基于多源数据的林区电力走廊安全风险评估方法

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大型输电网是构筑国家经济发展的重要脉络,国家电网中高压电力线路分布范围非常广泛,但是野外架空电力线路周围空间内常存在着影响线路稳定运行的各种灾害与风险。诸如山林火灾、邻近线路生长的植被都可以轻易地造成输电故障。林区电力走廊中,火灾是电力线和植被之间相互影响的一个重要因素,无论是山火邻近还是输电线触及植被放电导致火灾,总是会给输电系统的正常运行带来影响。一方面,由于森林植被和线路不足百米,火灾对输电系统带来很大的不利影响——火灾发生后,轻则因烟雾颗粒导致线路故障停运,重则毁坏塔基或者使塔架变形造成严重事故。另一方面,随着输电线路附近植被生长,输电设备与森林植被之间的距离不断减小,一旦遭遇强风、覆冰等灾害气象导致树木弯曲、折断或倾倒,容易因接触导线放电而形成火源,反招致重大森林火灾,给电网带来更严重的威胁和隐患。本文将野外林区高压电力走廊(通道/廊道)看作是一个由架空输电线路、地形地表、表面植被以及其他物体分布形成的在一定宽度(2-3km)范围内的条带状长廊区域,论述了利用多类型遥感和监测手段进行电力走廊特定风险预测评估的研究思路和理论基础,研究了应用多源数据对电力走廊及其周边山火风险及植被隐患进行精确分析及评估预警的有关技术和方法。此外,由于常规的植被障碍安全巡检面向所有线路展开,范围广、任务重,在时间和资源有限的情况下,难以做到合理高效的调配、保质保量地完成所有区域巡检任务。对此,本文认为可以参考中等尺度下的灾害风险等级评估为大量的植被常规巡检任务做出科学规划,针对不同风险(如山火、大风等)分别施策,保证高风险区域优先巡检、其他区域分级逐步实施,将电力走廊风险评估数据应用于中小尺度上的电力走廊山火风险精细防范,服务于电网安全建设,提高巡线的针对性和系统效率,为电网输电线路灾害维护提供相应的数据支持和建议。本文以电力走廊山火风险和植被障碍风险为研究对象,基于多源遥感与气象监测数据,深入探索了山火风险和植被障碍风险等级评估方法,进行了电力走廊内单条线路的高等级火险区段和单个档内植被障碍风险评估与检测,并依据风险等级和风险位置进行电力走廊安全预警,为高压电力走廊安全管理提供精确的数据支撑,为电力走廊灾害防范与风险控制提供决策支持。具体的内容包括以下几个方面:(1)面对林区电力走廊周边山火多发的情况,为了精确评估山火发生风险、获取精细化火险预警数据,增强输电线路安全隐患巡检的目标针对性,实现智能化和有针对性的线路巡检,综合深入地研究了长区块、大范围电力走廊区域的山火风险等级评估方法。从影响火险的各种因素出发,详细分析了地表植被状况以及地形、人文、季节、气象等因素及其与山火发生的相关性,设计并建立了电力走廊火险指数(PC-FRI)和相应的火险等级评价体系,以判定输电线所受山火威胁较高的区段和时间段,从而确定需要紧急巡检的高风险区段,为进一步的电力走廊常规巡检提供更精确的数据,为植被障碍重大风险点预警奠定基础。(2)为了提升无人机激光雷达巡线数据处理的效率和效果,提高相应处理的自动化水平,在高压电力走廊山火风险分析的基础上,利用无人机载激光雷达系统采集高等级火险区段巡线数据,研究了高效自动化的高压输电对象快速提取方法。首先结合空间哈希结构优化点云存储与管理,将点云分层分块管理,从而利用基于分层网格化数据的局部分布特性和输电目标本体结构特性提取电力目标,提高了目标提取精度和效率。在此基础上,对获取的高压电力线、电塔以及植被等目标,重建其在电力走廊场景中的三维模型,构建三维目标的地理空间对象关系。(3)面对电力走廊中的树线矛盾问题,即输电线周围树木生长或侧向弯倒对输电系统稳定运行造成的安全隐患问题,在微小尺度上针对高压电力走廊中火险等级较高的区段,通过无人机LiDAR数据提取的三维目标来精确评估植被障碍风险状态。研究了基于LiDAR数据的“由粗到精”的植被障碍风险点检测方法和基于植被生长状态的植被隐患风险动态评估预警方法。最后以广东省韶关供电局部分高压线路走廊区域为例验证了本文方法和模型应用的有效性。
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