CN107369191A - 电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网技术领域，公开一种电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置，以对电网灾害色斑图的快速修正。方法包括：确定待调整区域的色斑等级及其外边界；反求外边界贝赛尔曲线在原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取外边界的N个控制点以获取外边界的待调整区段及其首末控制点；确定待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖待调整区段所对应区域为目标，根据首、末控制点及N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；根据求解出的M个控制点和N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为待调整区段修正后的边界，并根据色斑等级对修正区域进行像素处理。

Description

电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及电网气象灾害技术领域，尤其涉及一种电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置。

背景技术

我国电网建设的输电线路输送距离长、覆盖面积广，线路途经地区地形复杂，其整体在运营过程中极易受气象因素影响，尤其是输电线路沿线受山谷、河流、采空区、森林等特殊地形地区恶劣气象影响，导致存在覆冰、污闪、雷击、山火等引起倒塔、断线、损毁的安全事故隐患，所以电力行业被公认为气象高敏感性行业。电网气象灾害种类繁多，输电线路覆冰作为电网最重要灾害来源之一，其典型代表为我国南方2008年遭遇雪灾，输电线路覆冰现象严重，导致输电线路断裂频繁发生。电网气象灾害色斑图作为预测或监测电网灾害的直观表达形式，它能够为输电线路运维单位提供宏观分析和决策支持。技术人员通过系统进行电网气象灾害实际预测或监测时，不可避免会遇到对数值预测色斑图进行修正或再次订正等操作。然而，一旦电力公司不能准确动态实时修正或者判断输电线路何时何处灾害严重，其预防措施将无法及时实施，这就必然对电网系统稳定运行造成严重威胁，甚至产生巨大的经济损失。

传统的电网灾害色斑图一般通过建立模型的关键物理量(如温度、压强等)构成的等值线或面进行绘制，其主要包括对离散数据点网格化、网格边上内插等值点、寻找等值线起始点并追踪、标注等值线、根据不同等值线标识不同等级、连接不同等值线并进行光滑处理等步骤。针对庞大的离散数据集，无论是网格化操作还是插值操作，都需要进行复杂的计算。特别地，重新绘制与地形相关联的电网灾害色斑图，则更加是一项巨大的计算耗时工作。现有的电网气象灾害色斑图修正方法主要是通过调整色斑图所映射的网格及其周边网格的数据，重新进行计算和绘制气象灾害色斑图，以达到对气象灾害预测或监测的结果正确展现，其主要不足在于定位色斑图对应的网格和确定离散数据点集比较繁琐，重新绘制色斑图时计算量大，不能够及时展示准确的气象灾害色斑图，进而影响预防措施的迅速实施；另外，专利CN104008558A提供了一种贝塞尔曲线光栅化处理方法，该方法主要解决针对当前采用直线逼近法的拆分算法对曲线进行直线化拆分而引起的运算量较大、速度慢和实现代价高等问题，其不足之处在于没有结合电网输电线路受气象灾害影响的预测结果，不能实现电网气象灾害色斑图的修正操作。

电网气象灾害色斑图是电网灾害监测、预测、预防和救援的直观展现和重要参考信息，现有的技术均未考虑电网气象灾害色斑图绘制运算量大、色斑等级灵活调整等特点，无法做到电网运检技术人员对电网灾害色斑图的快速修正。

发明内容

本发明目的在于公开一种电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置，以对电网灾害色斑图的快速修正。

为达上述目的，本发明公开一种电网气象灾害预测色斑图修正方法，包括：

绘制原始电网气象灾害预测色斑图；

对所述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界；

反求所述外边界贝赛尔曲线在所述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取所述外边界的N个控制点以获取所述外边界的待调整区段及其首末控制点；

确定所述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖所述待调整区段所对应区域为目标，根据所述首、末控制点及所述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；

根据求解出的M个控制点和所述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为所述待调整区段修正后的边界，并根据所述色斑等级对修正区域进行像素处理。

与上述方法基于同一技术构思，本发明还公开一种电网气象灾害预测色斑图修正系统，包括：

第一处理模块，用于绘制原始电网气象灾害预测色斑图；

第二处理模块，用于对所述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界；

第三处理模块，用于反求所述外边界贝赛尔曲线在所述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取所述外边界的N个控制点以获取所述外边界的待调整区段及其首末控制点；

第四处理模块，用于确定所述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖所述待调整区段所对应区域为目标，根据所述首、末控制点及所述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；

第五处理模块，用于根据求解出的M个控制点和所述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为所述待调整区段修正后的边界，并根据所述色斑等级对修正区域进行像素处理。

与上述方法基于同一技术构思，本发明还公开一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中该计算机程序使计算机执行方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

思路简单，可操作性强，充分利用贝塞尔曲线特点和优势，可以简单、准确地对电网气象色斑图进行快速修正，大幅缩短修正电网灾害色斑图绘制时间。

下面将参照附图，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是本发明实施例公开的电网气象灾害预测色斑图修正方法流程图；

图2为电网气象灾害覆冰预测色斑图修正前后的对比示意图。

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。

实施例一

本实施例公开一种电网气象灾害预测色斑图修正方法，如图1所示，包括：

步骤S1、绘制原始电网气象灾害预测色斑图。

步骤S2、对上述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界。

步骤S3、反求上述外边界贝赛尔曲线在上述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取上述外边界的N个控制点以获取上述外边界的待调整区段及其首末控制点。

优选地，该步骤以曲线最小拆分算法选取所述外边界待调整区段的N个控制点。例如：可以采用CN104008558A专利公开的相关技术进行拆分，其中，最小拆分次数n满足关系式的最小值；其中，x、y分别为贝塞尔曲线两个顶点的横向和纵向距离，V为判断曲线可近似为直线的阈值。

其中，对拆分后的曲线分段点X₁，X₂，...，X_n，通过自由端点法就可以求其它n+2个控制顶点Y₁，Y₂，...，Y_n，Y_n+1，Y_n+2，这样才能保证基于贝塞尔曲线可以建立修正后电网气象灾害色斑图边界曲线。具体求解方程组如下：

其中，上述方程组中的子方程6X₁＝9Y₂-3Y₃和6X_n＝-3Y_n+9Y_n+1为自由端条件。

步骤S4、确定上述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖上述待调整区段所对应区域为目标，根据上述首、末控制点及上述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标。

优选地，该步骤求解所述M个控制点的坐标包括下述步骤S41至步骤S43。

步骤S41、求解覆盖所述待调整区段所对应区域的圆的最小半径R。

步骤S42、确定圆方程(x-a)²+(y-b)²＝R²，以所述N个控制点的首末节点在该圆上以及半径R已知求解该圆方程中的参数a,b。

步骤S43、以优化求解的M个控制点需满足方程(x-a)²+(y-b)²＝R²作为优化问题的限制条件，对M+N个控制点首尾依次直线连接的多边形以三角形划分求得整体面积表达式D；然后最优化求解D，使得D在解空间内全局最小，以此确定M个控制点的具体坐标位置。

步骤S5、根据求解出的M个控制点和上述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为上述待调整区段修正后的边界，并根据上述色斑等级对修正区域进行像素处理。

针对上述方法，本实施例结合具体场景对上述方法做进一步说明。如图2所示，包括：

第一步、根据某省地区搭建电网输电线路的平面地形分布结构图划分均匀网格100×300块，对已建立的气象灾害模型进行数值模拟，通过网格插值方式填充每个网格数据，并根据网格数据绘制电网气象灾害色斑图，如图2中的左图所示。同时，设置步骤S2中自适应网格剖分方式参数为四边形网格，步骤S6拟修正的分析对象区域控制点M＝2。

第二步、确定拟调整分析对象区域Q₁。根据第一步中设置的四边形网格剖分方式对Q₁进行网格剖分WP_1,j，其中WP_ij表示拟调整分析对象区域Q₁第j个网格索引号，即WP_1,j＝{(x,y)_1,j}，其中网格索引号j标记遵循自上而下，自左而右的顺序，开始序号为0。

第三步、遍历上述第二步中所有剖分后的网格WP_1,j，确定具体影响区域Q₁的网格坐标{WP_1,18，...，WP_1,45}以及其相对应的色斑等级C_i,j＝1。

第四步、计算并比较所确定影响区域的网格中所有像素点(x,y)灰度值，判断WP_1,j是否存在色斑图的边界曲线S_i，其中{WP_1,18，...，WP_1,45}包含边界曲线，我们记为S₁。除此以外的网格，由于不存在边界曲线，则直接进入到下述步骤S8。

第五步、根据每条曲线S_i反求对应曲线的N个控制点P_i,0(x₀,y₀)，P_i,1(x₁,y₁)，...，P_i,N+1(x_N+1,y_N+1)，其中P_i,0(x₀,y₀)，P_i,N+1(x_N+1,y_N+1)为被网格WP_i,j截取曲线S_i的起始点和终止点。同时，根据CN104008558A中介绍的贝塞尔曲线的最小拆分次数n的思路完成，其中n为满足关系式的最小值，即n＝2。显然，则N＝2(不考虑首末控制点)。因此，对于拆分后的曲线分段点X₁，X₂，可以根据自由端点法建立如下方程组：

上述方程中的Y₀，Y₃分别对应起始点和终止点P_1,0(x₀,y₀)，P_1,3(x₃,y₃)。

第六步、根据第五步生成的2个控制点，即P_1,1(x₁,y₁)，P_1,2(x₂,y₂)，并对拟修正的分析对象区域设置2个控制点，然后通过起始点P_1,0(x₀,y₀)和终止点P_1,3(x₃,y₃)，确定最小半径为R的圆以覆盖拟修正对象区域Q₁；确定圆方程(x-a)²+(y-b)²＝R²，由于起始点P_1,0(x₀,y₀)和终止点P_1,3(x₃,y₃)在圆上以及半径R已知，这里R＝2个网格单元长度，则a＝6,b＝5；优化求解的2个控制点需满足方程(x-6)²+(y-5)²＝2²，这里作为优化问题的限制条件；关于4个控制点首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖分析对象区域Q₁，我们进行三角形划分这个覆盖多边形区域即可求得整体面积表达式D；S6.5最优化求解D，使得D在解空间内全局最小，这样就可以获取到2个控制点具体坐标位置Y₁，Y₂。

第七步、根据第五步和第六步确定的4个控制点P_1,0(x₀,y₀)，P_1,1(x₁,y₁)，...，P_1,3(x₃,y₃)，采用贝塞尔曲线构建模型法获取新的贝塞尔曲线，将该新的贝塞尔曲线作为电网气象灾害色斑图修正后的边界曲线S₁：

其中，为对应的伯恩斯坦基函数。

第八步、根据拟调整分析对象区域Q₁对应的色斑等级值C_i,j＝1进行填充，并对Q₁中存在修正后的边界曲线所包围的内部区域进行对应像素点的扩充，其边界曲线以外区域则还原成为非像素点集合，修订后的色斑图如图2中的右图所示。

实施例二

与方法实施例相对应的，本实施例公开一种电网气象灾害预测色斑图修正系统，包括：

第一处理模块，用于绘制原始电网气象灾害预测色斑图；

第二处理模块，用于对上述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界；

第三处理模块，用于反求上述外边界贝赛尔曲线在上述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取上述外边界的N个控制点以获取上述外边界的待调整区段及其首末控制点；

第四处理模块，用于确定上述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖上述待调整区段所对应区域为目标，根据上述首、末控制点及上述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；

第五处理模块，用于根据求解出的M个控制点和上述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为上述待调整区段修正后的边界，并根据上述色斑等级对修正区域进行像素处理。

优选地，上述第三处理模块以曲线最小拆分算法选取上述外边界待调整区段的N个控制点。例如，上述第三处理模块所采用的最小拆分次数n满足关系式的最小值；其中，x、y分别为贝塞尔曲线两个顶点的横向和纵向距离，V为判断曲线可近似为直线的阈值。

优选地，上述第四处理模块求解上述M个控制点的坐标包括：

求解覆盖上述待调整区段所对应区域的圆的最小半径R；

确定圆方程(x-a)²+(y-b)²＝R²，以上述N个控制点的首末节点在该圆上以及半径R已知求解该圆方程中的参数a,b；

以优化求解的M个控制点需满足方程(x-a)²+(y-b)²＝R²作为优化问题的限制条件，对M+N个控制点首尾依次直线连接的多边形以三角形划分求得整体面积表达式D；然后最优化求解D，使得D在解空间内全局最小，以此确定M个控制点的具体坐标位置。

实施例三

与方法实施例相对应的，本实施例公开一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中该计算机程序使计算机执行上述实施例一中方法的步骤。

综上，本发明实施例公开的电网气象灾害预测色斑图修正方法、系统及装置，思路简单，可操作性强，充分利用贝塞尔曲线特点和优势，可以简单、准确地对电网气象色斑图进行快速修正，大幅缩短修正电网灾害色斑图绘制时间。

以上所述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 (9)

1.一种电网气象灾害预测色斑图修正方法，其特征在于，包括：

绘制原始电网气象灾害预测色斑图；

对所述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界；

反求所述外边界贝赛尔曲线在所述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取所述外边界的N个控制点以获取所述外边界的待调整区段及其首末控制点；

确定所述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖所述待调整区段所对应区域为目标，根据所述首、末控制点及所述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；

根据求解出的M个控制点和所述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为所述待调整区段修正后的边界，并根据所述色斑等级对修正区域进行像素处理。

2.根据权利要求1所述的电网气象灾害预测色斑图修正方法，其特征在于，以曲线最小拆分算法选取所述外边界待调整区段的N个控制点。

3.根据权利要求2所述的电网气象灾害预测色斑图修正方法，其特征在于，最小拆分次数n满足关系式的最小值；其中，x、y分别为贝塞尔曲线两个顶点的横向和纵向距离，V为判断曲线可近似为直线的阈值。

4.根据权利要求1、2或3所述的电网气象灾害预测色斑图修正方法，其特征在于，所述求解所述M个控制点的坐标包括：

求解覆盖所述待调整区段所对应区域的圆的最小半径R；

确定圆方程(x-a)²+(y-b)²＝R²，以所述N个控制点的首末节点在该圆上以及半径R已知求解该圆方程中的参数a,b；

以优化求解的M个控制点需满足方程(x-a)²+(y-b)²＝R²作为优化问题的限制条件，对M+N个控制点首尾依次直线连接的多边形以三角形划分求得整体面积表达式D；然后最优化求解D，使得D在解空间内全局最小，以此确定M个控制点的具体坐标位置。

5.一种电网气象灾害预测色斑图修正系统，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于绘制原始电网气象灾害预测色斑图；

第二处理模块，用于对所述原始电网气象灾害预测色斑图进行自适应网格划分，确定待调整区域的色斑等级及其外边界；

第三处理模块，用于反求所述外边界贝赛尔曲线在所述原始电网气象灾害预测色斑图中的控制点，以供选取所述外边界的N个控制点以获取所述外边界的待调整区段及其首末控制点；

第四处理模块，用于确定所述待调整区域的拟修正的控制点数量M，以使得该M和N个控制点的组合首尾依次直线连接而成的集合闭包最小化覆盖所述待调整区段所对应区域为目标，根据所述首、末控制点及所述N个控制点坐标以自由端点法求解M个控制点的坐标；

第五处理模块，用于根据求解出的M个控制点和所述N个控制点生成新的贝塞尔曲线作为所述待调整区段修正后的边界，并根据所述色斑等级对修正区域进行像素处理。

6.根据权利要求5所述的电网气象灾害预测色斑图修正系统，其特征在于，所述第三处理模块以曲线最小拆分算法选取所述外边界待调整区段的N个控制点。

7.根据权利要求6所述的电网气象灾害预测色斑图修正系统，其特征在于，所述第三处理模块所采用的最小拆分次数n满足关系式的最小值；其中，x、y分别为贝塞尔曲线两个顶点的横向和纵向距离，V为判断曲线可近似为直线的阈值。

8.根据权利要求5、6或7所述的电网气象灾害预测色斑图修正系统，其特征在于，所述第四处理模块求解所述M个控制点的坐标包括：

求解覆盖所述待调整区段所对应区域的圆的最小半径R；

确定圆方程(x-a)²+(y-b)²＝R²，以所述N个控制点的首末节点在该圆上以及半径R已知求解该圆方程中的参数a,b；

以优化求解的M个控制点需满足方程(x-a)²+(y-b)²＝R²作为优化问题的限制条件，对M+N个控制点首尾依次直线连接的多边形以三角形划分求得整体面积表达式D；然后最优化求解D，使得D在解空间内全局最小，以此确定M个控制点的具体坐标位置。

9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中所述计算机程序使计算机执行上述权利要求1至4任一所述方法的步骤。