞，对目标山地地区进行数据采集，实现空中三角测量计算，求得 测区象元点的大地坐标，并将成果生成出正射影像图和数字高程模型； 步骤2、历史气象数据和野外覆冰数据采集处理及汇总，在测区范围内开展历史气象数 据和野外覆冰数据采集，根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T5158-2012)的要求，换 算至实际的输电线路导线覆冰厚度上，并将换算好的覆冰厚度采用Pearson-III型概率分 布进行重现期划分，根据历史气象材料反算补充序列，对积冰的气象要素包括云雾含水量、 滴谱、温度，风向、风速和DEM数据进行分析和处理，得出导线覆冰的特征与分布分区； 步骤3、空间地理回归分析，将步骤2所述要素按照实际采样坐标，以WGS84坐标系为准 进行矢量化处理，并将每个采样点记录的数据分类录入，完成后，以覆冰厚度为结果，根据 各样本之间的空间、特征因素与冰厚之间的关系，建立原始的回归模型； 步骤4、导线覆冰分布计算模型建立及订正，采用历年输电线路野外覆冰结果与回归模 型计算结果进行对比，得到覆冰厚度差异在一个量级以上的调查点，并根据输电线路设计， 调整覆冰厚度订正系数，形成最终的覆冰趋势计算模型； 步骤5、山地冰区分布图绘制，将DEM按照覆冰相似特性分块，根据切分好的DEM块数 据，通过最终的覆冰趋势计算模型计算冰厚分布结果，计算结果进行合成，合成结果进行重 分类采样，采样结果转换为标准的矢量面文件，将矢量面文件按照覆冰厚度划分覆冰等级， 并按照配色进行绘制出图，最终完成野外输电线路导线覆冰厚度分布图的绘制。
[0008] 步骤1所述航空摄影测量包括下述步骤： 制订飞行方案，根据输电线路走向或设计走向，制定以输电线路为中心，半径宽度为 2km的飞行线路走廊，航摄带宽不小于2km，地面分辨率小于等于0. 2m，飞机的飞行高度高 于测区最高山峰的安全高度，在此基础上制定相应的航线及测量方案； 数据采集，用152mm~210mm的长焦距镜头，控制地面分辨率低于0. 4m，基高比大于0. 3， 镜头综合分解力每毫米内不少于40线对，单相机综合畸变差改正后残差小于0. 3个像素， 对目标山地地区进行数据采集； 数据处理，对采集的原始数据进行辐射校正、补偿温度、光圈调试和几何校正数据预处 理，对MU/GNSS原始观测数据进行预处理，包括分离GNSS观测数据、MU记录数据和曝光 时标数据、解算外方位元素转换坐标系、差分GNSS定位、空中三角测量、计算偏心角以及线 兀素偏移值外控与纠正技术； 数字高程模型DEM制作，采用数字测量法制作1:5000比例尺的输电线路数字高程模型 数据，采用影像相关生成数字地面模型数据，在进行影像相关前检查空中三角测量成果并 量测特征点线，建立三角网，插入属性值后，形成格式为.tiff的标准化DEM，DEM生成成果 格网间距控制在5m以内，高程取值为0. lm，山地地区误差范围控制在I. 2m以下。
[0009] 步骤2历史气象数据和野外覆冰数据采集处理及汇总包括下述步骤： 采集数据，采集数据包括本地区30年以上，历年实测年最大覆冰观测资料、已建输电 线路设计与运行数据、冬季覆冰逐日主要气象要素数据和数字高程模型及地形图底图资 料； 数据处理，气象资料处理按照国家地面气候资料统计规范对收集数据进行统计处理， 在日统计资料的基础上，计算出各年冬季的逐月要素，在此基础上统计逐年冬季对应要素 值，最后统计出各要素年平均值；野外实测的覆冰厚度，通过规范要求进行换算，转化为标 准冰厚后进行使用；已建输电线路设计与运行数据包括运行IlOkv及以上电压等级的输电 线路走廊的设计冰厚、验算冰厚、经纬度和覆冰区域地形地貌信息，以及输电线路实测覆冰 处的经纬度、覆冰类型、覆冰厚度、覆冰冰重、覆冰长短径和地形地貌信息； 数据统计分析、根据历史气象材料反算冬季覆冰序列，根据计算公式：
【权利要求】
1. 一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，它包括： 步骤1、航空摄影测量：根据飞行方案，选取带有IMU/GNSS定位定向设备的航空摄影系 统，按照规划路径进行测飞，对目标山地地区进行数据采集，实现空中三角测量计算，求得 测区象元点的大地坐标，并将成果生成出正射影像图和数字高程模型； 步骤2、历史气象数据和野外覆冰数据采集处理及汇总，在测区范围内开展历史气象数 据和野外覆冰数据采集，根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T5158-2012)的要求，换 算至实际的输电线路导线覆冰厚度上，并将换算好的覆冰厚度采用Pearson-III型概率分 布进行重现期划分，根据历史气象材料反算补充序列，对积冰的气象要素包括云雾含水量、 滴谱、温度，风向、风速和DEM数据进行分析和处理，得出导线覆冰的特征与分布分区； 步骤3、空间地理回归分析，将步骤2所述要素按照实际采样坐标，以WGS84坐标系为准 进行矢量化处理，并将每个采样点记录的数据分类录入，完成后，以覆冰厚度为结果，根据 各样本之间的空间、特征因素与冰厚之间的关系，建立原始的回归模型； 步骤4、导线覆冰分布计算模型建立及订正，采用历年输电线路野外覆冰结果与回归模 型计算结果进行对比，得到覆冰厚度差异在一个量级以上的调查点，并根据输电线路设计， 调整覆冰厚度订正系数，形成最终的覆冰趋势计算模型； 步骤5、山地冰区分布图绘制，将DEM按照覆冰相似特性分块，根据切分好的DEM块数 据，通过最终的覆冰趋势计算模型计算冰厚分布结果，计算结果进行合成，合成结果进行重 分类采样，采样结果转换为标准的矢量面文件，将矢量面文件按照覆冰厚度划分覆冰等级， 并按照配色进行绘制出图，最终完成野外输电线路导线覆冰厚度分布图的绘制。
2. 根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：步骤1所述航空摄影测量包括下述步骤： 制订飞行方案，根据输电线路走向或设计走向，制定以输电线路为中心，半径宽度为 2km的飞行线路走廊，航摄带宽不小于2km，地面分辨率小于等于0. 2m，飞机的飞行高度高 于测区最高山峰的安全高度，在此基础上制定相应的航线及测量方案； 数据采集，用152mm~210mm的长焦距镜头，控制地面分辨率低于0. 4m，基高比大于0. 3， 镜头综合分解力每毫米内不少于40线对，单相机综合畸变差改正后残差小于0. 3个像素， 对目标山地地区进行数据采集； 数据处理，对采集的原始数据进行辐射校正、补偿温度、光圈调试和几何校正数据预处 理，对MU/GNSS原始观测数据进行预处理，包括分离GNSS观测数据、MU记录数据和曝光 时标数据、解算外方位元素转换坐标系、差分GNSS定位、空中三角测量、计算偏心角以及线 兀素偏移值外控与纠正技术； 数字高程模型DEM制作，采用数字测量法制作1:5000比例尺的输电线路数字高程模型 数据，采用影像相关生成数字地面模型数据，在进行影像相关前检查空中三角测量成果并 量测特征点线，建立三角网，插入属性值后，形成格式为.tiff的标准化DEM，DEM生成成果 格网间距控制在5m以内，高程取值为0.lm，山地地区误差范围控制在I. 2m以下。
3. 根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：步骤2历史气象数据和野外覆冰数据采集处理及汇总包括下述步骤： 采集数据，采集数据包括本地区30年以上，历年实测年最大覆冰观测资料、已建输电 线路设计与运行数据、冬季覆冰逐日主要气象要素数据和数字高程模型及地形图底图资 料； 数据处理，气象资料处理按照国家地面气候资料统计规范对收集数据进行统计处理， 在日统计资料的基础上，计算出各年冬季的逐月要素，在此基础上统计逐年冬季对应要素 值，最后统计出各要素年平均值；野外实测的覆冰厚度，通过规范要求进行换算，转化为标 准冰厚后进行使用；已建输电线路设计与运行数据包括运行IlOkv及以上电压等级的输电 线路走廊的设计冰厚、验算冰厚、经纬度和覆冰区域地形地貌信息，以及输电线路实测覆冰 处的经纬度、覆冰类型、覆冰厚度、覆冰冰重、覆冰长短径和地形地貌信息； 数据统计分析、枏据W中气象材料皮笪覆冰序功丨.枏据i+笪公式：
其中，P为降水率，N为冻雨时数为风速为水密度，E为捕获系数， 在此基础上将另，=? + ? 其中1W1W1为液态水量系数，響21W2为雾中的液态水量，S11 地面饱和湿空气的水 汽含量，RvRv为水汽的比气体常数（461. 51J/kg.K)，E为某高度实际水汽压； 采用以上公式将各气象站点的逐年冬季覆冰序列补全。
4. 根据权利要求3所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：所述覆冰类型的判定方法为：有实测的覆冰资料选取覆冰长、短径或覆冰周长或覆冰 横截面积数据进行覆冰密度转化；无实测覆冰资料时，覆冰密度用邻近相似地区实测覆冰 密度资料确定。
5. 根据权利要求3所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：所述覆冰区域地形地貌信息的确定方法为：通过分析测区地形图底图资料数据及已建 输电线路的地貌信息，划分覆冰区域地貌类型；结合航空摄影测量采集的多种地物信息，判 定覆冰区域的微地形及分布；采用相似归类的方式，将覆冰情况相似的临近区域进行面归 类，代替原有的按行政区划分的方式，建立独立的覆冰特征区域，并重新对各区域中的积冰 过程地面要素特征进行对比统计，结果预留作为计算模型重新拟合准备。
6. 根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：所述覆冰厚度重现期划分方法为：通过微地形分析，结合所在区域覆冰厚度与覆冰时 期气象要素的相关关系，建立多元线性回归模型，并将该模型推广至地面气象观测站，利用 记录的覆冰时期气象要素，计算地面气象观测站相应的历史覆冰冰厚，再采用极值I型或 者皮尔逊III型统计模型计算地面气象观测站所在位置不同重现期的设计冰厚。
7. 根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：步骤3所述矢量化处理数据分类录入方法为：将气象站点数据、野外覆冰数据、输电线 路运维数据和事故灾害点数据采用WGS84坐标进行矢量化处理，并将所在位置的发生最大 覆冰时的冻雨日数、风速、风向、湿度、坡向、高程等数据采用栅格提取的方式录入到各图层 中。
8. 根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：步骤3所述回归模型表达式为：
式中：Bh为覆冰标准冰厚，a为覆冰厚度系数改正值，b为高程权重系数，h为覆冰点 高程。
9.根据权利要求1所述的一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法，其特征在 于：步骤5所述的计算结果进行合成，合成结果进行重分类采样，其合成方法为：采样镶嵌 为新栅格的方式进行合成，合成结果按照覆冰划分等级划分表进行充分采样。
【文档编号】G06F17/50GK104462660SQ201410644805
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】罗洪, 彭赤, 黄欢, 任曦, 曹双和, 汤旻 申请人:贵州电力试验研究院, 贵州电力设计研究院