CN103325068B - 一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法 - Google Patents

Abstract

一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法：S1建立空气污染物浓度与污秽等级间的对应关系；S2绘制污区分布图：S2‑1对目标区域进行正方形网格划分和栅格化处理；S2‑2读取实时空气污染物浓度；S2‑3计算空气污染物浓度；S2‑4读取污染源位置及排放类型和排放量；S2‑5读取风向、风速、降雨数据；S2‑6利用（4），（5）得到的数据，验算和修正空气污染物浓度；S2‑7根据S1对应关系，进行污秽等级划分、着色；S2‑8聚类分析和去噪；S2‑9矢量化、平滑处理，加载到三维GIS平台之上，加载DOM、DEM、电网设备信息、污染源；S2‑105‑60分钟重复（2）‑（9），形成动态的污区分布图。

Description

一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法

技术领域

本发明涉及一种地图的绘制方法，尤其是涉及一种基于环境和气象数据的实时动态三维电网污区分布图绘制方法。

背景技术

电力污区分布图是一种在电网中被广泛应用于输变电设计和运行维护的专题地图，是电力设施外绝缘选择的重要标准之一。在绘制过程中基于收集到的现场污秽度、污染源等信息并结合运行经验来对目标区域划分污秽等级，最后绘制成覆盖整个目标区域行政区划的面状地图，再通过叠加输电线路、变电站等电网信息图层，形式电网的污区分布专题图。

传统污区分布专题图一般为纸质地图或以二维GIS为载体呈现，当前绘制周期一般为2年左右。早期绘制过程一般为人工判断和修订，在最近几年，出现了如公开号为102306387A、101976424A等专利中所述的利用计算机信息系统来实现自动和半自动绘制污区分布图的技术。

现有绘制污区分布图的方法存在的不足之处有：

绘制周期较长，在该周期内的污区划分是恒定不变的，比较利于指导设计，但是对于电网的运行维护工作，时效性不够，不能反映当前真实的污秽情况。自动和半自动的污区分布图绘制技术虽然能够在一定程度上缩短污区分布图的绘制周期，但是其根本上仍是传统的静态的污区分布图，而且自动和半自动污区分布图绘制技术依赖于绝缘子污秽监测设备、人工现场污秽度测量等量测手段，其中绝缘子污秽监测设备成本较高，难以大范围安装，且测量数值存在不准确得问题；人工现场污秽度测量需要工作人员爬上杆塔清抹绝缘子和实验室手段测量，难以在短周期内重复实施，所以自动和半自动的污区分布图绘制技术仍不能实现动态地反映地区的实时污秽状况。

另一方面，纸质的污区分布专题图和基于二维GIS的污区分布图难以直观地展示污区所处地形、地貌等信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法，直观、基于三维GIS、实时、动态变化地展现地区污秽情况。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法，其特征是包括以下步骤：

S1建立空气污染物浓度与污秽等级间的对应关系，分为两种情形：

（1）参考现有污区分布图的情况

a)选择覆盖所有等级的现有污区分布图；

b)读取所使用的污区分布图范围内所有空间污染物浓度监测点的坐标信息和监测历史数据；

c）通过拓扑关系分析，判断每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图中的污秽等级；

d)统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度；

e）得出污染物与污秽等级的对应关系；

（2）不参考现有污区分布图的情况

a)获取至少省级以上的行政区域内的所有空气污染物浓度监测点坐标及其1年内的所有历史监测数据；

b)统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度；

c)拟合出每个空间污染物浓度监测点，每种污染物平均浓度数据的正态分布曲线；

d)基于正态分布曲线划分污染物浓度与污秽等级之间的对应关系；

S2绘制实时动态三维污区分布图，包括以下子步骤：

S2-1对整个目标区域进行正方形网格划分和栅格化处理，网格大小1-100平方公里；

S2-2读取目标区域内各个检测点的实时空气污染物浓度；

S2-3基于支持向量分类（SVC）和支持向量回归（SVR）算法，计算出每个网格内的空气污染物浓度；

S2-4读取目标区域内地区污染源位置及其当前污染物排放类型和单位时间排放量；

S2-5读取目标区域内各个气象站当前的风向、风速、降雨数据信息；

S2-6利用（4），（5）得到的数据，基于ISC3大气污染物扩散模型验算和修正各个网格内的空气污染物浓度；

S2-7根据S1所得到的空气污染物浓度与污区等级之间的对应关系，对各个网格进行污秽等级划分，并按照GB/T26218-2010进行着色，形成当前时刻的栅格污区分布图；

S2-8对整个地图进行聚类分析和去噪处理；

S2-9对地图进行矢量化，并进行边界平滑处理，形成当前时刻的矢量污区分布图并加载到三维GIS平台之上，在三维GIS平台中加载DOM、DEM、电网设备信息、污染源；

S2-10按照一定的周期（5-60分钟）重复（2）-（9）的过程，由于污染源污染物的排放量与时间相关，且风速、风向为变量，在不断刷新的过程中形成动态的污区分布图。

所述的步骤S1中的子步骤d中，具体做法为：将子步骤c）中所得的正态分布曲线通过Z分数公式转换成标准正态分布；对所得标准正态分布的横轴变量进行5等分，得到5个横轴变量范围，以邻近坐标原点的原则从左到右分别对应GB/T26218-2010标准的五个污秽等级；进行Z分数公式转换的逆运算，得到每个横轴变量范围所对应的污染物浓度范围，从而获得污染物浓度与污秽等级之间的对应关系；在通过上述方法确定得到所述对应关系后，可基于实际运行经验进行人工调整。

本发明具有如下特点：

1.污区分布图为一种电子地图

2.污区分布图以三维GIS为主要载体和展示平台，以卫星、航空影像（DOM）为底图，并与地形数据（DEM）贴合，可调整污区分布图的透明度来直接观察污区所处的地理环境。

3.污区分布图在小周期内（5-60分钟）自动刷新和变化，也可由用户触发更新。

4.电网设备信息图层、地理环境数据图层、污染源图层，污秽监测信息图层，现场污秽度测量点图层等作为所述污区分布图的辅助图层存在。

5.污区分布图可基于时间回放历史版本，展示污秽发展趋势。

本发明主要技术特征如下：

1.以空气污染物浓度为量化污秽等级的主要标准，并建立空气污染物浓度与污秽等级之间的对应关系作为整个绘制的基础；

2.通过支持向量分类（SVC）和支持向量回归（SVR）来实现从环保部门环境监测点采样数据到整个地区空气污染物浓度的推算；

3.基于污染源的排放量，通过ISC3大气污染物扩散模型来对整个地区的空气污染物浓度进行验算和修正；

4.按照一定周期不断重绘和刷新污区分布图；

5.污秽等级的划分和着色采用GB/T26218-2010标准。

有效效果：本发明解决了传统污区分布图绘制周期长，难以反映实时地区污秽状况和发展趋势的问题，缩短绘制周期到分钟级，更真实、直观地反映了当前地区的污秽状况。通过调整其透明度并与DOM，DEM，地理环境数据的叠加，能够直观了解污区所处的地理环境。通过基于时间的污区分布图历史版本回放，能够反映污秽的发展趋势，指导电网防污计划安排和绝缘子清洗工作，减小污闪发生概率。本发明所述绘制方法所要求的基础数据均为公开数且易于获取，算法成熟，易于在计算机信息系统中实现，可大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明中建立空气污染物浓度与污秽等级之间的对应关系的流程图；

图2是本发明中绘制实时动态三维电网污区分布图方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实时动态三维电网污区分布图的绘制方法实施例，包括以下步骤：

S1建立空气污染物浓度与污秽等级间的对应关系，分为两种情形来进行实施，如图1所示；

（1）参考现有污区分布图的情况：

a)选择覆盖所有等级的现有污区分布图，如目标区域的污区分布图不能涵盖所有污区等级，则可使用更大范围的污区分布图（例如，如市级污区分布图不能涵盖所有污秽等级，则可使用省一级的污区分布图来确定）。

b)读取所使用污区分布图范围内的所有空间污染物浓度监测点的坐标信息和监测历史数据。

c）通过拓扑关系分析，判断每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图中的污秽等级。

d)统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度。

e）得出污染物与污秽等级的对应关系。

（2）不参考现有污区分布图的情况：

a)获取至少省级以上的行政区域内容的所有空气污染物浓度监测点坐标及其1年内的所有历史监测数据。

b)统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度。

c)拟合出所有监测点污染物平均浓度数据的正态分布曲线。

d)基于正态分布曲线划分污染物浓度与污秽等级之间的对应关系，在确定对应关系时，允许人工干预。

S2绘制实时动态三维污区分布图，如图2所示，包括以下子步骤：

（1）对整个目标区域进行正方形网格划分和栅格化处理，根据目标区域的大小，网格大小可设置为1-100平方公里；

（2）读取各个检测点的实时空气污染物浓度；

（3）基于支持向量分类（SVC）和支持向量回归（SVR）算法，计算出每个网格内的空气污染物浓度；

（4）读取地区污染源位置及其当前污染物排放类型和单位时间排放量；

（5）读取各个气象站当前的风向、风速、降雨等数据信息；

（6）利用（4），（5）得到的数据基于ISC3大气污染物扩散模型验算和修正各个网格内的空气污染物浓度；

（7）根据空气污染物浓度与污区等级之间的对应关系，对各个网格进行污秽等级划分，并按照GB/T26218-2010进行着色，形成当前时刻的栅格污区分布图；

（8）对整个地图进行聚类分析和去噪处理；

（9）对地图进行矢量化，并进行边界平滑处理，形成当前时刻的矢量污区分布图并加载到三维GIS平台之上，在三维GIS平台中加载DOM、DEM、电网设备信息、污染源；

（10）按照一定的周期重复（2）-（9）的过程，由于污染源污染物的排放量时间相关，且风速、风向为变量，在不断刷新的过程中形成动态的污区分布图。

Claims (1)

1.一种实时动态三维电网污区分布图的绘制方法，其特征是包括以下步骤：

S1建立空气污染物浓度与污秽等级间的对应关系，分为两种情形：

（1）参考现有污区分布图的情况

a) 选择覆盖所有等级的现有污区分布图；

b) 读取所使用的污区分布图范围内所有空间污染物浓度监测点的坐标信息和监测历史数据；

c）通过拓扑关系分析，判断每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图中的污秽等级；

d) 统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度；

e）得出污染物与污秽等级的对应关系；

（2）不参考现有污区分布图的情况

a) 获取至少省级以上的行政区域内的所有空气污染物浓度监测点坐标及其1年内的所有历史监测数据；

b) 统计每个空间污染物浓度监测点在现有污区分布图绘制年份每种污染物的平均浓度；

c) 拟合出每个空间污染物浓度监测点，每种污染物平均浓度数据的正态分布曲线；

d) 基于正态分布曲线划分污染物浓度与污秽等级之间的对应关系；

S2绘制实时动态三维污区分布图，包括以下子步骤：

S2-1对整个目标区域进行正方形网格划分和栅格化处理，网格大小1-100平方公里；

S2-2读取目标区域内各个检测点的实时空气污染物浓度；

S2-3基于支持向量分类和支持向量回归算法，计算出每个网格内的空气污染物浓度；

S2-4读取目标区域内地区污染源位置及其当前污染物排放类型和单位时间排放量；

S2-5读取目标区域内各个气象站当前的风向、风速、降雨数据信息；

S2-6利用子步骤S2-4和S2-5得到的数据，基于ISC3大气污染物扩散模型验算和修正各个网格内的空气污染物浓度；

S2-7根据S1所得到的空气污染物浓度与污区等级之间的对应关系，对各个网格进行污秽等级划分，并按照GB/T26218-2010进行着色，形成当前时刻的栅格污区分布图；

S2-8对整个地图进行聚类分析和去噪处理；

S2-9对地图进行矢量化，并进行边界平滑处理，形成当前时刻的矢量污区分布图并加载到三维GIS平台之上，在三维GIS平台中加载DOM、DEM、电网设备信息、污染源；

S2-10按照一定的周期5-60分钟重复S2-2至S2-9的过程，由于污染源污染物的排放量与时间相关，且风速、风向为变量，在不断刷新的过程中形成动态的污区分布图；

只在（2）不参考现有污区分布图的情况下，所述的步骤S1中的子步骤d中，具体做法为：将子步骤c）中所得的正态分布曲线通过Z分数公式转换成标准正态分布；对所得标准正态分布的横轴变量进行5等分，得到5个横轴变量范围，以邻近坐标原点的原则从左到右分别对应GB/T26218-2010标准的五个污秽等级；进行Z分数公式转换的逆运算，得到每个横轴变量范围所对应的污染物浓度范围，从而获得污染物浓度与污秽等级之间的对应关系；在通过上述方法确定得到所述对应关系后，可基于实际运行经验进行人工调整。