CN104462660A - 一种野外输电线路冬季覆冰厚度分布绘制方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
凝冻是冻雨多发地区冬季出现的气温低于0℃、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。
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。
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。
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。
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。
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IMU/GNSS原始观测数据进行预处理，包括分离GNSS观测数据、IMU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、计算偏心角以及线元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.GIFf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0.1m，山地地区误差范围控制在1.2m以下。
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110kV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：
其中，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
其中为液态水量系数，为雾中的液态水量，为地面饱和湿空气的水汽含量，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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本发明有益效果：
本发明采用高精度航空摄影测量得到精确的除正射影像图和数字高程模型，结合测区范围内的历史气象数据和业务覆冰数据得到导线覆冰特性和大致的分布分区，通过建立原始的回归模型，计算出覆冰厚度并与历年输电线路野外覆冰数据进行对比，通过输电线路设计经验，调整覆冰厚度订正系数，最终形成覆冰计算模型，根据覆冰计算模型绘制出野外输电线路冰厚分布图，本发明结合了测区覆冰特性和覆冰地区地貌特性，考虑到山区地形地貌差异的影响，所绘制的线路冰厚分布图精确可靠，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覆冰地区地貌类型划分，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。
附图说明：
图1为本发明坡度坡向编码示意图。
具体实施方式
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，分析各样本之间的空间、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。
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，在高度基础上制定相应的航线及测量方案；选取带有高精度IMU/GNSS定位定向设备的航空摄影系统，对目标山地地区进行数据采集。航摄带宽不小于2km，地面分辨率小于等于0.2m。应对山地地区输电线路由窄而长的线状走势，飞机的飞行高度制定需要高于测区最高山峰的安全高度，且确保1:5000比例尺地图测图的高成图精度，并在此基础上制定相应的航线及测量方案。
对测区坐标系统进行统一，统一后的数字摄影测量坐标系统为2000国家大地坐标系，选取该坐标系统是为考虑投影长度变形不大于10cm/km。
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；选用152mm~210mm的长焦距镜头，控制地面分辨率应低于0.4m，基高比宜大于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。
使用高精度IMU/GNSS定位定向设备，对拥有大地控制网的目标山地测区进行立体测图航摄，提取复杂地形地貌影像上的衔接点，对“隐蔽点”影像，直接依据基于IMU/GNSS数据求得，最后将摄影测量数据进行虚拟衔接生成，从而实现空中三角测量计算，以求得山地航空摄影影像中各输电线路隐弊点大地坐标。
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IMU/GNSS原始观测数据进行预处理，包括分离GNSS观测数据、IMU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、计算偏心角以及线元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.GIFf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0.1m，山地地区误差范围控制在1.2m以下。
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：
步骤1、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；
步骤2、数据处理，数据处理可分为两类处理方式。一种是针对规范中气象资料的计算分类处理，另一种是针对野外调查数据的计算处理。气象资料处理是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，最后统计出各要素多年平均值。包括：冬季平均气温，冬季平均最高气温，冬季平均最低气温，冬季极端最高气温，冬季极端最低气温，冬季降水量，冬季平均风速，冬季平均最大风速，冬季极大风速，冬季平均相对湿度。
将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统计使用。其主要调查数据为区域内最大覆冰观测资料，即覆冰过程中观冰站或观冰点实测的最大覆冰长直径（简称：长径），覆冰短直径（简称：短径）及其最大覆冰重量（在导线覆冰过程崩溃前开始测量），最大覆冰围长（即周长）。
已建输电线路设计与运行经验数据包括运行110kV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。
步骤3、数据统计分析、根据历史气象材料反算冬季覆冰序列，
由于部分气象站点缺乏历史覆冰观测数据，但拥有完整序列其他气象因素数据。因此，在国际公认较为成熟的K.J覆冰模型（Kathleen F.Jones 1998）的基础上，加入了对捕获系数和雾态含水量的考虑，在此基础上修正K.J覆冰模型，使之更加实用于山地地区雾凇凝结较多的情况。计算公式为：
其中，为降水率，N为冻雨时数，为风速，为水密度，E为捕获系数（实验室系数，贵州地区实验室系数为0.7~0.9）。
在此基础上将另
其中为液态水量系数，为雾中的液态水量，为地面饱和湿空气的水汽含量，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。
所述覆冰类型的判定方法为：山地地区冬季覆冰类型主要为雨凇、雾凇和混合淞三种类型，类型判定依据包括本地区覆冰密度确定和覆冰形态系数确定。覆冰密度确定，分为两种情况，有实测的覆冰资料可选取覆冰长、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，覆冰密度可分析借用邻近相似地区实测覆冰密度资料确定。
测区覆冰形态系数由当地实测覆冰资料计算分析确定，无实测资料或条件限制地区可参照《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T 5158-2012）覆冰形状系数表确定。
表1 覆冰形状系数
注：小覆冰的形态系数应靠下限使用，大覆冰的形状系数应靠上限使用。
山区地形订正覆冰厚度包括：根据实测覆冰资料分析确认；无实测资料根据表2的经验系数选取。
表2 地形换算系数
当实测覆冰资料南北向与东西向覆冰厚度有差异时，通常取覆冰厚度较大者；可通过选取实测覆冰资料的长、短径数据或冰重数据或覆冰直径数据进行标准冰厚转化，并对标准冰厚进行高度及线径订正。
所述覆冰区域地形地貌信息的确定方法为：
划分覆冰区域地貌类型，并确定微地形及分布；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。
将测区进一步细化为具有相同特征值的网格状区域，划分后的单个网格内应包含至少有一个覆冰观测的地面气象观测站，通过确定网格区域的地貌类型及地形数据；根据网格内地面气象站点的数据计算得到不同重现期的设计冰厚，并以此设计冰厚作为网格区域的标准值；然后通过分析网格区域内微地形对覆冰形成的影响，确定丘陵、山地、高山地等微地形覆冰冰厚与一般地形覆冰冰厚的相关关系，结合网格区域高程数据，利用网格区域的标准值订正不同高程内的微地形覆冰厚度。
根据微地形划分后所在网格的因子特征，如：地域、海拔、气象特征（风速、湿度、气压、风向、温度、积水蒸发、云雾滴谱）、覆冰类型（雾凇、雨凇、混合淞）等，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。
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。
DEM表面坡度、坡向处理：
对测区范围内DEM进行表面处理，根据相邻像元点格网之间高层差，推算DEM表面坡度，并按照D8方法对正北、东北、西南等8个方向进行坡向赋值，确定坡度、坡向，生成坡度图。 D8方法是采用最陡坡降的原理，即将所求单元格K同周围8个栅格单元之间的坡降比较，单元格与八个相邻网格坡度最大的一个，水流方向就是坡度最陡的方向，所求单元格与相应单元格中心点的连线方向就是所求单元格的坡度方向。有效方向用1，2，4，8，16，32，64，128这8个数字特征表示，分别对应的是东、东南、南、西南、西、西北、正北和东北。如图1所示。
中心格网的沿坡度的最大方向示意，坡度计算公式为：
式中，S为坡度，Hi为中心栅格单元K的高程，Hj为相邻某个单元格的高程，Lij为两个栅格中心点之间的距离，若为对角线方向，则取倍单元格的宽度；若为垂直或者水平方向相邻，则值为单元格宽度，
气象参数的栅格化：
将各气象数据采用反距离加权插值（Inverse Distance Weighting， IDW）方法进行插值，设置幂值为4，搜索周边最近点数个数为12的结果对气象数据进行插值计算，并将结果转化为栅格文件格式。
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。
空间回归分析：
采用协同克里金方法对选取山地地区输电线路覆冰厚度的相关影响因子，如：平均气温、平均最高气温、极值最高气温、降水量、平均风速、平均最大风速，平均相对湿度等，运用GIS强大的空间分析技术对每一个影响因子推算与之相关性，作出最相关性参数选取的决策支持。
气候因子权重分析：
将各气候因子与海拔、经纬度进行相关性拟合，其中冬季平均气温、冬季最高气温、冬季平均最低气温、冬季极端最高气温、冬季极端最低气温相关性较好，在各相关因子对覆冰厚度的影响综合评价中，使用因子分析权数法对每个因子计算共性因子累计贡献率来定权，讨论，确定其共性因子作用最大的，权重系数推算公式为：
式中：a为常数，b、c、d为系数，x φ 为经度、x δ 为纬度、x h 为海拔。
表3 冬季各气候因子相关性推算模型表
以上推算模型经F检验，置信水平都达到了0.01，回归效果显著。
建立回归模型：
根据覆冰成因相似性划分结果，分区域建立以坐标与海拔相关的输电线路导线覆冰趋势模型。模型为指数分布函数，如下：
其中Bh为覆冰标准冰厚，a为覆冰厚度系数改正值，该值选取与覆冰类型和覆冰重现期定值相关，b为高程权重系数，该值与覆冰划分区域相关；h为覆冰点高程。由于气象站采集数据主要来源于距地高度为2米的导线覆冰，因此需要根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/T 5158-2012）高度换算公式：
式中：为设计导线离地高度（10m）；为实测覆冰资料附着物高度（2m）；为指数，由实测覆冰资料计算分析确认，无资料地区采用0.22.
根据野外调查数据的资料与模型计算结果进行对比调整和确定系数：
模型建成后，需要根据野外覆冰调查结果、输电线路运行检查结果、覆冰灾害调查结果，对模型系数进行调整和改进，不断的修正选取到接近取样点冰厚的最优的值。
DEM按覆冰相似特征分块方法：
将测区的DEM按照覆冰相似性划分结果进行掩膜提取，并将提取结果单独成图。
模型分块计算生成绘制冰厚分布结果：
采用切分好的DEM数据，根据各覆冰相似区最终确定的覆冰计算模型进行分别进行栅格图层计算；计算结果，采用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覆冰等级划分表进行重分类采样；采样完成后的结果转化为标准的矢量面文件，以备出图。
表4 覆冰等级划分表
输出成图：
将矢量面文件，按照覆冰等级配色表的分类进行融合处理，并按照配色表上的RGB配比给相应的分类进行渲染。并按照《基础地理信息要素数据字典第2部分：1:5000 1:10000基础地理信息要素数据字典》（GB/T 20258.2-2006）对1:5000比例出图要求，配以图例、指北针、比例尺等要素，采用100-120dpi进行出图，得到野外输电线路覆冰厚度分布图。
Claims (9)
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IMU/GNSS原始观测数据进行预处理，包括分离GNSS观测数据、IMU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、计算偏心角以及线元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.GIFf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0.1m，山地地区误差范围控制在1.2m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110kV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：
其中，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 为液态水量系数， 为雾中的液态水量， 为地面饱和湿空气的水汽含量， 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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |