CN110570615A - 天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电网山火趋势预警领域，尤其为一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置和系统，该方法依靠遥感卫星、无人机/直升机及电网在线监测装置分别对火点位置、地形地貌、植被类型、微气象进行监测，通过数据接收和数据处理模块得到每个参数的设定值，利用Rothermel模型和惠更斯模型计算推演得到山火发展趋势矢量图，通过电网GIS叠加分析，得到预警信息，并将预警信息发送至设备运维单位管理人员移动终端上。本发明通过构建天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，不仅能减少现场运维人员投入，扩大山火监测区域，快速预测山火发展趋势，而且可以为电网山火发展趋势提供客观、准确、稳定的数据来源。

Description

天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置、系统及 存储介质
技术领域
本发明涉及电网山火趋势预警领域，特别是涉及一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
高压输电线路经常跨越植被茂密的山区和林区，高温干旱天气下发生山火概率较大，易引起附近输电线路相地或相间击穿导致跳闸，对电网安全和系统稳定存在较大威胁。因此，为保障线路安全稳定运行，减少因山火引发的输电线路跳闸，必须及时发现并掌握山火发展趋势，为电网运行方式调整争取宝贵的时间。目前电网山火趋势监测主要依靠现场运维人员值守观察并汇报，人力投入较大，覆盖面较窄，时效性较差。
遥感卫星技术具有广域监测的优势，可远距离、准实时获取目标区域内火点位置及面积；三维激光雷达扫描技术可大面积高分辨率地快速获取目标区域内地表空间点位信息；电网在线监测装置可实时监测现场杆塔附近风速、风向、温度、湿度等天气状况。
发明内容
针对于上述情况，本发明目的是不仅可以大范围监测目标区域内的火点，判读输电线路通道附近植被情况，还可以实时掌握现场天气状况，为山火趋势发展判定提供快速、准确数据支撑；为达上述目的，本发明提供一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置联合对目标区域进行监测；
步骤S2：将监测的火点位置、植被种类、微气象数据通过无线传输方式传送至接收模块；
步骤S3：利用火点经纬度在全国地貌数据中标定目标区域，获取该位置影响山火蔓延的地面坡度和坡向；同时利用图像处理技术对植被种类进行识别；
步骤S4：将步骤S2得到的微气象参数和步骤S3得到的坡度、坡向、植被种类等影响山火蔓延的参数输入到推演模块中进行模型计算，计算出火势蔓延速度，推演得到山火发展趋势矢量图；
步骤S5：将步骤S4得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS系统进行矢量叠加，利用欧式距离公式获取某一时间段在山火蔓延区域边界1km范围内的110kV及以上输电线路详细信息，并形成预警信息；
步骤S6：将预警信息发送至设备运维单位管理人员移动终端上。
具体地，所述利用图像处理技术对植被种类进行识别，具体步骤如下：
步骤S31：将目标区域内多光谱影像与激光雷达点云数据配准，得到绝对坐标系下配准精确的多光谱影像与激光雷达点云融合的数据；
步骤S32：多源数据融合，利用像元图像融合方法，采用HIS彩色变换，将遥感影像转换到数值彩色空间，同时将基于激光雷达点云数据提取的高分辨率DEM进行数值转换，转回到RGB彩色空间，得到丰富的光谱信息、纹理信息以及高度信息；
步骤S33：获取树种的特征信息，如结构特征、光谱特征等，得到树高、冠幅、种群分布特征、NDVI值，综合采用非监督分类以及监督分类等方法，进行树种分类和识别。
优选的，所述遥感卫星搭载的红外遥感器对目标区域的山火热点进行监测，识别火点并获取火点经纬度；所述直升机/无人机通过挂载的三维激光雷达扫描设备对试验区域输电线路走廊内植被进行自动识别与分类；所述电网在线监测装置对现场温度、湿度、风向、风速等微气象进行监测。
优选的，所述遥感卫星监测利用高/低轨遥感卫星对目标区域进行山火热点监测，高轨卫星每10分钟更新一次，低轨卫星根据过境时间实时监测，监测时间为当地防山火期内；所述直升机/无人机监测利用直升机或无人机等手段对电网110kV及以上输电线路通道1km范围内开展三维激光雷达扫描作业，监测时间为每年雨季后；所述电网在线监测装置依托安装在杆塔上的在线监测装置进行实时监测。
优选的，所述山火蔓延的参数输入到推演模块中进行模型计算是通过Rothermel模型和惠更斯模型计算山火蔓延速度和蔓延区域，所述Rothermel模型山火蔓延速度计算公式符合其中，R是山火蔓延速度，Ir是火焰区反应强度(千焦耳/分.米2)，是热通量比系数(无因次)，由经验公式确定，ρ是可燃物体密度(千克/米3)，ε是可燃物的有效加热系数(无因次)，Qig是点燃单位质量的可燃物所需的热量(千焦耳/千克)，是风速修正系数，是坡度修正系数；
所述惠更斯模型计算的原理是将山火蔓延区域看做是一个随时间变化的连续扩展的多边形，具体步骤如下：a)选取一个着火点，给定一个很短的时间，利用山火蔓延速度公式计算山火蔓延速度，从而确定初始火场的形状，由于时间很短，可以近似认为初始蔓延边界为一个圆形；b)在初始的火场边界上，选取一些控制点，作为下一个火势蔓延的起始点；c)选取一定的时间步长作为下次蔓延的时间，利用山火蔓延速度公式计算起始点的蔓延速度，从而计算出该时间步长后山火蔓延的位置；d)将这些点用曲线连接，以得出该段时间火势蔓延的新边界；e)重复以上步骤确定下个时间段山火蔓延区域。
优选的，所述山火发展趋势矢量图包括山火发展趋势的静态二维矢量图和动态二维图。
优选的，所述预警信息为电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
为达上述目的，本发明还提供一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警装置，包括
监测模块，包括遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置，用于对目标区域的火点、植被、微气象等因素进行监测；
接收模块，用于接收监测到的各数据；
数据处理模块，用于将得到的监测数据进行处理，得到影响山火蔓延的各类参数；
火势推演模块，用于将得到的参数进行模型计算，计算出火势蔓延速度，进而推演得到山火发展趋势矢量图，所述模型为Rothermel模型和惠更斯模型；
标识模块，用于根据得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS叠加分析，标识出预警信息；
发送模块，用于发送预警信息给移动终端，所述预警信息为电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
为达上述目的，本发明还提供一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，包括存储器，处理器，以及存储于存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
为达上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的有益效果：
(1)通过构建天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，可大大减少现场运维人员投入，扩大山火监测区域，快速预测山火发展趋势，为电网调整运行方式提供了宝贵时间。
(2)遥感卫星具有准实时、大范围特点，直升机/无人机具有高频次、高精度特点，在线监测装置监测具有全天候、准实时特点，可以为电网山火发展趋势提供客观、准确、稳定的数据来源。
附图说明
图1为本发明具体实施例1提供预警方法的整体流程图。
图2为本发明具体实施例2提供预警装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
图1为本发明天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法提供具体实施例1整体流程图。如图1所示，一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置联合对目标区域进行监测。
在本步骤中，利用高/低轨遥感卫星通过所搭载的红外遥感器对目标区域的火点位置、地形地貌进行监测，高轨卫星每10分钟更新一次，低轨卫星根据过境时间实时监测，监测时间为当地防山火期内；利用直升机/无人机等手段对电网110kV及以上输电线路通道1km范围内开展三维激光雷达扫描作业，通过挂载的三维激光雷达扫描设备对试验区域输电线路走廊内植被类型进行自动识别与分类，监测时间为每年雨季后；电网在线监测装置依托安装在杆塔上的在线监测装置对现场温度、湿度、风向、风速等微气象进行实时监测。
步骤S2：将监测的火点位置、植被种类、微气象数据通过无线传输方式传送至接收模块。
步骤S3：利用火点经纬度在全国地貌数据中标定目标区域，获取该位置影响山火蔓延的地面坡度和坡向；同时利用图像处理技术对植被种类进行识别。
在本步骤中，利用图像处理技术对植被种类进行识别时，首先，将目标区域内多光谱影像与激光雷达点云数据配准，得到绝对坐标系下配准精确的多光谱影像与激光雷达点云融合的数据，然后，多源数据融合，利用像元图像融合方法，采用HIS彩色变换，将遥感影像转换到数值彩色空间，同时将基于激光雷达点云数据提取的高分辨率DEM进行数值转换，转回到RGB彩色空间，得到丰富的光谱信息、纹理信息以及高度信息，最后，获取树种的特征信息，如结构特征、光谱特征等，得到树高、冠幅、种群分布特征、NDVI值，综合采用非监督分类以及监督分类等方法，进行树种分类和识别。
步骤S4：将步骤S2得到的微气象参数和步骤S3得到的坡度、坡向、植被种类等影响山火蔓延的参数输入到推演模块中进行模型计算，计算出火势蔓延速度，推演得到山火发展趋势矢量图。
在本步骤中，模型计算是通过Rothermel模型和惠更斯模型计算山火蔓延速度和蔓延区域，并得出1分钟、5分钟、10分钟及20分钟后山火的静态二维矢量图和动态的二维图形，也可根据山火蔓延速度更改时间设定值，并输出对应时间的山火趋势图形，其中Rothermel模型山火蔓延速度计算公式符合
其中，R是山火蔓延速度，Ir是火焰区反应强度(千焦耳/分.米2)，是热通量比系数(无因次)，由经验公式确定，ρ是可燃物体密度(千克/米3)，ε是可燃物的有效加热系数(无因次)，Qig是点燃单位质量的可燃物所需的热量(千焦耳/千克)，是风速修正系数，是坡度修正系数；
惠更斯模型计算的原理是将山火蔓延区域看做是一个随时间变化的连续扩展的多边形，具体步骤如下：a)选取一个着火点，给定一个很短的时间，利用山火蔓延速度公式计算山火蔓延速度，从而确定初始火场的形状，由于时间很短，可以近似认为初始蔓延边界为一个圆形；b)在初始的火场边界上，选取一些控制点，作为下一个火势蔓延的起始点；c)选取一定的时间步长作为下次蔓延的时间，利用山火蔓延速度公式计算起始点的蔓延速度，从而计算出该时间步长后山火蔓延的位置；d)将这些点用曲线连接，以得出该段时间火势蔓延的新边界；e)重复以上步骤确定下个时间段山火蔓延区域。
步骤S5：将步骤S4得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS系统进行矢量叠加，利用欧式距离公式获取某一时间段在山火蔓延区域边界1km范围内的110kV及以上输电线路详细信息，对可能遭受山火的电力设备进行预测，并形成预警信息，即电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
步骤S6：将预警信息发送至设备运维单位管理人员移动终端上。
实施例2
本实施例提供一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警装置，包括
监测模块，包括遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置，用于对目标区域的温度、植被情况、气象等因素进行监测；
接收模块，用于接收监测到各数据；
数据处理模块，用于将得到的监测数据进行处理，得到影响山火蔓延的各类参数；
火势推演模块，用于将得到的参数进行模型计算，计算出火势蔓延速度，进而推演得到山火发展趋势矢量图，所述模型为Rothermel模型和惠更斯模型；
标识模块，用于根据得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS叠加分析，标识出预警信息；
发送模块，用于发送预警信息给移动终端，所述预警信息为电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
实施例3
本实施例还提供一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，包括存储器，处理器，以及存储于存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
综上，本发明上述各实施例公开的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法、装置、系统及存储介质，通过构建天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，不仅大大减少现场运维人员投入，扩大山火监测区域，快速预测山火发展趋势，为电网调整运行方式提供了宝贵时间而且可以为电网山火发展趋势提供客观、准确、稳定的数据来源。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或更替，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：通过遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置联合对目标区域进行监测；
步骤S2：将监测的火点位置、植被种类、微气象数据通过无线传输方式传送至接收模块；
步骤S3：利用火点经纬度在全国地貌数据中标定目标区域，获取该位置影响山火蔓延的地面坡度和坡向；同时利用图像处理技术对植被种类进行识别；
步骤S4：将步骤S2得到的微气象参数和步骤S3得到的坡度、坡向、植被种类等影响山火蔓延的参数输入到推演模块中进行模型计算，计算出火势蔓延速度，推演得到山火发展趋势矢量图；
步骤S5：将步骤S4得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS系统进行矢量叠加，利用欧式距离公式获取某一时间段在山火蔓延区域边界1km范围内的110kV及以上输电线路详细信息，并形成预警信息；
步骤S6：将预警信息发送至设备运维单位管理人员移动终端上。
2.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述利用图像处理技术对植被种类进行识别，具体步骤如下：
步骤S31：将目标区域内多光谱影像与激光雷达点云数据配准，得到绝对坐标系下配准精确的多光谱影像与激光雷达点云融合的数据；
步骤S32：多源数据融合，利用像元图像融合方法，采用HIS彩色变换，将遥感影像转换到数值彩色空间，同时将基于激光雷达点云数据提取的高分辨率DEM进行数值转换，转回到RGB彩色空间，得到丰富的光谱信息、纹理信息以及高度信息；
步骤S33：获取树种的特征信息，如结构特征、光谱特征等，得到树高、冠幅、种群分布特征、NDVI值，综合采用非监督分类以及监督分类等方法，进行树种分类和识别。
3.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述遥感卫星搭载的红外遥感器对目标区域的山火热点进行监测，识别火点并获取火点经纬度；所述直升机/无人机通过挂载的三维激光雷达扫描设备对试验区域输电线路走廊内植被进行自动识别与分类；所述电网在线监测装置对现场温度、湿度、风向、风速等微气象进行监测。
4.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述遥感卫星监测利用高/低轨遥感卫星对目标区域进行山火热点监测，高轨卫星每10分钟更新一次，低轨卫星根据过境时间实时监测，监测时间为当地防山火期内；所述直升机/无人机监测利用直升机或无人机等手段对电网110kV及以上输电线路通道1km范围内开展三维激光雷达扫描作业，监测时间为每年雨季后；所述电网在线监测装置依托安装在杆塔上的在线监测装置进行实时监测。
5.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述山火蔓延的参数输入到推演模块中进行模型计算是通过Rothermel模型和惠更斯模型计算山火蔓延速度和蔓延区域，所述Rothermel模型山火蔓延速度计算公式符合其中，R是山火蔓延速度，Ir是火焰区反应强度(千焦耳/分.米2)，是热通量比系数(无因次)，由经验公式确定，ρ是可燃物体密度(千克/米3)，ε是可燃物的有效加热系数(无因次)，Qig是点燃单位质量的可燃物所需的热量(千焦耳/千克)，是风速修正系数，是坡度修正系数；
所述惠更斯模型计算的原理是将山火蔓延区域看做是一个随时间变化的连续扩展的多边形，具体步骤如下：a)选取一个着火点，给定一个很短的时间，利用山火蔓延速度公式计算山火蔓延速度，从而确定初始火场的形状，由于时间很短，可以近似认为初始蔓延边界为一个圆形；b)在初始的火场边界上，选取一些控制点，作为下一个火势蔓延的起始点；c)选取一定的时间步长作为下次蔓延的时间，利用山火蔓延速度公式计算起始点的蔓延速度，从而计算出该时间步长后山火蔓延的位置；d)将这些点用曲线连接，以得出该段时间火势蔓延的新边界；e)重复以上步骤确定下个时间段山火蔓延区域。
6.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述山火发展趋势矢量图包括山火发展趋势的静态二维矢量图和动态二维图。
7.如权利要求1所述的天空地联合的输电线路通道山火趋势预警方法，其特征在于：所述预警信息为电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
8.一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警装置，其特征在于：包括
监测模块，包括遥感卫星、直升机/无人机和电网在线监测装置，用于对目标区域的火点、植被、微气象等因素进行监测；
接收模块，用于接收监测到的各数据；
数据处理模块，用于将得到的监测数据进行处理，得到影响山火蔓延的各类参数；
火势推演模块，用于将得到的参数进行模型计算，计算出火势蔓延速度，进而推演得到山火发展趋势矢量图，所述模型为Rothermel模型和惠更斯模型；
标识模块，用于根据得到的山火发展趋势矢量图与电网GIS叠加分析，标识出预警信息；
发送模块，用于发送预警信息给移动终端，所述预警信息为电网输电线路即将受山火发展趋势影响的线路数量、线路名称和杆塔区段。
9.一种天空地联合的输电线路通道山火趋势预警系统，包括存储器，处理器，以及存储于存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至8中任一所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1至8中任一所述方法的步骤。
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