【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统安全监测，尤其涉及一种基于地形分析的电线覆冰预警系统。
技术介绍
1、电线覆冰是电力系统中常见且危害严重的自然灾害，尤其在高山、丘陵等复杂地形区域更为突出，覆冰会显著增加电线的重量，导致电线弧垂加大，甚至因机械强度不足引发断线事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行，现有的覆冰监测与预警技术大多依赖于单点传感器或少量气象站的数据，无法全面反映目标区域内覆冰风险的空间分布特性，此外，复杂地形区域内的气象条件变化迅速，传统监测方法难以快速响应环境的实时变化，导致覆冰风险预警不及时或预测结果不准确。
2、目前，现有技术在以下几个方面存在不足：一是未充分结合复杂地形特征对覆冰风险进行细化分析，难以反映区域内的地形对局部气象条件的影响；二是缺乏高精度的微气候模拟手段，传统方法难以捕捉风速、温度和湿度等气象要素的精细分布；三是风险评估模型在构建时往往忽略了动态实时气象数据的输入与调整，模型预测的泛化能力较弱，适应性不足，因此，开发一种能够结合地形特征、实时气象数据和历史数据，进行高精度覆冰风险预测的预警系统，具有重要的实际意义和技术价值。
技术实现思路
1、基于上述目的，本专利技术提供了一种基于地形分析的电线覆冰预警系统。
2、一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，包括地形分析模块、微气候模拟模块、气象数据采集模块、覆冰风险评估模块、实时监测模块以及预警信息生成模块；其中：
3、地形分析模块：用于获取目标区域的数字高程模型数据，并基于该数字高
4、微气候模拟模块：基于地形特征数据，采用计算流体力学和数值天气预报模型，对目标区域进行微尺度的气候模拟，生成局部气象参数，包括精细化的风场、温度场和湿度场；
5、气象数据采集模块：用于在目标区域部署分布式气象传感器阵列，以采集目标区域的实时气象数据，包括温度、湿度、降水量和风速；
6、覆冰风险评估模块：基于地形特征数据、局部气象参数和历史覆冰数据，利用随机森林算法构建覆冰风险评估模型；
7、实时监测模块：接收气象数据采集模块提供的实时气象数据，将实时气象数据输入到已构建的覆冰风险评估模型中，进行实时的风险预测，输出覆冰厚度预测值；
8、预警信息生成模块：基于实时监测模块输出的风险预测结果，生成目标区域的预警信息。
9、可选的，所述地形分析模块包括数据获取单元、坡度计算单元、坡向计算单元、海拔计算单元、地形粗糙度计算单元以及特征整合单元；其中：
10、数据获取单元：用于通过卫星遥感数据源获取目标区域的数字高程模型数据，所述数字高程模型数据包括以网格形式表示的地表高程信息，并对所述数据进行格式转换和投影坐标校正，以确保数据精度；
11、坡度计算单元：基于数字高程模型数据的高程值变化，利用微分运算计算每个网格单元的坡度值，所述坡度值表示高程随水平距离变化的比率；
12、坡向计算单元：基于数字高程模型数据和坡度计算结果，计算每个网格单元的坡向值，所述坡向值表示坡面相对于北方向的方位角；
13、海拔计算单元：提取数字高程模型数据中每个网格单元的高程值，直接得到目标区域内各网格单元的海拔分布；
14、地形粗糙度计算单元：通过分析数字高程模型数据中局部高程的变化程度，计算目标区域内每个网格单元的地形粗糙度，所述地形粗糙度以网格单元周围高程变化的标准差表示；
15、特征整合单元：用于对坡度、坡向、海拔和地形粗糙度的计算结果进行整合，生成目标区域的地形特征数据。
16、可选的，所述微气候模拟模块包括网格划分单元、流体动力学求解单元、能量传递求解单元、水汽输送求解单元以及输出生成单元；其中：
17、网格划分单元：用于根据地形特征数据对目标区域进行网格划分，生成用于计算流体力学模拟的三维网格模型；
18、流体动力学求解单元：基于计算流体力学模型，利用雷诺平均纳维-斯托克斯方程组进行流体动力学求解，模拟目标区域内的气流分布，计算公式为：
19、，其中，为气体密度，和分别为气流在和方向的速度分量，为压力，为动力粘度，为体积力；通过迭代计算，获得目标区域的精细化风场分布；
20、能量传递求解单元：基于数值天气预报模型中的能量守恒方程，模拟目标区域内的温度场，计算公式为：，其中，为温度，为比热容，为热导率，为热源项；
21、水汽输送求解单元：基于水汽输送方程，模拟目标区域内的湿度场分布，计算公式为：，其中，为湿度，为水汽扩散系数，为水汽源项；
22、输出生成单元：将流体动力学求解单元、能量传递求解单元和水汽输送求解单元的计算结果整合，生成目标区域的局部气象参数，并以三维网格形式输出。
23、可选的，所述网格划分单元包括：
24、数据预处理：对地形分析模块提供的地形特征数据进行规范化处理，将高程值进行归一化处理，确保输入数据在统一尺度范围内；
25、地形复杂度分析：依据目标区域的地形粗糙度和坡度，对区域内的网格细化需求进行计算；
26、初始网格生成：基于目标区域的边界数据，采用四叉树划分算法生成初始规则网格，以将目标区域划分为若干初始正方形单元；
27、网格细化：根据地形复杂度分析结果，采用自适应网格细化方法对初始网格进行调整；对于粗糙度较大或坡度较高的区域，细化网格单元边长；对于地形变化较平缓的区域，保持初始网格单元的分辨率不变；
28、边界优化：对网格单元边界进行优化，采用德劳内三角化方法生成非结构化网格，以最小化三角形的最大角度；
29、网格验证与输出：验证网格单元的质量，在所有网格的形状因子满足质量阈值要求后，则将优化后的网格数据输出。
30、可选的，所述气象数据采集模块包括传感器选型单元、传感器布局单元、数据传输单元、传感器校准单元以及数据存储单元；其中：
31、传感器选型单元：用于在目标区域部署分布气象传感器阵列，每个传感器阵列均包括温度传感器、湿度传感器、降水量计和风速仪；
32、传感器布局单元，基于地形分析模块提供的地形特征数据，对目标区域进行划分，按照以下规则确定传感器的布设位置；
33、规则1，在坡度较高、粗糙度大的区域布置高密度的传感器阵列；
34、规则2，在地形平缓区域布置低密度的传感器阵列；
35、数据传输单元：用于将采集到的气象数据实时传输至系统的中央数据器，进行标准化；
36、传感器校准单元：用于对部署的传感器进行周期性校准，具体采用标准气象站或已知参考设备的数据对采集的温度、湿度、降水量和风速进行比对，调整传感器的测量偏差，确保采集数据的精度一致；
37、数据存储单元：用于对采集的气象数据进行分区域存储，每个区域的气象数据按照时间戳归档。
3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，包括地形分析模块、微气候模拟模块、气象数据采集模块、覆冰风险评估模块、实时监测模块以及预警信息生成模块；其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述地形分析模块包括数据获取单元、坡度计算单元、坡向计算单元、海拔计算单元、地形粗糙度计算单元以及特征整合单元；其中：
3.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述微气候模拟模块包括网格划分单元、流体动力学求解单元、能量传递求解单元、水汽输送求解单元以及输出生成单元；其中：
4.根据权利要求3所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述网格划分单元包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述气象数据采集模块包括传感器选型单元、传感器布局单元、数据传输单元、传感器校准单元以及数据存储单元；其中：
6.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述覆冰风险评估模块包括样本构建单元、模
7.根据权利要求6所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述模型训练单元具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述参数优化单元包括：
9.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述实时监测模块包括数据接收单元、数据预处理单元、特征匹配单元以及模型调用单元；其中：
10.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述预警信息生成模块包括风险分级单元、厚度分析单元、高风险点定位单元、信息整合单元以及预警信息输出单元；其中：
...【技术特征摘要】
1.一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，包括地形分析模块、微气候模拟模块、气象数据采集模块、覆冰风险评估模块、实时监测模块以及预警信息生成模块；其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述地形分析模块包括数据获取单元、坡度计算单元、坡向计算单元、海拔计算单元、地形粗糙度计算单元以及特征整合单元；其中：
3.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述微气候模拟模块包括网格划分单元、流体动力学求解单元、能量传递求解单元、水汽输送求解单元以及输出生成单元；其中：
4.根据权利要求3所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述网格划分单元包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于地形分析的电线覆冰预警系统，其特征在于，所述气象数据采集模块包括传感器选型单元、传感器布局单元、数据传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：周悦，周伶俐，任靖，刘柯，
申请(专利权)人：中国气象局武汉暴雨研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。