CN109298424A - 一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法和装置，能够通过计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，对杆塔和电力线路的强对流天气进行预警，具有远程诊断杆塔和电力线路的上空的强对流天气能力，能够提高监测的精细化水平，解决了目前的天气雷达对杆塔电力线路的天气监测的远程诊断能力和精细化水平较低的技术问题。

Description

一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法和装置

技术领域

本申请涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法和装置。

背景技术

天气雷达，是监测和预警强对流天气的主要工具，其工作原理是通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，为探测降水的空间分布和铅直结构，并以此为警戒跟踪降水系统。

雷电是造成输电线路跳闸的主要原因，目前，雷电定位系统在电力系统安全生产、提高劳动生产率和科学管理水平上产生了较大的经济和社会效益，运用雷电定位数据统计区域地闪密度和雷电流幅值概率分布，对输电线路耐雷性能进行评估，指导线路运行单位加强对雷电密集区段的运行维护，为各项防雷措施的制定提供了有力的保障。但是，目前的杆塔电力线路天气监测方式还不够完善，天气雷达对杆塔电力线路的天气监测的远程诊断能力和精细化水平还比较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法和装置，解决了目前的天气雷达对杆塔电力线路的天气监测的远程诊断能力和精细化水平较低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，所述方法包括：

根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度；

根据所述位置信息和所述强对流天气时序变化趋势，提取所述杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；

根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

优选地，所述根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警，之后还包括：

确定所述雷达回波值的强度等级，根据所述强度等级对所述强对流天气预警进行强度预警，所述强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

优选地，所述根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度，之前还包括：

根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息。

优选地，所述根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息，之前还包括：

对雷达资料进行预处理和质量控制订正。

优选地，所述对雷达资料进行预处理和质量控制订正之后，所述根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息之前，还包括：

对所述雷达资料进行所述杆塔的区域雷达拼图和风场外推。

优选地，所述区域雷达拼图具体包括：

对所述杆塔的雷达回波进行三维格点化插值处理；

根据权重函数法对所述雷达回波的重叠区域进行插值处理，得到所述杆塔的区域雷达拼图。

优选地，所述根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，具体包括：

根据杆塔的位置信息，将所述雷达回波和所述风场外推的预报产品插值到所述杆塔上，将所述预报产品的时序信息以图形的形式显示，得到所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势。

本申请第二方面提供一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置，所述装置包括：

第一提取单元，用于根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度；

第二提取单元，用于根据所述位置信息和所述强对流天气时序变化趋势，提取所述杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；

预警单元，用于根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

优选地，所述装置还包括：

分类单元，用于确定所述雷达回波值的强度等级，根据所述强度等级对所述强对流天气预警进行强度预警，所述强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

优选地，所述装置还包括：

获取单元，用于根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，包括：根据杆塔的位置信息，提取杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，位置信息包括：经度和纬度；根据位置信息和强对流天气时序变化趋势，提取杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；根据获取到的杆塔的区域雷达拼图、强对流天气时序变化趋势和获取到的电力线路的雷达回波时序拼图，计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，若雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。本申请提供的方法，能够通过计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，对杆塔和电力线路的强对流天气进行预警，具有远程诊断杆塔和电力线路的上空的强对流天气能力，能够提高监测的精细化水平，解决了目前的天气雷达对杆塔电力线路的天气监测的远程诊断能力和精细化水平较低的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中的一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中的一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法另一流程示意图；

图3为本申请实施例中的一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中雷达回波随时间分布的强对流天气时序变化趋势图；

图5为本发明实施例中不同杆塔连接成的线路上不同位置、不同高度的剖面雷达分布图；

图6为本申请实施例中雷达回波的探测位置与杆塔及电力线路位置示意图；

图7为本申请实施例中雷达探测覆盖范围示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请实施例中一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，包括：

步骤101、根据杆塔的位置信息，提取杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，位置信息包括：经度和纬度。

需要说明的是，本申请实施例中，得到杆塔的经纬度信息之后，可以对杆塔上空的强对流天气在时序上的变化趋势提取，强对流天气时序变化趋势包括时间信息、雷达回波强度值信息和外推预报信息，如图4所示，图4为杆塔雷达回波随时间分布的强对流天气时序变化趋势图，横轴为时间信息，纵轴为雷达回波强度值信息，26日00时为实况天气，00时至01时30分为外推预报的天气信息。

步骤102、根据位置信息和强对流天气时序变化趋势，提取杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息。

需要说明的是，杆塔的电力线路即为杆塔周围与杆塔连接的电力线路，在得到杆塔的经纬度信息和强对流天气时序变化趋势之后，可以提取出杆塔的电力线路上空的强对流天气的经纬度信息，和强对流天气距离杆塔和电力线路上空的高度信息。如图5所示，图5为不同杆塔连接成的线路上不同位置、不同高度的剖面雷达分布图，横轴为各杆塔的位置信息，纵轴为高度信息，图中右边的颜色表代表雷达回波的强度，颜色越深代表强对流天气强度越大。

步骤103、根据获取到的杆塔的区域雷达拼图、强对流天气时序变化趋势和获取到的电力线路的雷达回波时序拼图，计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，若雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

需要说明的是，雷达回波拼图由当地的地图和不规则的颜色块组成，颜色从蓝色到绿色、黄色、橙色、红色到紫色，图的旁边有雷达站名、时间和数据范围，还有标示着数字的竖向的颜色条，从蓝色到紫色数字渐大，并标有数字单位，为dBZ，表示雷达回波强度，范围一般在10-70dBZ。

本申请实施例中，提供了一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，包括：根据杆塔的位置信息，提取杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，位置信息包括：经度和纬度；根据位置信息和强对流天气时序变化趋势，提取杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；根据获取到的杆塔的区域雷达拼图、强对流天气时序变化趋势和获取到的电力线路的雷达回波时序拼图，计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，若雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。本申请提供的方法，能够通过计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，对杆塔和电力线路的强对流天气进行预警，具有远程诊断杆塔和电力线路的上空的强对流天气能力，能够提高监测的精细化水平，解决了目前的天气雷达对杆塔电力线路的天气监测的远程诊断能力和精细化水平较低的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，图2为本申请实施例中另一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，包括：

步骤201、对雷达资料进行预处理和质量控制订正。

需要说明的是，天气雷达可以监视半径为400公里范围的地区内台风、暴雨、飑线、冰雹、龙卷等大范围强降水天气，对雹云、龙卷气旋等中小尺度强天气现象的有效监测和识别距离可达230公里，可在距离雷达150公里处识别雹云中尺度为2～3公里的核区，或判别尺度为10公里左右的龙卷气旋。

本申请实施例中，首先要对雷达资料进行预处理和质量控制订正，预处理方法可以是k-邻域频数法，质量控制订正包括反射率和径向风资料质量控制、基于信号谱的质量控制、X或C波段雷达衰减订正。

步骤202、对雷达资料进行杆塔的区域雷达拼图和风场外推。

需要说明的是，雷达基数据是以雷达为中心的极坐标存储的，即通过径向距离、方位角和仰角三个要素来识别其空间几何位置。基于基数据的格点化拼图首先将极坐标中的多普勒雷达资料按照一定的技术插值到笛卡尔坐标系的网格点上，然后才能进行拼图计算。本申请实施例中，风场外推使用的是TREC(雷达回波相关性跟踪方法，Tracking RadarEchoes by Correlation)算法，将雷达基数据PPI资料插值到等高面上，得到CAPPI资料，确定相关的计算参数，对T1时刻某一网格单元与搜索区域内T2时刻的所有网格单元计算交叉相关，搜索最大值并由此确定风矢量的终点，根据相继网格单元位置的变化以及时间差，确定出平流风矢量，对T1时刻的所有网格单元重复进行确定相关的计算参数和搜索最大值并由此确定风矢量的终点的步骤，可得到完整的风场分布。

步骤203、根据多个雷达对杆塔的探测回波获取杆塔的位置信息，位置信息包括：经度和纬度。

需要说明的是，如图6所示，雷达回波的探测位置与杆塔及电力线路位置不一定重叠，因此需要根据其周边的雷达回波探测位置进行空间插值得到杆塔所在位置的雷达回波。利用雷达探测位置的雷达回波值，根据杆塔及电力线路与雷达探测位置的距离不同，计算得到杆塔及电力线路位置的雷达回波，从而得到杆塔的位置信息。雷达做立体扫描(简称体扫)时，由于体扫的模式自身的缘故，在最高仰角以上的区域(静锥区)没有观测值，在高仰角区的相邻仰角之间也存在空隙。把单雷达的体扫资料插值到笛卡儿坐标网格上，在静锥区就没有分析值，在高仰角空隙区的分析值也可能会出现较大的误差。而多个雷达的三维拼图可以减轻由雷达波束几何学引起的静锥区、相邻仰角空隙和波束阻挡等问题。

步骤204、根据杆塔的位置信息，将雷达回波和风场外推的预报产品插值到杆塔上，将预报产品的时序信息以图形的形式显示，得到杆塔上空的强对流天气时序变化趋势。

需要说明的是，得到杆塔的经纬度信息之后，可以对杆塔上空的强对流天气在时序上的变化趋势提取，强对流天气时序变化趋势包括时间信息、雷达回波强度值信息和外推预报信息，如图4所示，横轴为时间信息，纵轴为雷达回波强度值信息，26日00时为实况天气，00时至01时30分为外推预报的天气信息。

步骤205、根据位置信息和强对流天气时序变化趋势，提取杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息。

需要说明的是，步骤205与上一实施例中的步骤102一致，在此不再进行详细赘述。

步骤206、对杆塔的雷达回波进行三维格点化插值处理。

需要说明的是，雷达体扫模式造成雷达观测资料的空间分辨率不均匀，投影到笛卡儿坐标系中的网格上需要做插值处理。基于不同的应用研究目的可以选择多种不同的插值方法，但应最低限度地平滑并尽可能保留单雷达资料中明显存在的原始回波结构特征。径向和方位上的最近邻居法和垂直线性内插法(NVI)适用于分析大多数雷达反射率资料，它既能得到空间比较连续的反射率分析场，同时也较好地保留了体扫资料中原有的反射率结构特征，插值前后降水强度变化也较小。

步骤207、根据权重函数法对雷达回波的重叠区域进行插值处理，得到杆塔的区域雷达拼图。

需要说明的是，如图7所示，每个圆圈表示每个雷达探测覆盖范围，有些区域有几部雷达覆盖，那么这些区域内的雷达回波值就有多个，需要利用权重函数法对这些区域进行插值处理，以得到一个最终的雷达回波值。

步骤208、根据获取到的区域雷达拼图、强对流天气时序变化趋势和获取到的电力线路的雷达回波时序拼图，计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，若雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

需要说明的是，步骤208与上一实施例中的步骤103一致，在此不再进行详细赘述。

步骤207、确定雷达回波值的强度等级，根据强度等级对强对流天气预警进行强度预警，强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

需要说明的是，可以对雷达回波值的强度等级进行划分，每个强度等级对应一个预警等级。

为了便于理解，请参阅图3，图3为本申请实施例中一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置，包括：

第一提取单元301，用于根据杆塔的位置信息，提取杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，位置信息包括：经度和纬度。

第二提取单元302，用于根据位置信息和强对流天气时序变化趋势，提取杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息。

预警单元303，用于根据获取到的杆塔的区域雷达拼图、强对流天气时序变化趋势和获取到的电力线路的雷达回波时序拼图，计算杆塔和电力线路的监测区域的雷达回波值，若雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

分类单元304，用于确定雷达回波值的强度等级，根据强度等级对强对流天气预警进行强度预警，强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

获取单元305，用于根据多个雷达对杆塔的探测回波获取杆塔的位置信息。

预处理单元306，用于对雷达资料进行预处理和质量控制订正。

反演外推单元307，用于对雷达资料进行杆塔的区域雷达拼图和风场外推。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，包括：

根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度；

根据所述位置信息和所述强对流天气时序变化趋势，提取所述杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；

根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

2.根据权利要求1所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警，之后还包括：

确定所述雷达回波值的强度等级，根据所述强度等级对所述强对流天气预警进行强度预警，所述强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

3.根据权利要求1所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度，之前还包括：

根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息。

4.根据权利要求3所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息，之前还包括：

对雷达资料进行预处理和质量控制订正。

5.根据权利要求4所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述对雷达资料进行预处理和质量控制订正之后，所述根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息之前，还包括：

对所述雷达资料进行所述杆塔的区域雷达拼图和风场外推。

6.根据权利要求5所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述区域雷达拼图具体包括：

对所述杆塔的雷达回波进行三维格点化插值处理；

根据权重函数法对所述雷达回波的重叠区域进行插值处理，得到所述杆塔的区域雷达拼图。

7.根据权利要求6所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测方法，其特征在于，所述根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，具体包括：

根据杆塔的位置信息，将所述雷达回波和所述风场外推的预报产品插值到所述杆塔上，将所述预报产品的时序信息以图形的形式显示，得到所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势。

8.一种基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置，其特征在于，包括：

第一提取单元，用于根据杆塔的位置信息，提取所述杆塔上空的强对流天气时序变化趋势，所述位置信息包括：经度和纬度；

第二提取单元，用于根据所述位置信息和所述强对流天气时序变化趋势，提取所述杆塔的电力线路上空的强对流天气的位置信息和高度信息；

预警单元，用于根据获取到的所述杆塔的区域雷达拼图、所述强对流天气时序变化趋势和获取到的所述电力线路的雷达回波时序拼图，计算所述杆塔和所述电力线路的监测区域的雷达回波值，若所述雷达回波值大于预置阈值，则进行强对流天气预警。

9.根据权利要求8所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置，其特征在于，所述装置还包括：

分类单元，用于确定所述雷达回波值的强度等级，根据所述强度等级对所述强对流天气预警进行强度预警，所述强度预警包括：弱级、中级、强级和超强级。

10.根据权利要求8所述的基于雷达拼图的杆塔电力线路天气监测装置，其特征在于，所述装置还包括：

获取单元，用于根据多个雷达对杆塔的探测回波获取所述杆塔的位置信息。