CN104063602A - 基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法，属于电力线路设计技术领域，该方法包括：建立地面落雷数据库，数据库包含地面落雷时间、地理位置信息；将选定区域经度范围与纬度范围按照所选精度划分为不同的网格单元，网格左右两条边与经度线重合，上下两条边与纬度线重合，设划分精度为p，网格单元上下边中靠近赤道的一边所处纬度为lat，计算出每个网格单元面积；根据地面落雷数据库的数据统计计算每个网格单元年地面落雷次数；根据划分的网格面积，计算每个网格单元地闪密度；将计算结果在数字地图中展示。本方法计算纬度差异较大区域地闪密度精度高，为电力线路设计和改造中雷电防护等级的选择提供有效的参考依据。

Description

基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法

技术领域

本发明属于电力线路设计技术领域，特别涉及对大面积区域采用网格法计算地闪密度的改进方法。

背景技术

地闪密度即每年每平方公里云地闪落雷次数，表征了雷云对地的放电的频繁程度，是输电线路耐雷水平评估的基础参数之一。目前，在电力线路设计改造中，仍采用常规的地面气象观测站统计的年平均雷电日、地面落雷、地闪密度等信息作为输电线路耐雷水平评估的基础数据。按照相关规定：某天某气象站人工记录到一次听见的闪电声，即为该气象站观测区域的站雷电日，若统计区内有多个气象站，则以全体气象站的年雷电日的算术平均值表示该区域年平均雷电日。气象站监听范围以人耳的听力范围为界，监听结果和雷声大小、背景噪声及传播路径上有无障碍有关，且无法区分云—地闪电与云—云闪电，因此，雷电日因条件变化误差较大。据电力行业规程DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》可知，地面落雷密度与雷电日指数呈正相关，并非直接观测资料，而地闪密度又与地面落雷密度成正比，由误差传递性可知，地闪密度也存在较大误差。近年来，随着雷电定位系统在我国的广泛应用与数据积累，有学者提出利用雷电定位系统测量数据统计计算地闪密度的方法(专利名称：采用网格法确定雷电参数的统计方法，专利公开号：CN1936880A)，该方法以雷电定位系统自动监测数据作为统计样本，以数字地图为基础，将雷电自动监测数据按时间、位置、雷电流幅值与极性、主放电与次序放电的专题属性数据通过计算机存入数据库，采用有GIS处理功能的计算机程序对数字地图上的选定区域经纬度按照0.1°×0.1°、0.15°×0.15°、0.175°×0.175°0.2°×0.2°、0.225°×0.225°6种精度划分为不同网格，即经纬度等弧度网格划分法，设定每个网格为一个雷电统计单元，将数据库中的专题数据按地理属性调入对应网格作为统计样本，统计每个网格出现的年地面落雷次数，然后，将每个网格的年地面落雷次数除以网格面积，统计出地闪密度参数。该方法在划分网格时虽然采用了不同精度的经纬度等弧度划分法，但对每个精度的网格单元面积认为均相等，忽略了网格单元所处纬度对网格面积的影响，因为纬度圆周长随着纬度升高逐渐较小，网格单元面积也会随着网格所处纬度升高而减小，由于该方法在计算网格单元地闪密度时假定所有网格单元面积相等，这在选定区域南北纬度差异较小时可以减少计算量，但在南北纬度差较大的大面积区域(南北纬度差大于等于10°)时会引入较大误差，导致地闪密度计算结果不准确。

发明内容

本发明的主要目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法，本方法可避免网格法计算纬度差异较大区域地闪密度时采用网格等面积处理导致的计算误差，为电力线路设计和改造中雷电防护等级的选择提供有效的参考依据。

本发明提出的一种基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)建立地面落雷数据库，数据库包含地面落雷时间、地理位置信息；

2)将选定区域根据所选精度按照经纬度等弧度法划分为不同的网格单元，网格左右两条边与经度线重合，上下两条边与纬度线重合，设划分精度为p，网格单元上下边中靠近赤道的一边所处纬度为lat，则网格单元面积为：

S＝111.319×p×110.934×p×cos(lat)＝12349.06p²cos(lat) (1)

3)根据地面落雷数据库的数据统计计算每个网格单元年地面落雷次数；

4)根据划分的网格面积，统计计算每个网格单元地闪密度，如式(2)：

$N_s=\frac{N}{S}---\left(2\right)$

式中，N_g—网格单元地闪密度

N—每个网格单元每年地面落雷数量

5)将每个网格地闪密度计算结果在数字地图中展示。

所述精度p选用0.15°×0.15°、0.1°×0.1°、0.05°×0.05°、0.01°×0.01°4种不同精度的网格中任一种。

本发明的技术特点是：对统计区域进行网格划分后，根据经纬度不同计算每个网格面积，利用落雷数据库统计计算每个网格单元地闪密度。

本发明的优点在于，避免网格法计算纬度差异较大区域地闪密度时采用网格等面积处理导致的计算误差，使选定区域地闪密度计算结果更准确；为电力线路设计和改造中雷电防护等级的选择提供有效的参考依据。

附图说明

图1本发明方法流程框图。

图2本实施例中统计区域-海南岛雷电定位系统探测站分布图。

图3本实施例在海南岛地理数字地图显示该区域地闪密度计算结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出的基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

1)建立地面落雷数据库：数据库包含地面落雷时间、地理位置信息；

2)对选定区域进行网格划分，根据网格经纬度计算网格面积，将选定区域按照经纬度等弧度法划分网格，即将该区域经度范围与纬度范围按照所选精度划分为不同的网格单元，这样所得网格单元近似矩形，网格左右两条边与经度线重合，上下两条边与纬度线重合，为了简化计算，设划分精度为p，网格单元上下边中靠近赤道的一边所处纬度为lat，则网格单元面积为：

S＝111.319×p×110.934×p×cos(lat)＝12349.06p²cos(lat) (1)

精度p根据实际应用的要求可选用0.15°×0.15°、0.1°×0.1°、0.05°×0.05°或0.01°×0.01°4种不同精度的网格的任一种。

3)根据地面落雷数据库的数据统计计算每个网格单元年地面落雷数量N；

4)根据划分的网格面积，统计计算每个网格单元地闪密度，如式(2)：

$N_s=\frac{N}{S}---\left(2\right)$

式中，N_g—网格单元地闪密度

N—每个网格单元每年地面落雷数量。

5)将每个网格地闪密度计算结果在数字地图中展示。

实施例

现结合海南岛雷电定位系统统计数据说明本发明具体实施方式。图2是海南岛雷电定位系统探测站分布图，共有7个探测站。本发明采用计算机录入海南岛2010年雷电定位系统历史数据，使用计算机对数据进行处理，数据样表如表1所示；采用经纬度等弧度法对海南岛所处区域进行网格划分，网格精度选取0.01°×0.01°，每个网格单元面积根据式(1)计算N_g；然后，统计计算每个网格单元2010年地面落雷次数N；接着，将结果代入式(2)求得每个网格单元地闪密度；最后，将每个网格地闪密度计算结果在数字地图中展示，如图3所示，图中颜色越深，密度越小。

表1海南岛雷电定位系统记录数据样表

序号	电流(kA)	纬度(°)	经度(°)	雷击时间
					1	-4.9	18.40982	108.8262	2010/1/1 0:56
2	-4.9	18.41096	108.8282	2010/1/1 0:56
					3	-12.7	18.07565	108.4266	2010/1/1 1:38
4	-12.7	18.07688	108.4283	2010/1/1 1:38
					5	-8.5	18.20464	108.5354	2010/1/1 1:49
6	-8.5	18.206	108.5376	2010/1/1 1:49
					7	-4.7	18.44935	108.9751	2010/1/1 1:58
8	-4.7	18.45021	108.9766	2010/1/1 1:58
					9	-6.7	18.40309	108.8476	2010/1/1 2:50
10	-6.7	18.40417	108.8494	2010/1/1 2:50

Claims (2)

1.一种基于改进的网格法对大面积区域地闪密度的计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)建立地面落雷数据库，数据库包含地面落雷时间、地理位置信息；

2)将选定区域根据所选精度按照经纬度等弧度法划分为不同的网格单元，网格左右两条边与经度线重合，上下两条边与纬度线重合，设划分精度为p，网格单元上下边中靠近赤道的一边所处纬度为lat，则网格单元面积为：

S＝111.319×p×110.934×p×cos(lat)＝12349.06p²cos(lat) (1)

3)根据地面落雷数据库的数据统计计算每个网格单元年地面落雷次数；

4)根据计算的每个网格面积，统计计算每个网格单元地闪密度，如式(2)：

$N_g=\frac{N}{S}---\left(2\right)$

式中，N_g—网格单元地闪密度

N—每个网格单元每年地面落雷数量

5)将每个网格地闪密度计算结果在数字地图中展示。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述网格划分精度p选用0.15°×0.15°、

0.1°×0.1°、0.05°×0.05°、0.01°×0.01°4种不同精度的网格中任一种。