[发明专利]基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法

权利要求书

1.一种基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获取输电线路架设现场地形的高程图像、杆塔经纬度坐标、杆塔型号、当地气象数据；

步骤2、利用全球数字高程模型采集输电线路架设现场地区地理数据，经处理得到数字高程数据图：使用全球数字高程模型对输电线路所在地区的地理数据进行采集和处理分析，导出输电线路所在地区的地形数据图，对初始地形图像按照不同的海拔高度进行截取，获得不同高度对应的RGB图像,然后对图像进行灰度处理，将RGB图像转化为对应的灰度图像，将获得的地形数据灰度图像做进一步处理，得到拥有极高精度的地形对应的数字高程数据图；

步骤3、采用滑动式拉格朗日插值法建立输电线路架设现场地形的三维模型，结合输电线路的杆塔以及导线的简易三维模型，杆塔以及导线的简易三维模型按照采集得到输电线路每一基杆塔坐标及其按标号的连线代入到相应的输电线路架设现场地形的三维模型，得到输电线路整体的三维模型；

步骤4、用有限元分析软件对输电线路整体的三维模型进行风场仿真，得到复杂微地形的实际风速；

步骤5、采用支持向量机算法对大量的地区输电线路整体的三维模型和仿真结果学习、训练，构建支持向量机算法模型；支持向量机算法模型建立过程为：用大量的输电线路整体的三维模型和其对应的风场仿真结果作为训练集对支持向量机算法进行训练，构建出智能预测模型；再把一部分数据作为验证集，用于评估构建出的模型的一般错误率，并且基于验证集调整超参数，获得更优的智能预测模型；最后用新的输电线路整体的三维模型数据作为测试集，通过建立的智能预测模型得到风场预测结果，将该结果与实际的仿真结果进行对比分析，评估最终智能预测模型的准确率、敏感性结果；最终得到符合要求的支持向量机算法模型；

步骤6、通过支持向量机智能算法模型对目标地形的输电线路整体的三维模型进行风场结果预测，得到输电线路架设所在高度的实际风速；

步骤7、将风速结果代入输电线路风偏计算公式中得到风偏结果。

2.根据权利要求1所述的基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法，其特征在于，步骤3具体过程如下：按目标地区中的输电杆塔经纬度坐标来对已获取的数字高程数据图按照输电线路所在地形范围进行裁剪，裁剪得到的数字高程数据，其数据类型为栅格数据，每个数据点在经度和纬度方向上数据之间的距离为30m；因为获得的高程数据之间的间隔过大，需要对它进行拟合处理，将地形地理数据的经度和纬度作为自变量，对应的高程数据作为因变量，构造出地形上一点的经纬度坐标与其高程数据的函数关系式；然后采用滑动式拉格朗日插值法建立输电线路架设现场地形的三维模型；根据供电部门提供的实际导线数据绘制导线模型，再按照输电线路实际杆塔参数建立杆塔简易三维模型，杆塔所需要的重要参数有杆塔高度、横担长度和A、B、C三相挂点位置信息；最后将输电线路的杆塔和导线的简易三维模型按照实际地形中的位置放入输电线路架设现场地形的三维模型中，便得到输电线路整体的三维模型。

3.根据权利要求1所述的基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法，其特征在于，步骤4具体过程为：建立k-ε湍流模型，将获得的实际地形相应的输电线路整体的三维模型导入到k-ε湍流模型中，作为计算域的一侧边界，并设定为固体边界，定义计算域的一侧为入口边界，并设定为速度入口，同时在计算域的另一侧设定为出口边界，其他边界均设定为开放边界；在k-ε湍流模型的基础上，采用壁面函数对进壁面的气流进行处理；通过点取仿真结果图像上的某一点，得到该点仿真计算的结果。

4.根据权利要求1所述的基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法，其特征在于，构建好支持向量机算法模型后，将目标地区输电线路的整体三维模型导入支持向量机算法模型中智能预测出该三维模型的风场结果，得到目标地区输电线路架设所在高度的实际风速和风坡角。

5.根据权利要求1所述的基于高程图像的复杂微地形识别与输电线路风偏计算方法，其特征在于，虑到地形因素对风速影响的风偏角计算公式如下：

绝缘子串风偏角计算公式：

式中，为绝缘子串风偏角，为悬垂绝缘子串风压，为悬垂绝缘子串重力，为导线的风荷载，为导线自重力, 为杆塔水平档距，为杆塔垂直档距；

其中，悬垂绝缘子串风压公式：

式中，为线路设计高度h处的风速，为绝缘子串水平受风面积，为线路设计高度h处风坡角；

所述线路设计风速为：

式中，为10m处的基准风速，为地形修正系数，z为地形粗糙度指数，h为线路设计高度；

悬垂绝缘子串重力公式：

式中，为绝缘子串的质量，为绝缘子串竖直方向的受风面积，g为重力加速度；

导线风荷载公式：

式中，为电线风压不均匀系数，为电线体型系数，为风载荷调整系数，为电线外径，为电线覆冰厚度，为风力加速比，为风向与电线轴向间的夹角；

导线自重计算公式：

式中，为未考虑地形因素导线自身的自重力，为单位长度导线在竖直方向的受风面积；

导线风偏角计算公式：

式中，为导线风偏角，为导线自重比载，为导线风荷载比载。