CN111143491A - 基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法、系统 - Google Patents

基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于数值天气预报信息的电网地理接线图处理与展示的方法，包括：S1：采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据；S2：特征提取所述S1中的所述气象数据；S3：将所述S2中的所述气象数据展示在地理接线图上。实现电网仿真数据与数值天气预报数据的互联，在电网地理接线图上可视化展示电力气象数据，提高气象数据和地理数据的可视性和网络共享性，方便电网运行方式人员根据气象数据编制运行方式和校核运行方式的电网仿真事件。

Description

基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法、系统
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法、系统。
背景技术
为保证电网安全、稳定、经济的运行，电网方式计算人员需要通过获取一系列安全运行规则作为电网安全运行知识，编制合理的运行方式，并对电网运行的隐患做出快速、准确地预警。在电力系统安全稳定分析中，绝大多数实测运行状态下电网能够安全稳定运行的，只有少数或是极端运行状态下电网无法安全稳定运行。为获取足够的数据，运行人员虽然也可以通过实际试验来判断一些运行状态下电网能否安全稳定运行，但代价太高、破坏性太大，而构建仿真环境来产生仿真计算大数据是最有效和可靠的方法。目前，许多电力系统仿真软件具有电网地理接线图工具，能够集成展示电网拓扑和仿真运算结果(潮流计算、暂态稳定计算和短路电流计算等)。但对于地理信息的获取和展示则受制于数据平台的封闭性与软件自身的兼容性，限制了电网信息的可视化。
现实的电力系统同复杂的甚至是不可预测的环境相联系。准确及时的气象预报信息，对电力调度生产运行有着重要的指导意义。当前大力发展新能源已经成为我国能源战略调整、转变电力发展方式的重要内容。风、光等气象资源的随机波动特性是制约新能源消纳的关键因素，大风、雷暴等气象灾害也是影响电网安全稳定运行的重要因素。电网系统从气象机构获取的气象预报信息，主要建立在公共气象服务的基础上，与电网实际需求差距巨大，例如观测站点远离电网输变电设备、仅关注常规气象要素、电力关键气象要素欠缺、预报数据的分辨率偏粗、未针对电网需求优化数值天气预报模式等。发展适合于电网应用的数值天气预报模式，使用大型计算集群求解离散化的大气运动原始方程组，为方程组输入基于观测的预报初始场和边界场，并添加各种微尺度物理过程参数化方案，再利用观测数据进行同化和订正，最终得到随时间演化的预报场数据。为了进一步提升新能源功率预测精度和电网气象灾害预警水平，减少气象灾害事故的影响范围，基于巨量的实测数据和仿真计算数据，有必要将时间、天气等非电气量维度和电网拓扑结构、潮流分布等电气量维度相结合，寻求它们与电网安全稳定之间的多元相关性，实现快速、准确地电网超前安全预警。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法，实现电网仿真数据与数值天气预报数据的互联，在电网地理接线图上可视化展示电力气象数据，提高气象数据和地理数据的可视性和网络共享性，方便电网运行方式人员根据气象数据编制运行方式和校核运行方式的电网仿真事件。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法，包括：
S1：采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据。
S2：特征提取所述S1中的所述气象数据。
S3：将所述S2中的所述气象数据展示在地理接线图上。
根据本发明的一个实施例，所述气象数据包括：云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据、辐照强度变量数据。
根据本发明的一个实施例，所述云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据分别包括时间维度变量数据、空间维度变量数据。
根据本发明的一个实施例，所述气象数据的文件格式为NetCDF格式。
根据本发明的一个实施例，所述S2中所述特征提取所述S1中的所述气象数据，包括：S21：将所述NetCDF格式的气象数据转化成.tif格式的气象数据。
S22：提取所述.tif格式的气象数据的特征。
本发明第二方面实施例提出的一种基于数值天气预报信息的地理接线图处理的系统，所述系统包括：
采集单元，用于采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据。
处理单元，用于特征提取所述采集单元中的所述气象数据。
显示单元，用于将所述处理单元中的所述气象数据展示在地理接线图上。
根据本发明的一个实施例，所述气象数据包括：云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据、辐照强度变量数据。
根据本发明的一个实施例，所述云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据分别包括时间维度变量数据、空间维度变量数据。
根据本发明的一个实施例，所述气象数据的文件格式为NetCDF格式。
根据本发明的一个实施例，所述处理单元包括：
转化模块，用于将所述NetCDF格式的气象数据转化成.tif格式的气象数据。
特征提取模块，用于提取所述.tif格式的气象数据的特征。
本发明达到的技术效果：本发明基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法、系统实现电网仿真数据与数值天气预报数据的互联，在电网地理接线图上可视化展示电力气象数据，提高气象数据和地理数据的可视性和网络共享性，方便电网运行方式人员根据气象数据编制运行方式和校核运行方式的电网仿真事件。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1是根据本发明实施例公开的基于数值天气预报信息的电网地理接线图处理与展示方法流程图；
图2(a)是根据本发明实施例公开的NetCDF数据的维数表图；
图2(b)是根据本发明实施例公开的NetCDF数据的变量表图；
图2(c)是根据本发明实施例公开的NetCDF数据的属性表图；
图3是根据本发明实施例公开的试验用数据云变量结构图；
图4(a)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的气温展示效果图；
图4(b)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的气压展示效果图；
图4(c)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的风速展示效果图；
图4(d)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的降水展示效果图；
图4(e)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的湿度展示效果图；
图4(f)是根据本发明实施例公开的试验用气象数据的辐照度展示效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本发明的实施例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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出一种基于数值天气预报信息的电网地理接线图处理与展示方法，方法100主要包括以下步骤：
S1：采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据。
在获取格式为NetCDF(network Common Data Format)的数值天气预报信息文件(文件后缀为.nc)后，由于每一个NetCDF文件都含括多维度的、具有名称的变量，包括长短的整数、单倍与双精度实字符等，且每一个变量都有其自我介绍资料，包括量度的单位、名字及意义等文说明，如图2所示。
对于应用在电力领域内的NetCDF数据,包含多个数据变量，如云、雨、湿度和压强等变量要素。每一个变量要素可分为多个维度，如时间维度、方向维度等。处理分割气象.nc数据，主要是基于GDAL对.nc数据天气预报信息的转化。GDAL(Geospatial DataAbstraction Library)是一个在X/MIT许可协议下的开源栅格空间数据转换库。它利用抽象数据模型来表达所支持的各种文件格式，另有一系列命令行工具来进行数据转换和处理。我们这里采用GDAL对NetCDF数据里面的信息进行快速查阅和浏览，提取NetCDF数据的类型及对应的变量名称。具体地，.nc数据集信息包括时间、变量、纵横向属性值、垂直向属性值信息等；在GDAL的抽象数据类型中，可以把这些信息存储为：时间维上某一变量的n层纵、横向数字图像信息，整个数据集是呈立体的分层存储。
图3列举的是数据集中云变量(以其中一个云变量QCLOUD为例)的结构图，在变量云的数据集中生成17个时段的数据，每个时段里包含了27个影像。这27个图像从低到高排列，代表不同高度云量信息(注：通过变量time可获取维度为17，此时17可以作为整个NetCDF数据中变量的通用常量；同理，若获取云变量的高度维数据后，亦可作为其他雨、雪、压强等高度常量)。
本次试验用数据云变量结构图利用gdal_translate.exe处理分割NetCDF数据，提取NetCDF数据天气预报信息的关键属性(风速、温度、压强、降水、辐照强度等)。
如果获取经纬度坐标信息之后，就发现NC数据并非等值存储；其实际图像必须经由如下校正。
S2：特征提取所述S1中的所述气象数据。具体地，包括：
S21：将所述NetCDF格式的气象数据转化成.tif格式的气象数据；
S22：提取所述.tif格式的气象数据的特征。通过超图服务SuperMapIserver6.0将.tif文件提取出为每个时刻的分层、分级的数字图像信息并分类展示出来，对于温度、压强、降水、辐照强度标量，实现等高线/等温线展示；对于风速等矢量，须动态标注其移动方向。
利用超图服务的后台接口和方法，读取上述的tiff的栅格数据。完成前后台的数据交互，将气象预报格点信息与超图SuperMap服务的地理信息结合起来，实现对全国气象的预报。
S3：将所述S2中的所述气象数据展示在地理接线图上。
在客户端数据的展示，将气象的气温、气压、降水、风速等要素信息分类展示，且解析来的气象数据可以滚动演示。效果图可以放大、缩小、拖动、定位，可以根据下面的图例查看具体某个地方在当前时间段的具体情况。并在特殊警告地区加上提示信息，以备用户参考。
具体地，以.NET为开发框架，C#为开发语言，Visual Studio 2008为开发平台，SuperMap iServer 6.0为地图引擎服务器开发电力气象服务系统，将合成地图应用在到电网地理接线图上，并实现放大、缩小、漫游和点查询功能。系统通过用户在客户端点击的操作，查询该点处的气象预报信息和地理信息，并把查询结果在浏览器中显示出来。
S4：后续需求调研及显示微调：将提取的数字图像信息，通过拉伸变换和颜色渲染，在地理图上进行展示，如图4所示，试验用气象数据展示效果图，依次是气温、气压、风速、降水、湿度和辐照度展示效果图。为气象预报提供更加真实的动态的立体分析效果，并持续关注用户需求，完善气象数据服务系统搭建。
本发明所提出的基于数值天气预报信息的电网地理接线图处理与展示的方法，涉及气象数据输入、处理和展示。其中，使用的原始气象数据为数字大气预报WRY(WeatherResearch and Forecasting)模式输出的NetCDF(Network Common Data Format)数据，由中国电科院数值天气预报中心提供；在数据中心的数据管理系统中，添加一个气象数据处理服务器，接受外部提供的电力气象数据，解析电力气象数据，接受用户的服务请求，为用户提供电力气象数据处理服务；最终将数据量极大的格点数据NetCDF进行可视化，与超图SuperMap结合，输出图形化预报结果，实现气象预报信息和地理信息的合并。全设计基于SuperMap的气象预报存线查询系统，提高气象预报信息的共享性，形象性，丰富性，方便预测气象因素对电力网络的影响。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，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，例如多个单元或模块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，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块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或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。
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(可为个人计算机、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、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.基于数值天气预报信息的地理接线图处理的方法，其特征在于，所述方法，包括：
S1：采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据；
S2：特征提取所述S1中的所述气象数据；
S3：将所述S2中的所述气象数据展示在地理接线图上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气象数据包括：云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据、辐照强度变量数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据分别包括时间维度变量数据、空间维度变量数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气象数据的文件格式为NetCDF格式。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述S2中所述特征提取所述S1中的所述气象数据，包括：
S21：将所述NetCDF格式的气象数据转化成.tif格式的气象数据；
S22：提取所述.tif格式的气象数据的特征。
6.基于数值天气预报信息的地理接线图处理的系统，其特征在于，所述系统包括：
采集单元，用于采集、分割与所述基于数值天气预报信息相关的气象数据；
处理单元，用于特征提取所述采集单元中的所述气象数据；
显示单元，用于将所述处理单元中的所述气象数据展示在地理接线图上。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气象数据包括：云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据、辐照强度变量数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述云变量数据、雨变量数据、湿度变量数据、压强变量数据分别包括时间维度变量数据、空间维度变量数据。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气象数据的文件格式为NetCDF格式。
10.根据权利要求6或9所述的系统，其特征在于，所述处理单元包括：
转化模块，用于将所述NetCDF格式的气象数据转化成.tif格式的气象数据；
特征提取模块，用于提取所述.tif格式的气象数据的特征。
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