CN117725738A - 一种山区输电线路设计风速修正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种山区输电线路设计风速修正方法及系统,方法包括收集输电线路沿线基础数据资料;采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;基于数字地形,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。本发明在保证设计风速符合规程规范及工程安全的前提下,能够合理经济地确定输电线路设计风速,满足工程设计需要,节约工程投资。
Description
技术领域
本发明属于输电线路工程设计领域,涉及一种山区输电线路设计风速修正方法及系统。
背景技术
气象条件设计风速是影响输电线路工程造价的重要因素,输电线路工程设计中,设计风速太大直接影响工程的经济性,如果设计风速确定不合理,偏于保守,则工程造价高,不经济;反之,如果设计风速确定过小,则工程存在不安全因素甚至影响工程安全,严重影响工程本体安全。因此,合理确定设计风速是输电线路工程设计的重要前提。
风速受地形、地貌影响而呈现空间差异性,山区输电线路风速在经过屏蔽河谷、盆地、背风陡坡、背风缓坡、平坦、开阔地形、迎风缓坡、迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形等地貌单元时,更是差异显著。现行普遍做法是代表气象台站设计风速经过简单的线性折算得到山区线路设计风速,存在人为主观性较强,缺乏科学性,通常为了保证工程设计安全,人为的将设计风速结果取大,造成浪费,忽略了经济合理性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题,提供一种山区输电线路设计风速修正方法及系统,在保证工程安全的前提下,经济合理地确定山区输电线路设计风速。
为了实现上述目的,本发明有如下的技术方案:
第一方面,提供一种山区输电线路设计风速修正方法,包括:
收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
作为一种优选的方案,所述输电线路沿线基础数据资料包括代表气象站实测大风资料、风灾调查资料、已有输电线路设计与运行资料,以及地形资料;所述代表气象站实测大风资料的年限为连续观测30年及以上,且具有10min平均最大风速资料;所述地形资料数据精度不低于1km×1km。
作为一种优选的方案,在所述采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算的步骤中,代表气象站实测大风资料频率计算分布曲线为极值I型Gumbel分布;
Gumbel分布的概率密度函数为:
式中,μ是位置系数;β是尺度系数;
Gumbel分布参数估计,采用矩法估计作为初始值,人工适线作为最终成果值。
作为一种优选的方案,所述专家的工作年限为5年以上,具有中级及以上职称,专家人数不少于3人;专家中设立一人为组长,具有决定权;
所述对大风量级进行定性识别的步骤中,大风量级分为一般大风、较强大风、强大风、很强大风、特强大风,对应的风速分别为≤24m/s、25m/s~28m/s、29m/s~32m/s、33m/s~36m/s以及≥36m/s。
作为一种优选的方案,在所述提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数的步骤中,输电线路沿线海拔高度包括沿线海拔最低点、最高点及中间点,提取点数至少为代表气象站个数和的3倍以上;地形分别为屏蔽河谷、盆地、背风陡坡、背风缓坡、平坦、开阔地形、迎风缓坡、迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形,地形参数取值分别为-3、-2、-1、0、1、2、3和4,负值表示地形、地貌对风速有减弱效应,正值表示地形、地貌对风速有加强效应。
作为一种优选的方案,所述设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型以误差平方和最小作为参数取值依据,拟合线型包括指数函数、线性函数、对数函数、多项式函数以及幂函数;
误差平方和最小函数为:
式中,m表示样本个数;n表示地形特征参数因子个数;y表示代表气象站设计风速值;x表示地形特征参数因子;hθ表示拟合函数;
所述根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化的步骤中,极化点选取原则为迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形特征点;若存在地形突变点,极化模型采用两段式函数或三段式函数。
作为一种优选的方案,在所述根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并的步骤中,风速取值间隔为1m/s,满足相关规程规范要求。
第二方面,提供一种山区输电线路设计风速修正系统,包括:
基础数据资料收集模块,用于收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
代表气象站设计风速计算模块,用于采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
大风量级专家识别模块,用于基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
数字地形提取模块,用于基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
统计模型建立模块,用于根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
设计风速极化模块,用于根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
设计风速归并模块,用于根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
第三方面,提供一种电子设备,包括:存储器,存储至少一个指令;及处理器,执行所述存储器中存储的指令以实现所述的山区输电线路设计风速修正方法。
第四方面,提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的山区输电线路设计风速修正方法。
相较于现有技术,本发明至少具有如下的有益效果:
本发明山区输电线路设计风速修正方法同时兼顾专家知识和地形、地貌特征,在保证工程本体安全的前提下,将地形、地貌特征细化分类,消除人为主观因素不利影响。本发明方法根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型,再根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值,最后根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,从而确定出最终输电线路风速取值。本发明方法的计算过程简单,计算速度能够大大提高,并能够直接统计,满足批量数据计算需要,能更好的应用于工程设计,节约工时。本发明方法在保证设计风速符合规程规范及工程安全的前提下,最大程度上结合代表气象站设计风速取值、专家知识及地形地貌特征参数,能够做到简捷实用,合理经济地确定山区输电线路设计风速,满足工程设计需要,节约工程投资。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作以简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明部分实施例,对于本领域普通技术人员而言,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他相关的附图。
图1本发明实施例山区输电线路设计风速修正方法流程图。
具体实施方式
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还可以在没有做出创造性劳动的前提下获得其他实施例。
请参阅图1,本发明实施例山区输电线路设计风速修正方法,包括以下步骤:
S1、收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
S2、采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
S3、基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
S4、基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
S5、根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
S6、根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
S7、根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
在一种可能的实施方式中,步骤S1所述输电线路沿线基础数据资料包括代表气象站实测大风资料、风灾调查资料、已有输电线路设计与运行资料,以及地形资料;
进一步的,代表气象站实测大风资料,年限应为连续观测30年及以上,具有10min平均最大风速资料,代表气象站实测大风资料包括资料观测起止年限、气象站经纬度、气象站变迁历史、风标高度等基本信息,如发生迁站、风标高度改变、观测时距变化,需订正统一到10m高10min平均大风。
风灾调查资料包括风灾发生年份、经纬度、被调查人年龄、风灾发生程度等基本信息,并采用蒲福风力等级对被调查风灾情况进行风速换算。
地形资料数据精度应不低于1km×1km,地形资料数据采用地理信息系统软件进行处理。
在一种可能的实施方式中,在步骤S2中,代表气象站实测大风资料频率计算分布曲线为极值I型Gumbel分布;
Gumbel分布概率密度函数为:
式中,μ是位置系数;β是尺度系数;
Gumbel分布参数估计,采用矩法估计作为初始值,人工适线作为最终成果值。
在一种可能的实施方式中,步骤S3基于专家知识,综合已有输电线路设计资料、运行情况对山区大风量级进行定性识别;重点识别山顶、迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形特征点。
进一步的,专家应为工作经验丰富,工作年限5年以上,具有中级以上职称,专家人数不少于3人,专家设立一人为组长,具有决定权。
在一种可能的实施方式中,步骤S3在对大风量级进行定性识别时,大风量级应不少于5级,如地形条件复杂,可适当增加,反之则可适当减少,一般可分为一般大风、较强大风、强大风、很强大风、特强大风5级,对应风速相当于:小于等于24m/s,25m/s~28m/s、29m/s~32m/s、33m/s~36m/s、大于等于36m/s。
在一种可能的实施方式中,步骤S4对海拔高度提取可采用地理信息系统软件,包括沿线海拔最低点、最高点及中间点,提取点数至少为代表气象站个数和3倍及以上。
地形特征参数,可分为8类,分别为屏蔽河谷、盆地、背风陡坡、背风缓坡、平坦、开阔地形、迎风缓坡、迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形,地形参数取值取为-3、-2、-1、0、1、2、3和4,其中,取值为负值表示地形、地貌对风速有减弱效应,取值为正值表示地形、地貌对风速有加强效应。
在一种可能的实施方式中,步骤S5建立的设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型,以误差平方和最小作为参数取值依据,拟合线型可为指数函数、线性函数、对数函数、多项式函数、幂函数等。其中,误差平方和最小函数为:
在上式中,m表示样本个数;n表示地形特征参数因子个数;y表示代表气象站设计风速值;x表示地形特征参数因子;hθ表示拟合函数。
在一种可能的实施方式中,步骤S6根据专家知识,对建立的设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,极化点选取为迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形特征点,如地形差异显著,存在地形突变点,极化模型可采用两段式函数或三段式函数。
在一种可能的实施方式中,步骤S7在归并输电线路设计风速取值时,风速取值间隔为1m/s,向上取值以保障工程安全。
本发明另一实施例还提出一种山区输电线路设计风速修正系统,包括:
基础数据资料收集模块,用于收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
代表气象站设计风速计算模块,用于采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
大风量级专家识别模块,用于基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
数字地形提取模块,用于基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
统计模型建立模块,用于根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
设计风速极化模块,用于根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
设计风速归并模块,用于根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
本发明的另一实施例还提出一种电子设备,包括:存储器,存储至少一个指令;及处理器,执行所述存储器中存储的指令以实现所述的山区输电线路设计风速修正方法。
本发明的另一实施例还提出一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的山区输电线路设计风速修正方法。
本发明基于专家识别和数字地形的山区输电线路设计风速修正方法能够在保障工程本质安全的前提下较为合理地确定山区输电线路设计风速,从而为工程设计提供支持。本发明所提供的山区输电线路设计风速修正方法计算过程较为简捷,计算速度可以大大提高,并可以采用编程在电子表格中直接统计,能更好的应用于工程设计,节约工时。
相较于现有技术,本发明能够实现山区输电线路设计风速的确定,能够兼顾专家知识和地形、地貌特征,对设计风速倚地形、地貌统计模型进行极化,能够保障工程本质安全的前提下对山区设计风速进行合理确定,从而为工程设计提供较好的支持。
示例性的,所述存储器中存储的指令可以被分割成一个或多个模块/单元,所述一个或者多个模块/单元被存储在计算机可读存储介质中,并由所述处理器执行,以完成本发明山区输电线路设计风速修正方法。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机可读指令段,该指令段用于描述所述计算机程序在服务器中的执行过程。
所述电子设备可以是智能手机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括,但不仅限于,处理器、存储器。本领域技术人员可以理解,所述电子设备还可以包括更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是所述服务器的内部存储单元,例如服务器的硬盘或内存。所述存储器也可以是所述服务器的外部存储设备,例如所述服务器上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器还可以既包括所述服务器的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机可读指令以及所述服务器所需的其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
需要说明的是,上述模块单元之间的信息交互、执行过程等内容,由于与方法实施例基于同一构思,其具体功能及带来的技术效果,具体可参见方法实施例部分,此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
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,本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程,可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括:能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述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,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,包括:
收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
2.根据权利要求1所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,所述输电线路沿线基础数据资料包括代表气象站实测大风资料、风灾调查资料、已有输电线路设计与运行资料,以及地形资料;所述代表气象站实测大风资料的年限为连续观测30年及以上,且具有10min平均最大风速资料;所述地形资料数据精度不低于1km×1km。
3.根据权利要求1所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,在所述采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算的步骤中,代表气象站实测大风资料频率计算分布曲线为极值I型Gumbel分布;
Gumbel分布的概率密度函数为:
式中,μ是位置系数;β是尺度系数;
Gumbel分布参数估计,采用矩法估计作为初始值,人工适线作为最终成果值。
4.根据权利要求1所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,所述专家的工作年限为5年以上,具有中级及以上职称,专家人数不少于3人;专家中设立一人为组长,具有决定权;
所述对大风量级进行定性识别的步骤中,大风量级分为一般大风、较强大风、强大风、很强大风、特强大风,对应的风速分别为≤24m/s、25m/s~28m/s、29m/s~32m/s、33m/s~36m/s以及≥36m/s。
5.根据权利要求1所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,在所述提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数的步骤中,输电线路沿线海拔高度包括沿线海拔最低点、最高点及中间点,提取点数至少为代表气象站个数和的3倍以上;地形分别为屏蔽河谷、盆地、背风陡坡、背风缓坡、平坦、开阔地形、迎风缓坡、迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形,地形参数取值分别为-3、-2、-1、0、1、2、3和4,负值表示地形、地貌对风速有减弱效应,正值表示地形、地貌对风速有加强效应。
6.根据权利要求5所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,所述设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型以误差平方和最小作为参数取值依据,拟合线型包括指数函数、线性函数、对数函数、多项式函数以及幂函数;
误差平方和最小函数为:
式中,m表示样本个数;n表示地形特征参数因子个数;y表示代表气象站设计风速值;x表示地形特征参数因子;hθ表示拟合函数;
所述根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化的步骤中,极化点选取原则为迎风陡坡或顺风河谷、山顶及迎风喇叭口、极度加强风速的地形特征点;若存在地形突变点,极化模型采用两段式函数或三段式函数。
7.根据权利要求1所述的山区输电线路设计风速修正方法,其特征在于,在所述根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并的步骤中,风速取值间隔为1m/s,满足相关规程规范要求。
8.一种山区输电线路设计风速修正系统,其特征在于,包括:
基础数据资料收集模块,用于收集包括代表气象站实测大风资料在内的输电线路沿线基础数据资料;
代表气象站设计风速计算模块,用于采用数理统计方法对代表气象站实测大风资料进行频率计算;
大风量级专家识别模块,用于基于专家知识,综合输电线路沿线基础数据资料,对大风量级进行定性识别;
数字地形提取模块,用于基于数字地形,从输电线路沿线基础数据资料当中,提取输电线路沿线海拔高度及地形特征参数;
统计模型建立模块,用于根据对大风量级进行定性识别的结果,以及输电线路沿线海拔高度及地形特征参数建立设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型;
设计风速极化模块,用于根据专家知识,对设计风速倚海拔高度及地形参数统计模型根据地形风速取值进行极化,得到极化后的输电线路风速取值;
设计风速归并模块,用于根据规程规范,对极化后的输电线路风速取值进行归并,确定最终输电线路风速取值。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
存储器,存储至少一个指令;及
处理器,执行所述存储器中存储的指令以实现如权利要求1至7中任一项所述的山区输电线路设计风速修正方法。
10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的山区输电线路设计风速修正方法。
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CN202311722072.2A CN117725738A (zh) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 一种山区输电线路设计风速修正方法及系统 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202311722072.2A CN117725738A (zh) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 一种山区输电线路设计风速修正方法及系统 |
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