CN113781258A - 结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，涉及输电导线安全预警技术领域。包括如下步骤：建立输电导线数据库；在输电线杆塔上安装摄像装置，实时监控导线及通道状态，识别危险目标，对危险目标进行持续性观测；获取输电线周边气象数据，根据气象数据计算模拟导线最大弧垂；根据输电线周边气象数据及危险目标观测参数计算模拟危险目标的最大姿态偏差；根据模拟导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差进行导线气象周期内的安全预警。该方法仅利用导线三维位置数据、导线周边危险物的影像及气象数据，模拟计算导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差，进而进行导线气象周期内的安全预警，提高导线周边预警的可靠性。

Description

结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法
技术领域
本发明涉及输电导线安全预警技术领域，尤其是涉及一种结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法。
背景技术
随着电网覆盖范围的扩展，输电线路数量逐年增加，由于其具有分布范围广、传输距离远的特点，在运行中容易受到各种恶劣的外界环境影响发生事故。近年来随着城市建设发展，施工现场或人为活动产生外力破坏导致的输电线路跳闸事故明显增多。据统计在外力破坏故障原因中，超过八成是由大型机械和空中漂浮物等移动危险物引起的，这对整个电网的安全运行都造成了严重的威胁。
同时，近年来，全球环境破坏问题日益突出，气候变化明显，各类自然灾害事件发生的频度也在不断增加，气候变化、气象状况对电力设施、电网安全运行的影响日益突出。恶劣天气下，电网因风刮异物、雷击发生故障跳闸的频次增大，发生较大面积停电的可能仍然存在。电力设备作为重要的公共基础设施，是保障民生、促进经济社会发展的重要基础。据电力部门数据统计，自然灾害已成为影响电力系统安全稳定运行的第二大因素，仅次于设备自身故障。
因为外力破坏事故具有偶发性和不可预测性，传统的人工巡线已经无法有效保障输电线路的稳定安全运行。为此，需要对导线进行远程安全监测，同时要关注各个地理区域天气的实时状况，利用这些信息来对电网的运行状况进行分析，对未来一段时间的电网安全性、可靠性进行预测、监控、分析，对可能发生的电网故障有所准备。目前，国内对导线进行在线监测，利用监测数据和气象数据共同进行输电线路安全预警的研究较少。
为了保证输电线路防外力破坏预警可靠性的同时提高预警周期，并且通过计算降低人工采集数据的次数及不便，本文提出建立一种结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，实现输电线路运行环境的周期性安全预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，该方法能够保证输电线路防外力破坏预警可靠性的同时提高预警周期，并且通过计算降低人工采集数据的次数及不便。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
步骤(1)：建立输电导线数据库，
步骤(2)：在输电线杆塔上安装摄像装置，实时监控导线及通道状态，识别危险目标，对危险目标进行持续性观测，
步骤(3)：获取输电线周边气象数据，根据气象数据计算模拟导线最大弧垂，
步骤(4)：根据输电线周边气象数据及危险目标观测参数计算模拟危险目标的最大姿态偏差，
步骤(5)：根据模拟导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差进行导线气象周期内的安全预警。
所述步骤(1)具体包括：
步骤(1.1)：利用激光雷达对输电导线进行扫描，根据扫描的点云数据，计算输电导线的三维数据，导线三维数据用悬链线导线方程表示；
步骤(1.2)：获取输电导线坐落位置及关键点位置；
步骤(1.3)：基于输电导线三维数据及位置数据，建立输电导线数据库。
所述步骤(4)：具体包括：
步骤(4.1)：模拟危险目标的姿态，计算公式如下：
Figure BDA0003248233630000031
其中：wj表示危险目标姿态向量的输出，Tj表示危险目标相关参数的总输入向量，
Figure BDA0003248233630000032
表示将输入向量压缩至单位长度，对模长进行的约束则被表示为
Figure BDA0003248233630000033
总输入向量Tj的计算公式为：
Figure BDA0003248233630000034
Figure BDA0003248233630000035
Figure BDA0003248233630000036
其中：Vij表示权重矩阵，δi表示的是危险目标前一时刻的输出向量，cij表示的是在不断迭代时刻动态路由的过程中决策得到的耦合系数，所述时刻i与后一时刻的输出向量间的耦合系数总和为1，且bij的初始值为时刻i和时刻j耦合的对数先验概率，对数先验的特征则是其可以和不同的权重进行并行却又是有区别的学习；
步骤(4.2)：根据模拟危险目标的姿态输出向量，计算最大姿态偏差。
所述步骤(5)具体包括：结合导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差出现重叠的区域和时刻生成预警信息，进行预警。
本申请的有益效果有：该方法仅利用导线数据、气象数据及输电导线附近的影像数据，通过对计算方法的设计，保证输电线路防外力破坏预警可靠性的同时提高预警周期，并且通过计算降低人工采集数据的次数及不便。
附图说明
图1是结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法流程图。
具体实施方式
结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法具体可通过以下步骤实现：
步骤(1)：建立输电导线数据库；
步骤(1.1)：利用激光雷达对输电导线进行扫描，根据扫描的点云数据，计算输电导线的三维数据，三维数据主要用悬链线导线方程表示，计算过程如下：
Figure BDA0003248233630000041
其中，
σ0为电力线各点的水平应力(即最低点的应力)，单位为：N/mm2；
γ为电力线比载(即单位长度单位截面积上的载荷)，单位为：N/m*mm2；
ch为双曲余弦函数；
lOA为档距，表示挂点O和挂点A之间的水平距离，单位：m；
x为自变量，表示水平长度，单位：m；
z(x)为因变量，表示架空输电线某点的距地高度，是x的函数，单位：m。
通过输入参数计算σ0、γ、lOA这三个方程系数，则拟合出悬链线导线方程。
步骤(1.2)：获取输电导线坐落位置及关键点位置；
步骤(1.3)：基于输电导线三维数据及位置数据，建立输电导线数据库。
步骤(2)：在输电线杆塔上安装摄像装置，实时监控导线及通道状态，识别危险目标，对危险目标进行持续性观测。
步骤(2.1)：在杆塔统一位置安装摄像装置，实时监控导线及通道状态。
步骤(2.2)：根据监控影像识别危险目标。
步骤(2.2.1)：预先建立导线通道的危险区域范围，设定危险区域边界；
步骤(2.2.2)：实时处理监控影像，判断危险区域边界范围内是否出现危险目标；
步骤(2.2.3)：对出现危险目标的范围进行危险目标识别。
步骤(2.3)：对危险目标进行持续性观测，得到危险目标三维数据及危险目标移动速度参数。
步骤(3)：获取输电线周边气象数据，根据气象数据计算模拟导线最大弧垂。
步骤(3.1)：模拟工况的最大弧垂fmax，计算公式如下：
fmax＝Vγ*L2/(8*Vσ0*cos(β2)) (2)
其中，Vγ为模拟工况的导线比载，单位MPα/m，与模拟工况的气象条件有关；
L为档距，单位米；
Vσ0为弧垂最低点处的应力，单位MPα；
β2为高差角度，单位弧度。
步骤(3.2)：模拟工况最大弧垂临界温度应力γj计算公式如下：
γj＝γ1+γ1*α*10-6*E*103*(Tmax-Tice)*cos(β2)/Tσ0 (3)
其中，γ1为导线自重比载，单位N/(m·mm2)；
α为线膨胀系数，单位10-61/℃；
E为弹性模量，单位Gpa；
Tmax为最高气温，单位℃；
Tice为覆冰温度，单位℃；
β2为高差角度，单位弧度；
Tσ0为最高气温弧垂最低点处的应力，单位MPα。
通过对各参数的迭代计算计算出模拟工况最大弧垂临界温度应力γj。
步骤(3.3)：判断模拟工况最大弧垂的气象条件
其中，覆冰垂直总比载为γ3的计算公式如下：
γ3＝0.9*10-3*PI*g*Dice*(Dice+R)/S+γ1 (4)
PI为圆周率；
g为重力加速度；
Dice为覆冰厚度；
R为导线直径；
S为导线截面积；
γ1为导线自重比载。
步骤(3.4)：最高气温气象条件下计算最大弧垂；
当最大弧垂气象条件为“最高气温”时，令公式(2)中Vγ＝γ1，Vσ0＝Tσ0，来获取最大弧垂fmax。
其中，Tσ0为最高气温弧垂最低点处的应力，采用牛顿迭代法迭代计算Tσ0。
步骤(3.5)：覆冰无风气象条件下计算最大弧垂
当最大弧垂气象条件为“覆冰无风”时，令公式(1)中Vγ＝γ3，Vσ0＝ICEσ0，来获取最大弧垂fmax。其中，ICEσ0为覆冰无风弧垂最低点处的应力，计算其过程采用牛顿迭代法迭代计算。
步骤(3.6)：根据风向进一步计算最大弧垂；
风垂直导线分量计算公式为：
zv＝z|sin(β-α)|
线路走向夹角γ是导线和正北方向的夹角，风向和正北方向夹角为β。
步骤(4)：根据输电线周边气象数据及危险目标观测参数计算模拟危险目标的最大姿态偏差。
步骤(4.1)：模拟危险目标的姿态，计算公式如下：
Figure BDA0003248233630000071
其中：Wj表示危险目标姿态向量的输出，Tj表示危险目标相关参数的总输入向量，
Figure BDA0003248233630000072
表示将输入向量压缩至单位长度，对模长进行的约束则被表示为
Figure BDA0003248233630000073
总输入向量Tj的计算公式为：
Figure BDA0003248233630000074
Figure BDA0003248233630000075
Figure BDA0003248233630000076
其中：Vij表示权重矩阵，δi表示的是危险目标前一时刻的输出向量，cij表示的是在不断迭代时刻动态路由的过程中决策得到的耦合系数，所述时刻i与后一时刻的输出向量间的耦合系数总和为1，且bij的初始值为时刻i和时刻j耦合的对数先验概率，对数先验的特征则是其可以和不同的权重进行并行却又是有区别的学习；
步骤(4.1)：根据模拟危险目标的姿态输出向量，计算最大姿态偏差。
步骤(5)：根据模拟导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差进行导线气象周期内的安全预警。
结合导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差出现重叠的区域和时刻生成预警信息，进行预警。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，其特征在于：包括步骤：
步骤(1)：建立输电导线数据库；
步骤(2)：在输电线杆塔上安装摄像装置，实时监控导线及通道状态，识别危险目标，对危险目标进行持续性观测；
步骤(3)：获取输电线周边气象数据，根据气象数据计算模拟导线最大弧垂；
步骤(4)：根据输电线周边气象数据及危险目标观测参数计算模拟危险目标的最大姿态偏差；
步骤(5)：根据模拟导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差进行导线气象周期内的安全预警。
2.根据权利要求1所述的结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：
步骤(1.1)：利用激光雷达对输电导线进行扫描，根据扫描的点云数据，计算输
电导线的三维数据，导线三维数据用悬链线导线方程表示；
步骤(1.2)：获取输电导线坐落位置及关键点位置；
步骤(1.3)：基于输电导线三维数据及位置数据，建立输电导线数据库。
3.根据权利要求1所述的结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：
步骤(4.1)：模拟危险目标的姿态，计算公式如下：
Figure FDA0003248233620000011
其中：Wj表示危险目标姿态向量的输出，Tj表示危险目标相关参数的总输入向量，
Figure FDA0003248233620000021
表示将输入向量压缩至单位长度，对模长进行的约束则被表示为
Figure FDA0003248233620000022
总输入向量Tj的计算公式为：
Figure FDA0003248233620000023
Figure FDA0003248233620000024
Figure FDA0003248233620000025
其中：Vij表示权重矩阵，δi表示的是危险目标前一时刻的输出向量，cij表示的是在不断迭代时刻动态路由的过程中决策得到的耦合系数，所述时刻i与后一时刻的输出向量间的耦合系数总和为1，且bij的初始值为时刻i和时刻j耦合的对数先验概率，对数先验的特征则是其可以和不同的权重进行并行却又是有区别的学习；
步骤(4.2)：根据模拟危险目标的姿态输出向量，计算最大姿态偏差。
4.根据权利要求1所述的结合影像与气象数据进行输电导线安全预警的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：结合导线的最大弧垂及危险目标的最大姿态偏差出现重叠的区域和时刻生成预警信息，进行预警。
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