CN103956017B - 输电线路山火告警方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种输电线路山火告警方法，包括下述步骤：(1)收集杆塔信息数据及基础地理信息数据；(2)火点邻近网格自动计算；(3)查找火点邻近网格内杆塔；(4)查找火点邻近网格内杆塔所在输电线路；(5)判断火点与各输电线路之间可燃物通道是否畅通；(6)寻找离火点最近的杆塔；(7)计算火点与输电线路的距离；(8)发布告警信息。该方法：1)筛选快速、存储方便，可实现自动生成与计算，大幅提升搜索海量杆塔数据的速度；2)避免了漏报；3)避免了域外告警计算，提高了工作效率；4)极大地提高了火点定位精确度与告警准确性。

Description

输电线路山火告警方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种基于火点邻近网格自动计算的输电线路山火告警方法。

背景技术

输电线路山火的爆发具有点多面广的特点，过火迅速，若处理不及时，容易造成多线跳闸。因此，对于卫星监测到的火点，如何快速计算其对输电线路的告警，不延误火点处理最佳时机，是非常值得深入研究的问题。此前出现了一种基于多火点k近邻杆塔的快速搜索查找算法的告警计算方法，仅对火点周围3km的圆形缓冲区内杆塔进行告警计算，能避开多余的区外杆塔计算，极大地提高了计算速度，但受阶段性条件局限：(1)、归属二次方计算方式，计算速度还有加快空间；(2)、处于矢量数据或栅格数据的地理信息平台中的存储，计算有欠方便；(3)、系二次计算，对于多达数十万乃至数百万的杆塔数据而言，筛选速度更有加快空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对输电线路山火火点圆形缓冲区的求取、计算、存储上的不便，提出一种输电线路山火告警方法，该方法基于火点邻近网格的自动计算，能有效解决缓冲区求取、计算、存储速度慢的问题，实现缓冲区自动计算，显著提高杆塔筛选速度，实现计算的简洁高效。

本发明的技术方案是：所提出的输电线路山火告警方法，系一种基于卫星监测火点网格缓冲区的自动生成算法，利用GIS(英文全称“GeographicInformation System”的缩写，中文译文为“地理信息平台”。)平台自动快速计算缓冲区，通过简单的一次计算筛选出位于缓冲区内的所有杆塔，并查找入选杆塔所在的输电线路，通过距离计算，找到输电线路上离火点最近的杆塔，结合该杆塔到输电线路的垂直距离和火点到输电线路的垂直距离发布告警信息。该方法执行时包括下述具体步骤：

(1)、收集杆塔信息数据及基础地理信息数据。在线收集委托省份输电线路杆塔的信息数据，该数据包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级；继续收集该委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据；

(2)、火点邻近网格自动计算。在线搜索委托省份的卫星监测火点，参见附图1，按图1所示，以卫星监测火点f(lon₀,lat₀)，式中f为卫星监测火点，lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标，为中心，绘制边长为6km的网格，作为该火点的缓冲区，该网格由A、B、C、D四个顶点的经纬度坐标决定网格所在位置；

(2.1)、计算沿步骤(2)所绘网格中所述卫星监测火点所在经度线平移3km经过的纬度α，α为常数。不考虑地球表面起伏度，设沿地表任意一条经度线跨越纬度α度时经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\π}{R}_0\frac{\mathrm{\α}}{360}=3$    ①

式①中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度，α为常数。

计算式①得α＝0.027°；

(2.2)、计算沿所述火点所在纬度线平移3km经过的经度β。设沿纬度为lat₀的纬度线跨越经度β度经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\π}{R}_0\frac{\mathrm{\β}}{360}\cos {\mathrm{lat}}_0=3$    ②

式②中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度。计算式②得

$\mathrm{\β}=\frac{0.027}{\cos {\mathrm{lat}}_0}$    ③

(2.3)、计算邻近网格顶点坐标。由步骤(2.1)～(2.2)的计算可知，火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标分别为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，按下列公式④～⑦计算得出：

式④～⑦中，x₁为顶点A的经度坐标，x₂为顶点B的经度坐标，x₃为顶点C的经度坐标，x₄为顶点D的经度坐标，y₁为顶点A的纬度坐标，y₂为顶点B的纬度坐标，y₃为顶点C的纬度坐标，y₄为顶点D的纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标；β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度；

(2.4)、火点邻近网格自动生成。依据步骤(2.3)所得x₁～x₄的值和y₁～y₄的值，代入所述火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，使用GIS平台自动生成该火点的邻近网格；

(3)、查找火点邻近网格内杆塔。由步骤(2.3)中所列公式④～⑦可知，所述火点邻近网格内的杆塔a_x(lon_x,lat_x)应满足：

式⑧～⑨中，lon_x为所求杆塔经度坐标，lat_x为所求杆塔纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标。

(4)、查找火点邻近网格内杆塔所在输电线路。使用常规查找方法，依据步骤(1)收集的委托省份输电线路杆塔的包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级数据，查找到所述火点邻近网格内杆塔所在输电线路；

(5)、判断火点与各输电线路之间可燃物通道是否畅通。依据步骤(1)收集的委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据，按照下述规则判断火点与输电线路之间可燃物通道是否畅通：

规则a)、若所述火点与输电线路之间存在五级以上河流、三级以上公路、大型湖泊、铁路阻止火势蔓延的障碍，判断该火点与输电线路之间可燃物通道不畅通，则该火点不对输电线路形成告警信息，步骤到此结束；

规则b)、若所述火点与输电线路之间无阻止火势蔓延的障碍且存在连续的植被，则判断该火点与输电线路之间可燃物通道畅通，进行下一步；

(6)、寻找离火点最近的杆塔。使用常规方法，计算上述缓冲区内位于同一条输电线路上的杆塔与火点的距离，找出其中距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)，式中a_near为缓冲区内某线路上离火点最近的杆塔，lon_near为a_near的经度坐标，lat_near为a_near的纬度坐标；

(7)、计算火点与输电线路的距离。找到位于同一条输电线路上与步骤(6)找出的距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)邻近的杆塔a′_near(lon′_near,lat′_near)，设该输电线路为直线，则火点f(lon₀,lat₀)与该直线即所述输电线路的垂直距离D为：

$D=\frac{|({{\mathrm{lat}}^{\′}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lon}}_0-({{\mathrm{lon}}^{\′}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lat}}_0+{{\mathrm{lon}}^{\′}}_{\mathrm{near}}\×{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}\×{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}|}{\sqrt{{({{\mathrm{lat}}^{\′}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}})}^2+{({{\mathrm{lon}}^{\′}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}})}^2}}$    ⑩

式⑩中D为垂直距离，lon′_near为杆塔a′_near的经度坐标，lat′_near为杆塔a′_near的纬度坐标；lon_near为杆塔a_near的经度坐标，lat_near为杆塔a_near的纬度坐标；lon₀为火点f的经度坐标，lat₀为火点f的纬度坐标；

(8)、发布告警信息。依据步骤(6)所得D值的大小，按照下述规则c)～f)发布告警信息：

规则c)、若D≤1km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成一级告警信息；

规则d)、若1km<D≤2km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成二级告警信息；

规则e)、若2km<D≤3km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成三级告警信息；

规则f)、若D>3km，则发布杆塔a_near附近火点对输电线路不形成告警的信息。

按照本方法，将上述圆形区域改为网格区域，于是，1)、缓冲区的求取简化为一次计算，计算速度更快；2)、仅需要对网格区域的四个顶点的坐标进行存储，由此解决了存储不方便的问题；3)、使用缓冲区对杆塔进行筛选时的计算也仅为比较坐标大小的一次计算，进一步提高了计算速度。有基于此，利用GIS平台可实现火点邻近网格的自动计算，并快速进行杆塔筛选与告警计算，可为火点的及时处理争取更多的时间。

本发明的有益效果是：

1)、筛选快速、存储方便，可实现自动生成与计算，可大幅提升对海量杆塔数据的搜索速度；

2)、对火点缓冲区内的输电线路均可告警计算，避免了漏报。

3)、避免了网外域外大量杆塔和输电线路的告警计算，极大地提高了工作效率；

4)、极大地提高了火点定位的精确度与告警计算的准确性。

附图说明

图1是以卫星监测火点为中心，以6km长度为边长所绘作为火点缓冲区的网格示意图；

具体实施方式

实施例1：

(1)、收集杆塔信息数据及基础地理信息数据。在线收集委托省份输电线路杆塔的信息数据，该数据包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级；继续收集该委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据；

(2)、火点邻近网格自动计算。在线搜索委托省份的卫星监测火点，参见附图1，按图1所示，以卫星监测火点f(lon₀,lat₀)，式中f为卫星监测火点，lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标，为中心，绘制边长为6km的网格，作为该火点的缓冲区，该网格由A、B、C、D四个顶点的经纬度坐标决定网格所在位置；

(2.1)、计算沿步骤(2)所绘网格中所述卫星监测火点所在经度线平移3km经过的纬度α，α为常数。不考虑地球表面起伏度，设沿地表任意一条经度线跨越纬度α度时经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\&pi;}{R}_0\frac{\mathrm{\&alpha;}}{360}=3$    ①

式①中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度，α为常数。

计算式①得α＝0.027°；

(2.2)、计算沿所述火点所在纬度线平移3km经过的经度β。设沿纬度为lat₀的纬度线跨越经度β度经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\&pi;}{R}_0\frac{\mathrm{\&beta;}}{360}\cos {\mathrm{lat}}_0=3$    ②

式②中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度。计算式②得

$\mathrm{\&beta;}=\frac{0.027}{\cos {\mathrm{lat}}_0}$    ③

(2.3)、计算邻近网格顶点坐标。由步骤(2.1)～(2.2)的计算可知，火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标分别为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，按下列公式④～⑦计算得出：

式④～⑦中，x₁为顶点A的经度坐标，x₂为顶点B的经度坐标，x₃为顶点C的经度坐标，x₄为顶点D的经度坐标，y₁为顶点A的纬度坐标，y₂为顶点B的纬度坐标，y₃为顶点C的纬度坐标，y₄为顶点D的纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标；β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度；

(2.4)、火点邻近网格自动生成。依据步骤(2.3)所得x₁～x₄的值和y₁～y₄的值，代入所述火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，使用GIS平台自动生成该火点的邻近网格；

(3)、查找火点邻近网格内杆塔。由步骤(2.3)中所列公式④～⑦可知，所述火点邻近网格内的杆塔a_x(lon_x,lat_x)应满足：

式⑧～⑨中，lon_x为所求杆塔经度坐标，lat_x为所求杆塔纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标。

(4)、查找火点邻近网格内杆塔所在输电线路。使用常规查找方法，依据步骤(1)收集的委托省份输电线路杆塔的包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级数据，查找到所述火点邻近网格内杆塔所在输电线路；

(5)、判断火点与各输电线路之间可燃物通道是否畅通。依据步骤(1)收集的委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据，按照规则a)，所述火点与输电线路之间存在五级以上河流、三级以上公路、大型湖泊、铁路阻止火势蔓延的障碍，判断该火点与输电线路之间可燃物通道不畅通，该火点不对输电线路形成告警信息，步骤到此结束；

实施例2：

步骤(1)～(4)同实施例1；

(5)、判断火点与各输电线路之间可燃物通道是否畅通。依据步骤(1)收集的委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据，按照规则b)，所述火点与输电线路之间无阻止火势蔓延的障碍且存在连续的植被，则判断该火点与输电线路之间可燃物通道畅通，进行下一步；

(6)、寻找离火点最近的杆塔。使用常规方法，计算上述缓冲区内位于同一条输电线路上的杆塔与火点的距离，找出其中距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)，式中a_near为缓冲区内某线路上离火点最近的杆塔，lon_near为a_near的经度坐标，lat_near为a_near的纬度坐标；

(7)、计算火点与输电线路的距离。找到位于同一条输电线路上与步骤(6)找出的距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)邻近的杆塔a′_near(lon′_near,lat′_near)，设该输电线路为直线，则火点f(lon₀,lat₀)与该直线即所述输电线路的垂直距离D为：

$D=\frac{|({{\mathrm{lat}}^{\&prime;}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lon}}_0-({{\mathrm{lon}}^{\&prime;}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lat}}_0+{{\mathrm{lon}}^{\&prime;}}_{\mathrm{near}}\&times;{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}\&times;{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}|}{\sqrt{{({{\mathrm{lat}}^{\&prime;}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}})}^2+{({{\mathrm{lon}}^{\&prime;}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}})}^2}}$    ⑩

式⑩中D为垂直距离，lon′_near为杆塔a′_near的经度坐标，lat′_near为杆塔a′_near的纬度坐标；lon_near为杆塔a_near的经度坐标，lat_near为杆塔a_near的纬度坐标；lon₀为火点f的经度坐标，lat₀为火点f的纬度坐标；

(8)、发布告警信息。依据步骤(6)所得D值的大小，按照下述规则c)～f)发布告警信息：

规则c)、若D≤1km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成一级告警信息；

规则d)、若1km<D≤2km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成二级告警信息；

规则e)、若2km<D≤3km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成三级告警信息；

规则f)、若D>3km，则发布杆塔a_near附近火点对输电线路不形成告警的信息。

Claims (1)

1.一种输电线路山火告警方法，该方法包括下述步骤：

(1)、收集杆塔信息数据及基础地理信息数据，在线收集委托省份输电线路杆塔的信息数据，该数据包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级；继续收集该委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据；

(2)、火点邻近网格自动计算，在线搜索委托省份的卫星监测火点，以卫星监测火点f(lon₀,lat₀)，式中f为卫星监测火点，lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标，为中心，绘制边长为6km的网格，作为该火点的缓冲区，该网格由A、B、C、D四个顶点的经纬度坐标决定网格所在位置；

(2.1)、计算沿步骤(2)所绘网格中所述卫星监测火点所在经度线平移3km经过的纬度α，α为常数，不考虑地球表面起伏度，设沿地表任意一条经度线跨越纬度α度时经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\&pi;}{R}_0\frac{\mathrm{\&alpha;}}{360}=3$    ①

式①中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度，α为常数，

计算式①得α＝0.027°；

(2.2)、计算沿所述火点所在纬度线平移3km经过的经度β，设沿纬度为lat₀的纬度线跨越经度β度经过的距离为3km，则有：

$2\mathrm{\&pi;}{R}_0\frac{\mathrm{\&beta;}}{360}\cos {\mathrm{lat}}_0=3$    ②

式②中，π为圆周率，R₀为地球平均半径，R₀＝6371km，β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度，计算式②得

$\mathrm{\&beta;}=\frac{0.027}{\cos {\mathrm{lat}}_0}$    ③

(2.3)、计算邻近网格顶点坐标，由步骤(2.1)～(2.2)的计算可知，火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标分别为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，按下列公式④～⑦计算得出：

式④～⑦中，x₁为顶点A的经度坐标，x₂为顶点B的经度坐标，x₃为顶点C的经度坐标，x₄为顶点D的经度坐标，y₁为顶点A的纬度坐标，y₂为顶点B的纬度坐标，y₃为顶点C的纬度坐标，y₄为顶点D的纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标；β为沿火点所在纬度线平移3km经过的经度，α为沿火点所在经度线平移3km时经过的纬度；

(2.4)、火点邻近网格自动生成，依据步骤(2.3)所得x₁～x₄的值和y₁～y₄的值，代入所述火点f(lon₀,lat₀)的邻近网格顶点坐标A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)、C(x₃,y₃)、D(x₄,y₄)，使用GIS平台自动生成该火点的邻近网格；

(3)、查找火点邻近网格内杆塔，由步骤(2.3)中所列公式④～⑦可知，所述火点邻近网格内的杆塔a_x(lon_x,lat_x)应满足：

式⑧～⑨中，lon_x为所求杆塔经度坐标，lat_x为所求杆塔纬度坐标；lon₀为火点经度坐标，lat₀为火点纬度坐标，

(4)、查找火点邻近网格内杆塔所在输电线路，使用常规查找方法，依据步骤(1)收集的委托省份输电线路杆塔的包括经纬度坐标、所在输电线路的名称及电压等级数据，查找到所述火点邻近网格内杆塔所在输电线路；

(5)、判断火点与各输电线路之间可燃物通道是否畅通，依据步骤(1)收集的委托省份五级以上河流的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、三级以上公路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据、铁路的基础地理信息图层数据及植被分布图层数据，按照下述规则判断火点与输电线路之间可燃物通道是否畅通：

规则a)、若所述火点与输电线路之间存在五级以上河流、三级以上公路、大型湖泊、铁路阻止火势蔓延的障碍，判断该火点与输电线路之间可燃物通道不畅通，则该火点不对输电线路形成告警信息，步骤到此结束；

规则b)、若所述火点与输电线路之间无阻止火势蔓延的障碍且存在连续的植被，则判断该火点与输电线路之间可燃物通道畅通，进行下一步；

(6)、寻找离火点最近的杆塔，使用常规方法，计算上述缓冲区内位于同一条输电线路上的杆塔与火点的距离，找出其中距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)，式中a_near为缓冲区内某线路上离火点最近的杆塔，lon_near为a_near的经度坐标，lat_near为a_near的纬度坐标；

(7)、计算火点与输电线路的距离，找到位于同一条输电线路上与步骤(6)找出的距离火点最近的杆塔a_near(lon_near,lat_near)邻近的杆塔a′_near(lon′_near,lat′_near)，设该输电线路为直线，则火点f(lon₀,lat₀)与该直线即所述输电线路的垂直距离D为：

$D=\frac{|({\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}^{\&prime;}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lon}}_0-({\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}^{\&prime;}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}){\mathrm{lat}}_0+{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}^{\&prime;}\&times;{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}\&times;{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}|}{\sqrt{{({\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}}^{\&prime;}-{\mathrm{lat}}_{\mathrm{near}})}^2+{({\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}}^{\&prime;}-{\mathrm{lon}}_{\mathrm{near}})}^2}}$    ⑩

式⑩中D为垂直距离，lon′_near为杆塔a′_near的经度坐标，lat′_near为杆塔a′_near的纬度坐标；lon_near为杆塔a_near的经度坐标，lat_near为杆塔a_near的纬度坐标；lon₀为火点f的经度坐标，lat₀为火点f的纬度坐标；

(8)、发布告警信息，按照下述规则c)～f)发布告警信息：

规则c)、若D≤1km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成一级告警信息；

规则d)、若1km<D≤2km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成二级告警信息；

规则e)、若2km<D≤3km，发布杆塔a_near附近火点对输电线路形成三级告警信息；

规则f)、若D>3km，则发布杆塔a_near附近火点对输电线路不形成告警的信息。