CN105117520A - 基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置，该方法通过对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标，解决了传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题，实现卫星数据接收，数据分包，并行处理的有效融合，提高了气象极轨卫星数据的处理速度及山火灾害应对的效率，并且为防山火措施提供准确的信息指导，从而有力的保障电网的运行安全。

Description

基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置。

背景技术

我国很多省份遭遇连旱气候容易发生山火，尤其是春耕、清明期间等工农业用火高发期时，极易爆发大面积山火，而输电线路附近的山火燃烧产生的污秽或者空气放电将导致线路跳闸。受山火燃烧持续时间长的影响，线路跳闸故障的环境一直存在，线路自动重合闸难以成功，易造成长时间的停电故障，影响恶劣。以2013年为例，山火导致电力系统多条输电线路出现故障，500kV及以上线路累计因山火跳闸多达30条次，特别是山火先后导致了特高压±800kV锦苏直流双极相继闭锁，龙政直流极I闭锁、复奉直流双极降压运行等重大事故，而特高压交流1000kV长南I线三次跳闸都是由于线路山火引起。山火已成为近年来威胁特高压线路和大电网安全稳定运行的重大威胁，严重影响人民日常生活和工农业生产。

开展极轨气象卫星对输电线路山火进行监测，可以快速的针对山火防治措施，避免人力、物力的盲目安排造成的灾害应对不力，减少灾害造成电网的巨大损失。

目前高分辨率的极轨气象卫星星下点空间分辨率达到400m，单幅卫星数据图片达到10G，对卫星数据火点提取的快速方法目前仍处于空白，而传统的卫星数据火点提取方法简单，处理速度慢，可操作性差，延误输电线路防火工作。

发明内容

本发明提供了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置，以解决传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，包括：

对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；

根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；

根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

进一步地，对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标的投影关系式为：

$B={\tan }^{-1}\left(\frac{Y}{X}\right)$

$L=\frac{Z}{(1-e^2)\×\left(\sqrt{X^2+Y^2}\right)}$

其中：B、L为像素点的经纬度坐标，X、Y、Z为像素点的空间直角坐标，e为地球扁率，且a是地球长半轴，b为地球短半轴。

进一步地，根据像素点的亮温值或辐射量提取火点包括：

判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取像素点为火点。

进一步地，获得火点的经纬度坐标包括：

根据火点的经纬度坐标将相邻的火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

进一步地，每个网格数据包的大小不超过300M。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，包括：；其中，

网格化装置，用于对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

投影装置，用于对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；

火点提取装置，用于根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；

输电线路火点获取装置，用于根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

进一步地，火点提取装置包括：

判断装置，用于判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取像素点为火点。

进一步地，火点提取装置还包括：

火点合并装置，用于根据火点的经纬度坐标将相邻的火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法及装置，通过对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标，解决了传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题，实现卫星数据接收，数据分包，并行处理的有效融合，提高了气象极轨卫星数据的处理速度及山火灾害应对的效率，并且为防山火措施提供准确的信息指导，从而有力的保障电网的运行安全。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法流程图；

图2是本发明优选实施例的基于NPP卫星数据图片的输电线路火点处理方法流程图；

图3是本发明优选实施例的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法装置结构示意图。

附图标记说明：

10、网格化装置；20、投影装置；30、火点提取装置；40、输电线路火点获取装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，包括：

步骤S101，对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

步骤S102，对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；

步骤S103，根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；

步骤S104，根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

本发明提供的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，通过对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标，解决了传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题，实现卫星数据接收，数据分包，并行处理的有效融合，提高了气象极轨卫星数据的处理速度及山火灾害应对的效率，并且为防山火措施提供准确的信息指导，从而有力的保障电网的运行安全。

本实施例按照极轨卫星的接收区域，对卫星数据图片进行网格化处理，每个网格化后的数据不超过300M，对每一个网格化后的卫星数据推送到不同的GPU(图像处理单元)超算单元。然后再由每个GPU(图像处理单元)超算单元同时对卫星图像数据进行投影。

可选地，步骤S102，对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标的投影关系式为：

$B={\tan }^{-1}\left(\frac{Y}{X}\right)$

$L=\frac{Z}{(1-e^2)\×\left(\sqrt{X^2+Y^2}\right)}$

其中：B、L为像素点的经纬度坐标，X、Y、Z为像素点的空间直角坐标，e为地球扁率，且a是地球长半轴，b为地球短半轴。

由于卫星图像拍摄时采用的是固定在地球上且随地球一起运动的地心空间直角坐标系，在描述火点地理位置信息时则通常要使用经纬度坐标值，因此需要将卫星图像中在地心空间直角坐标系下像素点的位置信息转换到在WGS-84经纬度坐标系下的位置信息，转换关系即上述的投影关系式，其中X、Y、Z为像素点的空间直角坐标，在卫星图像数据中即可查询到，地球扁率则为确定值，因此可以算出像素点的经纬度坐标值。

本实施例每个GPU(图像处理单元)超算单元分别对卫星图像数据进行投影。投影以后得到的是tif影像，投影关系是从地心空间直角坐标系到WGS-84经纬度坐标的转换关系，投影以后得到的是每一个像素的经纬度值，投影数据包含在tif影像里。本实施例在计算像素点的经纬度坐标值时并非对每个像素点均利用投影关系式进行计算，而是先通过投影关系式算出部分像素点的经纬度以后再采用等经纬差值的方式进行重采样像素值，即根据部分已计算出的像素点的经纬度坐标，采用线性插值等方式计算出这些像素点之间的其他像素点的经纬度坐标值，以此来提高投影计算的速度。

可选地，步骤S103中，根据像素点的亮温值或辐射量提取火点包括：

判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取像素点为火点。

在一般情况下，本实施例优先判断像素点是否包含亮温值信息，若包含，则优先判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值来提取火点，且当系统判断像素点不包含亮温值信息时，则采用判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量的方法提取火点。当然，本实施例不限于根据亮温值和辐射量提取火点，例如本实施例还可以通过火点的其他特性参数进行提取。

可选地，步骤S103中，获得火点的经纬度坐标包括：

根据火点的经纬度坐标将相邻的火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

由于在同一地点的较大面积的山火可能会呈现在卫星图像的多个像素点上，这些像素点均被判断出为火点，在对卫星图像划分网格后，这些像素点不管是在一个数据包中还是分布在不同的网格数据包中，均会被判断出存在多个火点，这对于后续的处理或报警过程都是不合适的，因此需要对相邻的火点进行合并，避免出现多报的情况。在对火点进行合并时，主要依据时这些火点的地理位置信息，若多个火点的地理位置信息被计算出是相邻一片区域的则认为这片区域为同一个火点，并按照一个火点进行后续处理，合并后的这一个火点的地理位置设置为该片区域的中心位置。

可选地，每个网格数据包的大小不超过300M。

根据当前GPU(图像处理单元)超算单元的处理能力，为了尽可能快速的计算出火点信息，一般将每个网格数据包的大小设置为不超过300M。

下面以NPP卫星在2015年3月10日上午过境中国时的卫星数据图片为例针对本实施例的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法进行更进一步的具体说明。参照图2，本实施例基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法的步骤包括：

步骤S201，对获取的NPP卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包。具体地，本实施例获取的NPP卫星数据图片大小为8.2G，在接收卫星数据的过程中，以300M为分块数据包大小的上限，对NPP卫星数据图片进行网格化分解，即将一张图片划分网格后成为28张小型的卫星数据图片，本实施例卫星数据图片完成网格化的时间在1分钟左右。

步骤S202，将每个网格数据包中每个像素点在地心空间直角坐标系下的坐标转换为WGS-84经纬度坐标系下的坐标，从而得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标。具体的投影函数关系式为： $B={\tan }^{-1}\left(\frac{Y}{X}\right),L=\frac{Z}{(1-e^2)\×\left(\sqrt{X^2+Y^2}\right)},$ 其中：B、L为经纬度，X、Y、Z为空间直角坐标，e为地球扁率，a是地球长半轴，b为地球短半轴。并且在具体的计算过程中先通过上述关系式算出经纬度以后采用等经纬差值的方式进行重采样像素值，即在计算时并不对所有像素点都使用投影函数关系式进行计算，而是先利用投影关系式计算其中一部分像素点的经纬度坐标，然后根据这些像素点的坐标通过线性插值的方法计算其余像素点的经纬度坐标。通过插值的方式能够大大提高投影的计算效率，减少计算时间。

本实施例对网格化后的28张小型数据图片，通过分包处理，分别将小型的数据图片推送到10万亿次处理速度的GPU(图像处理单元)超算平台上，每个GPU超算单元处理2张网格化的卫星数据图片。然后再由每个GPU超算单元分别对网格化的NPP卫星图像数据进行投影，投影时间20秒。每个GPU超算单元通过投影计算和经纬度插值的方式，得出所有像素点的经纬度坐标值，投影计算之后每个GPU超算单元将每个像素点及其对应的经纬度坐标信息保存在tif影像中。

步骤S203，判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断所述像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取相应的像素点为火点。本实施例优先判断像素点是否包含亮温值信息，若包含，则优先判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值来提取火点，且当系统判断像素点不包含亮温值信息时，则采用判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量的方法提取火点。具体地，本实施例中每个GPU超算单元对投影完成的数据进行并行处理，且提取火点数据的计算时间只需要1分钟左右。

步骤S204，根据火点的经纬度坐标将相邻的火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

具体地，GPU超算单元根据步骤S203中提取出的火点数据和步骤S202投影完成后得到的tif影像数据，将火点信息标注在tif影像中，形成带位置信息的处理帧。本实施例在每个GPU超算单元完成处理帧的标注后，将所有GPU超算单元并行处理的处理帧中筛选出包含火点的处理帧，对于不包含火点的处理帧则不再进行后续处理，以尽可能的减少运算量，减少运算时间。之后将所有筛选出的火点数据进行合并，合并依据是火点的经纬度信息，合并方法是先判断火点的地理位置是否相邻，将相邻的多个火点合并成为一个火点，合并后火点的位置是这些相邻火点的中心位置附近，经过火点合并之后得到最终火点的经纬度坐标，本实施例将将所有GPU超算单元并行处理的NPP卫星火点数据进行合并的计算处理时间大概2分钟左右。

步骤S205，根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS(地理信息系统)，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。利用步骤S204得到的火点数据与输电线路杆塔GIS结合，得到NPP卫星在该时段全国输电线路附近火点及报警数据。具体方法为，将计算出的火点数据按顺序地与输电线路杆塔GIS系统中的数据进行对比，搜索每个火点周围一点范围内是否有输电线路或输电线路塔杆，若有则判断该火点是输电线路附近的火点，否则认为该火点不是输电线路附近的火点，对于输电线路附近的火点则输出给输电线路火点报警系统，对于非输电线路附近的火点则发送给其他的报警系统，本发明主要针对的是输电线路火点的监测及报警。

本实施例从卫星数据接收开始到处理完成时间在8分钟完成，解决了传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题，实现卫星数据接收，数据分包，并行处理的有效融合，提高了气象极轨卫星数据的处理速度及山火灾害应对的效率，并且为防山火措施提供准确的信息指导，从而有力的保障电网的运行安全。

参照图3，根据本发明的另一方面，提供了一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，包括：

网格化装置10，用于对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

投影装置20，用于对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；

火点提取装置30，用于根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；

输电线路火点获取装置40，用于根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

可选地，火点提取装置30包括：

判断装置，用于判断像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取像素点为火点。

可选地，火点提取装置30还包括：

火点合并装置，用于根据火点的经纬度坐标将相邻的火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

本发明提供的基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，通过对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；对每个网格数据包进行投影，得到每个网格数据包中像素点的经纬度坐标；根据像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得火点的经纬度坐标；根据火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标，解决了传统的卫星数据火点提取速度慢导致延误输电线路防火工作的技术问题，实现卫星数据接收，数据分包，并行处理的有效融合，提高了气象极轨卫星数据的处理速度及山火灾害应对的效率，并且为防山火措施提供准确的信息指导，从而有力的保障电网的运行安全。

本实施例的基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置的具体工作过程和工作原理可参照本实施例中的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法的工作过程和工作原理。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，其特征在于，包括：

对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

对每个所述网格数据包进行投影，得到每个所述网格数据包中像素点的经纬度坐标；

根据所述像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得所述火点的经纬度坐标；

根据所述火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

2.根据权利要求1所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，其特征在于，对每个所述网格数据包进行投影，得到每个所述网格数据包中像素点的经纬度坐标的投影关系式为：

其中：B、L为像素点的经纬度坐标，X、Y、Z为像素点的空间直角坐标，e为地球扁率，且，a是地球长半轴，b为地球短半轴。

3.根据权利要求2所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，其特征在于，根据所述像素点的亮温值或辐射量提取火点包括：

判断所述像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断所述像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取所述像素点为火点。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，其特征在于，获得所述火点的经纬度坐标包括：

根据所述火点的经纬度坐标将相邻的所述火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。

5.根据权利要求4所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理方法，其特征在于，每个所述网格数据包的大小不超过300M。

6.一种基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，其特征在于，包括：

网格化装置（10），用于对获取的卫星数据图片进行网格化，得到多个网格数据包；

投影装置（20），用于对每个所述网格数据包进行投影，得到每个所述网格数据包中像素点的经纬度坐标；

火点提取装置（30），用于根据所述像素点的亮温值或辐射量提取火点，并获得所述火点的经纬度坐标；

输电线路火点获取装置（40），用于根据所述火点的经纬度坐标和输电线路杆塔GIS，得到输电线路附近火点的经纬度坐标。

7.根据权利要求6所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，其特征在于，火点提取装置（30）包括：

判断装置，用于判断所述像素点的亮温值是否大于预设的亮温值或判断所述像素点的辐射量是否大于预设的辐射量，若是，则提取所述像素点为火点。

8.根据权利要求6-7任一项所述的基于卫星数据图片的输电线路火点处理装置，其特征在于，火点提取装置（30）还包括：

火点合并装置，用于根据所述火点的经纬度坐标将相邻的所述火点进行合并，从而得到最终火点的经纬度坐标。