CN117688704A - 一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法及系统，涉及电力系统线路建模技术领域，包括采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集；筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型；调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型；通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输电线路的电力负荷率和热负荷数学模型；构建形态变化趋势图、线路形态热力图，利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作。本发明通过构建三维形态模型，提高可靠性和安全性，本发明在安全性、稳定性以及可靠性方面都取得更加良好的效果。

Description

一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统线路建模技术领域，具体为一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法及系统。

背景技术

电力系统的稳定性和效率依赖于对其组成要素的准确理解和模拟。近年来，随着计算技术和数据处理能力的提升，电力线路的三维形态模拟已成为电力工程领域的一个重要研究方向。传统的二维模拟方法，虽然在某种程度上提供了线路的视觉展示，但在真实地表现线路在复杂环境中的行为方面存在局限性。因此，三维模拟技术的发展成为了解决这一问题的关键。这项技术利用先进的计算模型，结合地理信息系统(GIS)、计算机辅助设计(CAD)以及其他三维建模工具，以实现更加精确和逼真的电力线路模拟。此外，随着物联网(IoT)技术的发展，传感器数据的集成提供了实时监测电力系统状态的可能，这为电力线路的三维模拟提供了更为丰富和实时的数据支持。

尽管现有的三维模拟技术在电力线路设计和分析方面取得了进展，但仍存在一些明显的不足。首先，现有技术在整合不同数据源，如电力系统负荷数据、环境数据及传感器数据方面往往较为分散，缺乏一个统一的框架来综合处理这些数据。其次，多物理场数据模型的耦合在许多现有系统中并不充分，导致模拟结果可能无法准确反映复杂工况下的实际情况。此外，现有模拟方法在可视化方面往往不够直观，缺乏有效的工具来展示线路状态随时间的动态变化。针对这些不足，我方发明提供了一个综合性的解决方案。通过采集并整合线路基础数据、物理场数据及传感器数据，我方发明不仅优化了数据处理流程，还增强了模拟的准确性和实时性。我方发明中的多物理场数据模型结合时间和空间关系进行耦合，提高了模拟的综合性和适应性，能够更准确地模拟电力线路在不同工况下的行为。此外，通过构建形态变化趋势图和线路形态热力图，以及利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作，我方发明显著提升了模拟结果的可视化效果，为用户提供了一个更为直观和互动的模拟平台。这些创新使我方的发明在电力线路模拟的精度、效率和用户体验方面均优于现有技术。

随着数据采集技术的不断进步，不同类型的数据集用于线路三维形态模拟，引入更多的物理模型真实地模拟线路的动态行为和响应。

典型工况的线路模拟需要大量的数据来进行模拟，且大部分数据不准确导致模型无法反映地形的复杂性和线路负荷的变化，缺少了模型的兼容，导致数据交换和协同的异常，增加了系统的负担和成本。

利用多种数据整合形成整体数据集，建立线路形态模拟模型和多物理场数据模型直观地观察线路的形态，利用模型接口兼容多种模型耦合，进行数据交换和协同。

发明内容

鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有的线路模拟方法存在准确率低，

兼容性低，数据交换和协同易异常，以及增加系统的负担和成本的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法，包括采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集；筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型；调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型；通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输电线路的电力负荷率和热负荷数学模型；构建形态变化趋势图、线路形态热力图，利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集包括输入线路的总长度、杆塔高度、导线类型、导线在各个杆塔的张力值、线路所在地区地理数值、工作条件下气象数据以及线路电力系统负荷数据；

所述导线类型包括裸导线、绝缘导线；

所述线路所在地区地理数值包括地形起伏、地面高程；

所述工作条件下的气象数据包括风速、温度、相对湿度；

所述线路电力系统负荷数据包括线路的负荷流量、功率因数；

调用线路数据库用于获取线路拓扑结构；

通过范围检查和逻辑关系的验证监测并删除线路基础数据的错误值，利用唯一标识符监测并删除重复线路基础数据的记录，匹配不同数据源的线路基础数据并进行字段映射，用于建立线路基础数据关联，根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，用于生成整体的数据集，并利用无线通信技术通过物联网平台传输至线路形态模拟中。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型包括线路形态模拟筛选数据集中线路所在地区地理数值、输入线路的总长度、杆塔高度以及导线类型确定地理坐标系以及线路在三维坐标系中坐标值，用于建立线路三维形态模拟模型；

所述线路三维形态模拟模型包括导线模型、杆塔模型、地线模型并建立三种模型连接关系。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型包括连接导线模型、杆塔模型、地线模型接口，在线路三维形态模拟模型中确定导线模型、杆塔模型、地线模型之间的连接点，利用三维坐标系标识连接点的位置，使用连接线段表示导线、杆塔和地线之间的连接关系，用于形成线路三维形态模拟模型；

所述连接关系包括悬垂式和耐张式。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型包括将共享物理数据从源头物理场传递到响应场，基于传递的物理数据更新响应场中物理数据，将响应场传递回源头物理场，更新源头物理场中与响应场有耦合关系的部分，不断迭代，直到收敛所需精度位置；

将物理场的解放到数学模型中进行整体求解，初始化温度数据物理场、湿度数据物理场以及气象耦合项的初值，根据温度数据物理场和湿度数据物理场的数据值迭代新的数据值，输出气象耦合项的值，表示为：

C＝f_c(F_a(A,B,C),F_b(A,B,C),c)

其中，C表示气象耦合项的值，F_a(A,B,C)表示温度数据物理场数据值，F_b(A,B,C)表示湿度数据物理场数据值，c表示气象耦合项的值，f(x)_c、F_a(x)、F_b(x)表示气象耦合项、温度数据物理场以及湿度数据物理场的非线性变化函数。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输出线路的电力负荷率和热负荷包括线路负荷分析调用数据集中线路电力系统负荷数据输出线路的负荷率，评估线路电力设备的使用情况，表示为：

其中，W表示相对负荷率，S表示实际负荷，L表示额定负荷，指线路额定负荷能力，调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理建立导线的热传导数学模型，表示为：

其中，T(x,t)表示导线在x处t时刻的温度，α表示导线的导热系数，ρ表示导线的密度，c表示导线的比热容，q表示单位时间内通过导线的热流量；

利用有限差分法将导线区域划分成小的网格单元，每个网格单元代表一个离散点，将热传导方程利用网格单元进行离散化，使用显式迭代方法计算不同时间点上的温度分布，表示为：

其中，T(i,j+1)表示下一个时间步的温度值，T(i,j)表示空间位置i和时间步j处的温度值，β表示热扩散系数，Δt表示时间步长，Δx表示空间步长。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的一种优选方案，其中：所述构建形态变化趋势图、线路形态热力图，利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作包括将线路形态的变化过程以及形态模拟过程通过动态画面展示，根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔，通过可触摸屏幕控制动态画面播放和暂停操作，构建形态变化趋势图，包括线路长度变化曲线、节点数量变化曲线以及连接强度变化曲线；

构建线路形态热力图，包括拓扑密度热力图、节点重要性热力图以及网络流热力图；

通过时间滑块选择特定的时间段，展示时间段内的线路形态并比较不同时间段的线路形态差异，连接硬件设备选择特定的地区和节点，用于在可视化界面中获取更多的线路形态数据。

本发明的另外一个目的是提供一种基于典型工况的线路三维形态模拟系统，其能通过构建线路三维形态模拟模型，解决了目前的线路模拟方法含有准确率低的问题。

作为本发明所述的基于典型工况的线路三维形态模拟系统的一种优选方案，其中：包括初始化模块，整体数据集构建模块，线路三维形态模拟模型构建模块，综合多物理场数据模型构建模块，电力负荷率模型构建模块，热传导模型构建模块，形态变化趋势图构建模块，线路形态热力图构建模块；所述初始化模块用于采集线路基础数据；所述整体数据集构建模块用于根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，输出整体数据集；所述线路三维形态模拟模型构建模块用于连接三种模型接口整合构建线路三维形态模拟模型；所述综合多物理场数据模型构建模块用于根据时间和空间关系耦合，构建综合多物理场数据模型；所述电力负荷率模型构建模块用于评估线路电力设备的使用情况；所述热传导模型构建模块用于调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理构建导线的热传导模型；所述形态变化趋势图构建模块用于根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔构建形态变化趋势图；所述线路形态热力图构建模块用于了解线路形态的稳定性和变化情况。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于典型工况的线路三维形态模拟方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于典型工况的线路三维形态模拟方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明提供的基于典型工况的线路三维形态模拟方法通过构建线路三维形态模拟模型，直观地观察线路的形态，有助于进行线路规划和设计工作，优化线路的布置，通过杆塔的位置、高度和间距参数，获得最佳的线路布置方案，有助于降低线路的成本、减少对环境的影响，并提高线路的可靠性和安全性，通过多种数据集成整体数据集进行线路三维形态模拟，综合考虑各种因素对线路形态的影响，更全面地了解线路形态的特点和限制，通过交互操作来进行分析和决策支持，有助于用户做出更准确的决策和优化策略，本发明在安全性、稳定性以及可靠性方面都取得更加良好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明第一个实施例提供的一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法的整体流程图。

图2为本发明第一个实施例提供的一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法的流程图。

图3为本发明第一个实施例提供的一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法的结构框图。

图4为本发明第三个实施例提供的一种基于典型工况的线路三维形态模拟系统的整体流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

实施例1

参照图1-图3，为本发明的一个实施例，提供了一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法，包括：

S1：采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集。

更进一步的，智能数据输入连接线路数据库结合物联网技术以及多种传感器，包括温度传感器、湿度传感器以及风速传感器，输入线路的总长度、杆塔高度、导线类型、导线在各个杆塔的张力值、线路所在地区地理数值、工作条件下气象数据以及线路电力系统负荷数据，其中导线类型包括裸导线、绝缘导线，线路所在地区地理数值包括地形起伏、地面高程，工作条件下的气象数据包括风速、温度、相对湿度，线路电力系统负荷数据包括线路的负荷流量、功率因数，调用线路数据库用于获取线路拓扑结构，以上输入数据统称线路基础数据。

应说明的是，通过范围检查和逻辑关系的验证监测并删除线路基础数据的错误值，利用唯一标识符监测并删除重复线路基础数据的记录，匹配不同数据源的线路基础数据并进行字段映射，用于建立线路基础数据关联，根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，用于生成一个整体的数据集，并利用无线通信技术通过物联网平台传输至线路形态模拟。

S2：筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型。

更进一步的，筛选整体数据集中所需数据，用于建立导线模型、杆塔模型、地线模型，并连接三种模型接口整合形成线路三维形态模拟模型。

应说明的是，线路形态模拟筛选数据集中线路所在地区地理数值、输入线路的总长度、杆塔高度以及导线类型确定地理坐标系以及线路在三维坐标系中坐标值，用于建立线路三维形态模拟模型，所述线路三维形态模拟模型包括导线模型、杆塔模型、地线模型并建立三种模型连接关系。

还应说明的是，调用数据集中相关导线参数数据，包括导线类型、导线在各个杆塔的张力值以及输电线路的总长度，根据实际线路形状和走向定义模型导线路径，利用直线段、折线段以及圆弧的几何元素近似描述导线形状并确定导线的起始点和终止点，根据线路拓扑结构数据确定导线之间的相对位置，其中，当导线之间有固定的空间间隔，根据导线类型和规范要求设置，当导线之间没有规定的空间间隔，根据实际情况设置，

更进一步的，调用数据集中相关杆塔参数数据，包括杆塔高度、杆塔类型以及杆塔高度，根据杆塔类型和参数定义杆塔模型形状，调用上一步骤线路数据结合实际情况，确定模型杆塔位置并利用坐标值和相对位置表示，根据实际线路结构和设计要求并调用线路拓扑结构，利用连接点以及连接线段确定杆塔之间的连接关系，包括导线连接点、地线连接点以及其他相关设备的固定点。

应说明的是，调用数据集中相关地线参数数据，包括地线的类型、长度以及材料根据地线参数定义地线模型的形状和位置，利用简化集合元素表示地线的路径和几何形状，简化集合元素包括点、线和体，通过坐标值和相对位置表示地线模型的位置，利用连接线段和引线段表示地线和导线之间的连接关系，包括水平间距和垂直间距。

还应说明的是，连接上述三种模型接口，在线路三维形态模拟模型中确定三种模型之间的连接点，利用三维坐标系标识连接点的位置，使用连接线段表示导线、杆塔和地线之间的连接关系，包括悬垂式和耐张式，用于形成线路三维形态模拟模型。

S3：调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型。

更进一步的，多物理耦合调用数据集种气象数据、温度数据和湿度数据整合成物理场数据，并根据时间和空间关系进行耦合，建立综合多物理场数据模型。

应说明的是，共享物理数据为温度和湿度，源头物理场为气象数据，响应场分别为温度数据和湿度数据，基于传递的物理数据更新响应场中与该物理数据相关部分，将新的响应场传递回源头物理场，并更新源头物理场中与响应场有耦合关系的部分，不断迭代以上步骤，直到收敛所需精度位置。

还应说明的是，根据不同的物理场之间的相互作用和影响建立相应的耦合关系模型，具体步骤为：将多个物理场的解放到一个大型的方程组并进行整体求解，初始化温度数据物理场、湿度数据物理场以及气象耦合项的初值，根据温度数据物理场和湿度数据物理场的当前数据值迭代新的数据值，并获取新的气象耦合项的值，表示为：

C＝f_c(F_a(A,B,C),F_b(A,B,C),c)

其中，C表示气象耦合项的值，F_a(A,B,C)表示温度数据物理场数据值，F_b(A,B,C)表示湿度数据物理场数据值，c表示气象耦合项的值，f(x)_c、F_a(x)、F_b(x)表示气象耦合项、温度数据物理场以及湿度数据物理场的非线性变化函数。

S4：通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输出线路的电力负荷率和热负荷数学模型。

更进一步的，线路负荷分析调用数据集中线路电力系统负荷数据计算线路的负荷率，用于评估线路电力设备的使用情况，表示为：

其中，W表示相对负荷率，S表示实际负荷，L表示额定负荷，指线路额定负荷能力，调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理建立导线的热传导方程，表示为：

其中，T(x,t)表示导线在x处t时刻的温度，α表示导线的导热系数，ρ表示导线的密度，c表示导线的比热容，q表示单位时间内通过导线的热流量，所述热传导原理由于物质内部分子之间的热运动引起，设置导线的边界条件，包括导线两端的温度、导线表面的对流换热系数以及环境温度，其中导线两端的温度为已知温度，导线表面的对流换热系数根据导线所处环节选择，设定导线各个部位的初始温度为均匀的，利用有限差分法对热传导方程进行离散化迭代计算，用于获取导线在不同时间点上的温度分布并分析导线的温度变化情况，用于评估导线的热负荷情况，所述有限差分法将导线区域划分成小的网格单元，每个网格单元代表一个离散点，将热传导方程利用网格单元进行离散化，使用显式迭代方法计算不同时间点上的温度分布，表示为：

其中，T(i,j+1)表示下一个时间步的温度值，T(i,j)表示空间位置i和时间步j处的温度值，β表示热扩散系数，Δt表示时间步长，Δx表示空间步长。

S5：通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输出线路的电力负荷率和热负荷数学模型。

更进一步的，多维度输出调用所有接口，用于建立多维度可视化界面，将线路形态的变化过程以及形态模拟过程通过动态画面展示，根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔，通过可触摸屏幕控制动态画面播放和暂停操作，建立形态变化趋势图，包括线路长度变化曲线、节点数量变化曲线以及连接强度变化曲线，其中线路长度变化曲线将线路的总长度随时间的变化绘制成曲线图，用于了解线路形态的扩张和收缩情况，节点数量变化曲线将线路的节点数量随时间的变化绘制成曲线图，用于了解线路形态的复杂度变化情况，连接强度变化曲线将线路的连接强度随时间的变化绘制成曲线图，用于了解线路形态的稳定性和变化情况，构成线路形态热力图，包括拓扑密度热力图、节点重要性热力图以及网络流热力图，其中拓扑密度热力图使用颜色编码表示每个地区或节点的拓扑密度，用于了解线路形态的空间分布规律，节点重要性热力图使用数字编码表示每个地区和节点的重要性，用于了解线路形态的空间分布规律，网络流热力图使用文字编码表示每个地区或节点的网络流量，用于了解线路形态的空间分布规律，通过时间滑块选择特定的时间段，用于展示该时间段内的线路形态并比较不同时间段的线路形态差异，连接硬件设备选择特定的地区和节点，用于在可视化界面中获取更多的线路形态数据。

实施例2

本发明的一个实施例，提供了一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。

首先，实验采用虚拟电力线路，包括导线、杆塔和地线的基础数据。首先，从电力系统数据库中收集线路的基础数据，包括线路的总长度、杆塔高度、导线类型、导线在各个杆塔的张力值、线路所在地区的地理数值(如地形起伏、地面高程)以及气象数据(如风速、温度、相对湿度)。

在数据收集后，进行数据清洗和处理，包括删除错误值、去除重复记录，并通过无线通信技术将数据传输至线路形态模拟系统。接下来，使用整合后的数据集构建导线、杆塔和地线的三维模型，并将这些模型通过接口整合，形成完整的线路三维形态模拟模型。

随后，调用整合后的数据集输出物理场数据，并根据时间和空间关系进行耦合，构建一个综合多物理场数据模型。这个模型包括线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及导线数据，用于输出线路的电力负荷率和热负荷数学模型。

最后，利用构建的模型生成线路的形态变化趋势图和线路形态热力图。通过时间滑块和硬件设备，操作可视化界面展示线路在不同工况下的行为。

表1实验结果表

通过以上表格数据的比较分析，可以明显看出，优化后的线路模型在不同环境温度条件下，展示了显著的性能改进。随着环境温度的升高，优化后的线路模型在导线温度和杆塔振动频率上表现出更好的稳定性。例如，当环境温度从30℃增加到45℃时，基准线路模型的导线温度升高了15℃，而优化后的线路模型3仅增加了5℃。这说明优化后的模型在高温条件下更能有效控制导线的温升，减少热应力，从而提高线路的安全性和可靠性。

在电力负荷率方面，优化后的线路模型能够在更高的负荷率下运行，这表明新模型能够更有效地分配和管理电力负荷，提高电力系统的运行效率。同时，热负荷的增加也表明优化后的模型能够更好地适应高负荷工况，进一步证明了模型的可靠性和稳定性。

实施例3

参照图4，为本发明的一个实施例，提供了一种基于典型工况的线路三维形态模拟系统，包括初始化模块，整体数据集构建模块，线路三维形态模拟模型构建模块，综合多物理场数据模型构建模块，电力负荷率模型构建模块，热传导模型构建模块，形态变化趋势图构建模块，线路形态热力图构建模.

其中初始化模块用于采集线路基础数据，整体数据集构建模块用于根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，输出整体数据集，线路三维形态模拟模型构建模块用于连接三种模型接口整合构建线路三维形态模拟模型，综合多物理场数据模型构建模块用于根据时间和空间关系耦合，构建综合多物理场数据模型，电力负荷率模型构建模块用于评估线路电力设备的使用情况，热传导模型构建模块用于调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理构建导线的热传导模型，形态变化趋势图构建模块用于根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔构建形态变化趋势图，线路形态热力图构建模块用于了解线路形态的稳定性和变化情况。

功能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，本发明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)执行本发明各个实施例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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于，包括：

采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集；

筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型；

调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型；

通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输出线路的电力负荷率和热负荷数学模型；

构建形态变化趋势图、线路形态热力图，利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作。

2.如权利要求1所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述采集线路基础数据，删除监测处理并合并输出整体数据集包括输入线路的总长度、杆塔高度、导线类型、导线在各个杆塔的张力值、线路所在地区地理数值、工作条件下气象数据以及线路电力系统负荷数据；

所述导线类型包括裸导线、绝缘导线；

所述线路所在地区地理数值包括地形起伏、地面高程；

所述工作条件下的气象数据包括风速、温度、相对湿度；

所述线路电力系统负荷数据包括线路的负荷流量、功率因数；

调用线路数据库用于获取线路拓扑结构；

通过范围检查和逻辑关系的验证监测并删除线路基础数据的错误值，利用唯一标识符监测并删除重复线路基础数据的记录，匹配不同数据源的线路基础数据并进行字段映射，用于建立线路基础数据关联，根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，用于生成整体的数据集，并利用无线通信技术通过物联网平台传输至线路形态模拟中。

3.如权利要求2所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型包括线路形态模拟模块筛选数据集中线路所在地区地理数值、输入线路的总长度、杆塔高度以及导线类型确定地理坐标系以及线路在三维坐标系中坐标值，用于建立线路三维形态模拟模型；

所述线路三维形态模拟模型包括导线模型、杆塔模型、地线模型并建立三种模型连接关系。

4.如权利要求3所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述筛选整体数据集构建导线模型、杆塔模型、地线模型，连接接口整合构建线路三维形态模拟模型包括连接导线模型、杆塔模型、地线模型接口，在线路三维形态模拟模型中确定导线模型、杆塔模型、地线模型之间的连接点，利用三维坐标系标识连接点的位置，使用连接线段表示导线、杆塔和地线之间的连接关系，用于形成线路三维形态模拟模型；

所述连接关系包括悬垂式和耐张式。

5.如权利要求4所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述调用数据集整合输出物理场数据，根据时间和空间关系进行耦合，构建综合多物理场数据模型包括将共享物理数据从源头物理场传递到响应场，基于传递的物理数据更新响应场中物理数据，将响应场传递回源头物理场，更新源头物理场中与响应场有耦合关系的部分，不断迭代，直到收敛所需精度位置；

将物理场的解放到数学模型中进行整体求解，初始化温度数据物理场、湿度数据物理场以及气象耦合项的初值，根据温度数据物理场和湿度数据物理场的数据值迭代新的数据值，输出气象耦合项的值，表示为：

C＝f_c(F_a(A,B,C),F_b(A,B,C),c)

其中，C表示气象耦合项的值，F_a(A,B,C)表示温度数据物理场数据值，F_b(A,B,C)表示湿度数据物理场数据值，c表示气象耦合项的值，f(x)_c、F_a(x)、F_b(x)表示气象耦合项、温度数据物理场以及湿度数据物理场的非线性变化函数。

6.如权利要求5所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述通过线路电力系统负荷数据、传感器温度数据以及数据集中导线数据，输出线路的电力负荷率和热负荷包括线路负荷分析调用数据集中线路电力系统负荷数据输出线路的负荷率，评估线路电力设备的使用情况，表示为：

其中，W表示相对负荷率，S表示实际负荷，L表示额定负荷，指线路额定负荷能力，调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理建立导线的热传导数学模型，表示为：

其中，T(x,t)表示导线在x处t时刻的温度，α表示导线的导热系数，ρ表示导线的密度，c表示导线的比热容，q表示单位时间内通过导线的热流量；

利用有限差分法将导线区域划分成小的网格单元，每个网格单元代表一个离散点，将热传导方程利用网格单元进行离散化，使用显式迭代方法计算不同时间点上的温度分布，表示为：

其中，T(i,j+1)表示下一个时间步的温度值，T(i,j)表示空间位置i和时间步j处的温度值，β表示热扩散系数，Δt表示时间步长，Δx表示空间步长。

7.如权利要求6所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法，其特征在于：所述构建形态变化趋势图、线路形态热力图，利用时间滑块和硬件设备对可视化界面进行操作包括将线路形态的变化过程以及形态模拟过程通过动态画面展示，根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔，通过可触摸屏幕控制动态画面播放和暂停操作，构建形态变化趋势图，包括线路长度变化曲线、节点数量变化曲线以及连接强度变化曲线；

构建线路形态热力图，包括拓扑密度热力图、节点重要性热力图以及网络流热力图；

通过时间滑块选择特定的时间段，展示时间段内的线路形态并比较不同时间段的线路形态差异，连接硬件设备选择特定的地区和节点，用于在可视化界面中获取更多的线路形态数据。

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的系统，其特征在于：包括初始化模块，整体数据集构建模块，线路三维形态模拟模型构建模块，综合多物理场数据模型构建模块，电力负荷率模型构建模块，热传导模型构建模块，形态变化趋势图构建模块，线路形态热力图构建模块；

所述初始化模块用于采集线路基础数据；

所述整体数据集构建模块用于根据字段映射，将不同数据源的线路基础数据进行连接合并，输出整体数据集；

所述线路三维形态模拟模型构建模块用于连接三种模型接口整合构建线路三维形态模拟模型；

所述综合多物理场数据模型构建模块用于根据时间和空间关系耦合，构建综合多物理场数据模型；

所述电力负荷率模型构建模块用于评估线路电力设备的使用情况；

所述热传导模型构建模块用于调用传感器温度数据以及数据集中导线数据，根据热传导原理构建导线的热传导模型；

所述形态变化趋势图构建模块用于根据时间步长和空间步长确定动态画面帧数和帧间隔构建形态变化趋势图；

所述线路形态热力图构建模块用于了解线路形态的稳定性和变化情况。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的步骤。

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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于典型工况的线路三维形态模拟方法的步骤。