基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法及系统，涉及输电线路雪深监测领域。S1.获取数据，并对数据进行预处理；S2.基于数据同化算法获取雪深分布；S3.获取输电线路走廊雪深数据分布；S4.输电线路雪深预警。本发明专利技术获取了较高精度的输电线路走廊雪深分布情况，并依据运行建议对输电线路走廊雪深进行预警，达到实时精确地估算输电线路走廊积雪变化的目的，对最不利的输电线路冰雪情况进行预测。

Method and system of snow depth estimation and early warning for transmission corridor based on satellite remote sensing

The invention discloses a method and system for estimating and forecasting snow depth of transmission line corridor based on satellite remote sensing, and relates to the field of snow depth monitoring of transmission line. S1. Obtain the data and preprocess the data; S2. Obtain the snow depth distribution based on data assimilation algorithm; S3. Obtain the snow depth data distribution of transmission line corridor; S4. Early warning of transmission line snow depth. The invention obtains high precision snow depth distribution of transmission line corridor, and early warns snow depth of transmission line corridor according to operation suggestion, achieves the purpose of accurately estimating Snow Change of transmission line corridor in real time, and forecasts the worst snow and ice situation of transmission line.

【技术实现步骤摘要】
基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法及系统
本专利技术涉及输电线路雪深监测领域，尤其涉及一种基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法及系统。
技术介绍
我国是发生输电线路冰雪事故较多的国家之一，冰雪事故已严重威胁我国电力系统的安全运行，并造成巨大经济损失。冰雪对线路的危害包括过负荷、覆冰舞动、脱冰跳跃和绝缘子冰闪，这些危害会造成杆塔变形、倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故，从而导致大面积停电，且又因事故多发生在严冬季节，大雪封山，公路结冻，难于抢修，造成长时间停电。因此，输电线路冰雪灾害是许多国家电网系统所面临的严重威胁之一。影响输电线路冰雪灾害会随着地理、空间、时间变化而变化，且季节性强，分布广，难以获取各个参数的精确值。积雪覆盖、积雪深度是研究输电线路走廊积雪变化的重要因子，在现有技术和经济条件下还难以做到对所有输电线路走廊进行精确的雪深监测，因此，如何结合现有技术手段对电网输电线路走廊通道雪深尽可能精准的估算，并对可能影响电网安全运行的情况进行预警提示，是电网安全运行面临的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法及系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术所述基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法，所述方法包括：S1，获取目标电网的数据，并对数据进行预处理，得到MODIS和AMSR-E融合的无云积雪面积数据、气象站点数据的等积投影、电网微气象站点数据的等积投影；所述数据包括所述目标电网的气象站点数据、电网微气象站点数据、AMSR-E微波积雪雪深数据、MODIS积雪面积数据和数字高程模型数据；S2，获取雪深S21，建立虚拟站点，在网格化后的目标电网中建立虚拟站点，目标电网中已知气象站点的最小距离为Q，所述虚拟站点之间的距离及所述虚拟站点与网格化后的目标电网中已经气象站点之间的距离中最小距离为q，所述q大于等于Q；S22，将气象站点和虚拟站点联合，运用克里金插值获取插值雪深和均方根误差B，将插值雪深和均方根误差B的空间分辨率换成L1，同时，利用MODIS和AMSR-E融合的无云积雪面积数据对插值雪深进行遥感图像过滤处理后，将无积雪像元雪深赋值为0，得到雪深预测值Xb；S23.将Xb采用平均加权策略模拟得到空间分辨率为L2的模拟雪深H(Xb)；S24.将AMSR-E雪深数据作为观测雪深值Y0，并将观测雪深值Y0的空间分辨率转换成L2，利用公式(1)和公式(2)，计算并得到目标电网空间分辨率为L1的雪深空间分布；Xa＝Xb+K[Y0-H(Xb)](1)K＝BHT(HBHT+R)-1(2)其中：Xa为某个时间点整个研究区的雪深分析值；Xb为雪深预测值，即插值雪深；K为增益矩阵；Yo为观测雪深值；H表示观测雪深值与雪深预测值之间的函数关系；B为雪深预测值的误差协方差矩阵；R为雪深观测值的误差协方差矩阵；T为获取目标电网的数据的时间；S3，获取目标电网的输电线走廊雪深数据分布间分辨率为L1的雪深空间分布在GIS平台上网格化，然后将目标电网中所有杆塔定位叠加网格化后的GIS平台上，选取包含所有杆塔的网格，去除所选取网格外的所有雪深数据后，对所选取的网格进行平滑处理，得到输电线路走廊雪深分布空间；S4，任意一根杆塔的雪深预警设定雪深增量阈值ε和雪深阈值h；判断任意一根杆塔i的雪深是否满足公式(3)，如果是，则表示雪深增加并超过设定的阈值，对杆塔i进行预警；如果否，则继续判断下一根杆塔；其中，表示t0时刻杆塔i的估算雪深；表示杆塔i在与t0时刻相邻的t1时刻的估算雪深；S5，输电线路雪深预警将属于同一条输电线路上的杆塔进行整合，得到需要进行预警的输电线路，然后对需要预警的输电线路预警；所述空间分辨率为L1的取值范围为0～500m；所述空间分辨率为L2的取值范围为0～25km。。优选地，步骤S1中，所述预处理具体按照下述步骤实现：S11，对气象站点数据、电网微气象站点数据、AMSR-E微波积雪雪深数据、MODIS积雪面积数据和数字高程模型数据分别进行投影转换处理，转换为Lambert方位等积投影；S12，将等积投影后的MODIS积雪面积数据中的积雪数据，进行拼接、重新投影处理，得到空间分辨率为500m的积雪覆盖数据；S13，对等积投影后的气象站点数据、等积投影后的电网微气象站点数据进行计算得到每个气象站点和每个电网微气象站点的月平均雪深；S14，将等积投影后的AMSR-E微波积雪雪深数据中的雪水当量与等积投影后的MODIS积雪面积数据中的每月积雪产品合成数据、临近日分析数据、SNOWL去云判断数据、MODIS积雪面积数据进行合成，得到MODIS和AMSR-E融合的无云积雪面积数据。优选地，所述空间分辨率为L1的取值范围为500m；所述空间分辨率为L2的取值范围为25km。本专利技术实现输电线路走廊雪深估算与预警方法的系统，所述系统包括：数据获取模块、数据处理模块、分析模块和报警模块；所述数据获取模块，从数据库中提出目标输电线路相关的气象站点数据、电网微气象站点数据、AMSR-E微波积雪雪深数据、MODIS积雪面积数据和数字高程模型数据，并对得到的数据进行预处理；所述数据处理模块，采用数据同化算法处理预处理后的数据，得到目标电网空间分辨率为L1的雪深空间分布；所述分析模块：将得到的目标电网空间分辨率为L1的雪深空间分布进行空间分布处理，得到任意一条输电线路走廊上雪深的分布；所述报警模块：判断任意一根杆塔处的雪深是否超过预先设置的阈值，如果是，则发出报警信息。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对
技术介绍
中的技术问题，结合MODIS雪盖数据、AMSR-E数据、气象监测站数据和输电线路走廊微气象监测数据，通过在输电线路走廊内无雪区增加虚拟微气象站点的方式，运用克里金插值方法和数据同化算法对输电线路走廊最大雪深进行空间插值，获取了较高精度的输电线路走廊雪深分布情况，并依据运行建议对输电线路走廊雪深进行预警，达到实时精确地估算输电线路走廊积雪变化的目的，对最不利的输电线路冰雪情况进行预测。针对实际中气象资料插值产生的平滑效应、气象监测点分布不均匀以及遥感空间分辨率不足的问题，本专利技术采用中高分辨率成像光谱仪MODIS获取积雪数据，并与微气象监测数据、气象监测数据融合得到无云积雪面积数据，在此基础上在输电线路走廊内构建虚拟气象站，弥补了气象站点少且不均匀的不足。同时提出基于数据同化算法融合以气象观测资料为基础的克里金空间插值雪深、根据观测资料对融合结果进行验证分析，证明该方法能够有效地提高雪深估计精度。附图说明图1是本专利技术所述基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法的流程示意图；图2是图1中获取数据并对数据进行预处理的流程示意图；图3是图1中给予数据通话算法获取雪深分布的流程示意图；图4是图1中获取输电线路走廊雪深数据分布的流程示意图；图5是实施例中在获取杆塔所在网格时，采用的缓冲区网格示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以某省电力公司为例，对该省电网雪深进行估算，并对某条2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法，其特征在于，所述方法包括：S1，获取目标电网的数据，并对数据进行预处理，得到MODIS和AMSR‑E融合的无云积雪面积数据、气象站点数据的等积投影、电网微气象站点数据的等积投影；所述数据包括所述目标电网的气象站点数据、电网微气象站点数据、AMSR‑E微波积雪雪深数据、MODIS积雪面积数据和数字高程模型数据；S2，获取雪深S21，建立虚拟站点，在网格化后的目标电网中建立虚拟站点，目标电网中已知气象站点的最小距离为Q，所述虚拟站点之间的距离及所述虚拟站点与网格化后的目标电网中已经气象站点之间的距离中最小距离为q，所述q大于等于Q；S22，将气象站点和虚拟站点联合，运用克里金插值获取插值雪深和均方根误差B，将插值雪深和均方根误差B的空间分辨率换成L1，同时，利用MODIS和AMSR‑E融合的无云积雪面积数据对插值雪深进行遥感图像过滤处理后，将无积雪像元雪深赋值为0，得到雪深预测值Xb；S23.将Xb采用平均加权策略模拟得到空间分辨率为L2的模拟雪深H(Xb)；S24.将AMSR‑E雪深数据作为观测雪深值Y0，并将观测雪深值Y0的空间分辨率转换成L2，利用公式(1)和公式(2)，计算并得到目标电网空间分辨率为L1的雪深空间分布；Xa＝Xb+K[Y0‑H(Xb)]   (1)K＝BHT(HBHT+R)‑1   (2)其中：Xa为某个时间点整个研究区的雪深分析值；Xb为雪深预测值，即插值雪深；K为增益矩阵；Yo为观测雪深值；H表示观测雪深值与雪深预测值之间的函数关系；B为雪深预测值的误差协方差矩阵；R为雪深观测值的误差协方差矩阵；S3，获取目标电网的输电线走廊雪深数据分布空间分辨率为L1的雪深空间分布在GIS平台上网格化，然后将目标电网中所有杆塔定位叠加网格化后的GIS平台上，选取包含所有杆塔的网格，去除所选取网格外的所有雪深数据后，对所选取的网格进行平滑处理，得到输电线路走廊雪深分布空间；S4，任意一根杆塔的雪深预警设定雪深增量阈值ε和雪深阈值h；判断任意一根杆塔i的雪深是否满足公式(3)，如果是，则表示雪深增加并超过设定的阈值，对杆塔i进行预警；如果否，则继续判断下一根杆塔；...

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星遥感的输电线路走廊雪深估算与预警方法，其特征在于，所述方法包括：S1，获取目标电网的数据，并对数据进行预处理，得到MODIS和AMSR-E融合的无云积雪面积数据、气象站点数据的等积投影、电网微气象站点数据的等积投影；所述数据包括所述目标电网的气象站点数据、电网微气象站点数据、AMSR-E微波积雪雪深数据、MODIS积雪面积数据和数字高程模型数据；S2，获取雪深S21，建立虚拟站点，在网格化后的目标电网中建立虚拟站点，目标电网中已知气象站点的最小距离为Q，所述虚拟站点之间的距离及所述虚拟站点与网格化后的目标电网中已经气象站点之间的距离中最小距离为q，所述q大于等于Q；S22，将气象站点和虚拟站点联合，运用克里金插值获取插值雪深和均方根误差B，将插值雪深和均方根误差B的空间分辨率换成L1，同时，利用MODIS和AMSR-E融合的无云积雪面积数据对插值雪深进行遥感图像过滤处理后，将无积雪像元雪深赋值为0，得到雪深预测值Xb；S23.将Xb采用平均加权策略模拟得到空间分辨率为L2的模拟雪深H(Xb)；S24.将AMSR-E雪深数据作为观测雪深值Y0，并将观测雪深值Y0的空间分辨率转换成L2，利用公式(1)和公式(2)，计算并得到目标电网空间分辨率为L1的雪深空间分布；Xa＝Xb+K[Y0-H(Xb)](1)K＝BHT(HBHT+R)-1(2)其中：Xa为某个时间点整个研究区的雪深分析值；Xb为雪深预测值，即插值雪深；K为增益矩阵；Yo为观测雪深值；H表示观测雪深值与雪深预测值之间的函数关系；B为雪深预测值的误差协方差矩阵；R为雪深观测值的误差协方差矩阵；S3，获取目标电网的输电线走廊雪深数据分布空间分辨率为L1的雪深空间分布在GIS平台上网格化，然后将目标电网中所有杆塔定位叠加网格化后的GIS平台上，选取包含所有杆塔的网格，去除所选取网格外的所有雪深数据后，对所选取的网格进行平滑处理，得到输电线路走廊雪深分布空间；S4，任意一根杆塔的雪深预警设定雪深增量阈值ε和雪深阈值h；判断任意一根杆塔i的雪深是否满足公式(3)，如果是，则表示雪深增加并超过设定的阈值，对杆塔i进行预警；如果否，则继续...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹明德，原敏宏，罗永勤，武国亮，任学武，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司，国家电网公司，华大天元北京电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14