一种计及环境高程的山火点与输电线路距离优化算法

摘要

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种计及环境高程的山火点与输电线路距离优化算法，包括：基于地理信息系统建立输电线路杆塔分布区域并划分大小相等的若干网格；对于每个火点遍历其所属网格，检索网格内是否有杆塔存在，以检索到的杆塔为中心，分别向两边检索得到左右两侧相邻杆塔，并获取相应位置与高程信息，分别获取该火点到两条输电线路段的最短距离，以及最短距离所对应的输电线路上最近距离点；考虑火点的高程和输电线路上最近距离点的高程，计算两者之间的欧式距离即为考虑了高程的火点与输电线路最短距离。本方法中充分考虑了山火与输电线路海拔高程，通过快速检索火点周边杆塔，既保证计算精确性，又避免了重复计算而影响效率。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种计及环境高程的山火点与输电线路距离优化算法。

背景技术

近年来，随着我国电网的迅速发展，规模不断扩大，越来越多输电线路跨越山火多发的林区、山区。加之近年来全球气候变暖，越来越容易发生连续高温晴天天气，加上人类工农业生产活动和旅游活动的影响，山火爆发次数呈现快速增长趋势，因山火引发的电力事故也有所增加，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，及时准确了解山火火点位置和距离输电线路的准确距离，对电网山火灾害防治与应急决策具有非常重要的意义。

目前，我国学者在电网山火定位、预警和告警等方面已经展开研究并取得一定成果，但在火点与输电线路距离计算方面多以平面坐标距离计算或地球近似球面距离计算为主。在实际情况下，需要预警和告警的山火距离输电线路比较近，一般不会超过3公里，此时地球球面对距离影响相对很小，但高程影响会非常大。例如火点与输电线路分处于山谷和山脊，虽然平面或球面经纬度距离可能并不大，但实际两者的空间距离会比较大，因此在计算火点与输电线路距离时有必要考虑高程因素。只有精准的山火与输电线路距离计算，对电网山火灾害防治和应急决策才有更直接的实际意义。

发明内容

针对上述问题，为了更加精确计算火点与输电线路的空间距离，本发明提出了一种计及环境高程的山火点与输电线路距离优化算法，包括：

步骤1：基于地理信息系统建立输电线路杆塔分布区域，将整个区域划分为大小相等的若干网格；

步骤2：获取山火火点位置信息后，在地理信息系统上定位山火火点位置，对于每个火点F首先遍历其所属网格，检索网格内是否有杆塔存在，若无杆塔则以该网格为中心向四周逐层扩大检索网格范围，直到在遍历范围内找到杆塔位置。

步骤3：对于检索到的杆塔记为G₀，然后以杆塔G₀为中心，分别向两边检索得到左右两侧相邻杆塔，分别记为G_L和G_R，并获取相应位置与高程信息，分别以两侧的杆塔G_L和G_R与杆塔G₀连线得到线路段L_L和L_R。

步骤4：针对火点F采用最近距离算法分别获取该火点到两条输电线路段L_L和L_R的最短距离，以及最短距离所对应的输电线路上最近距离点p_near；

步骤5：进一步考虑火点F的高程h_F和输电线路上最近距离点p_near的高程h_N，计算两者之间的欧式距离即为考虑了高程的火点与输电线路最短距离。

所述步骤4中的最短距离计算公式为：

$>D_{min}(p_F,S_L)=\underset{p_L\in S_L}{min}\left\{d(p_F,p_L)\right\}$>

式中：p_F为山火火点，S_L为输电线路段集合，p_L为输电线路上的某一点，d(p_F,p_L)为火点p_F与线路段p_L之间的距离。

所述距离d(p_F,p_L)可采用球面距离算法，具体公式为：

d(p_F,p_L)＝R×arccos[cosβ_Fcosβ_Lcos(α_F-α_L)+sinβ_Fsinβ_L]

式中：R为地球半径，β_F为火点纬度，β_L为输电线路段上点的纬度，α_F为火点经度，α_L为输电线路上点的经度。

所述步骤5中的欧式距离为：

$>l=\sqrt{d^2+{(h_N-h_F)}^2}$>

式中：d为山火火点到输电线路的平面或球面最短距离d，h_F为火点高程，h_N为输电线路段上点p_near的高程。

本发明方法提出了更精确的山火火点与输电线路距离计算方法，方法中充分考虑了山火与输电线路海拔高程，得出结果更符合实际应用场景。此外，计算时通过快速检索火点周边杆塔，并将杆塔向左右两侧各延伸一基杆塔形成线路段，既保证计算精确性，又避免了重复计算而影响效率。本发明方法特别适用于高低起伏较大的陡峻山区环境下，输电线路与火点距离计算，通过本方法电力企业管理人员和决策者能够更加精确判断火点相对于输电线路的距离以及影响，有助于迅速做出正确决策。

附图说明

图1是本发明提出的距离优化算法模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

本发明提出了一种计及环境高程的山火点与输电线路距离优化算法，如图1所示，包括：

1.建立输电线路地理分布网格

首先基于地理信息系统，将输电线路杆塔进行定位，建立输电线路杆塔总体分布区域，并且从中可以获取到杆塔的经纬度和高程信息。

然后将地理信息系统按照0.5km×0.5km的大小，将整个区域划分为大小相等的若干个网格，其中具体网格大小可以根据实际情况进行调整。

2.火点附近杆塔检索

当获得山火火点位置信息后，首先再地理信息系统上定位火点，将该火点记为F。

然后从火点所在网格开始，检索网格内是否存在杆塔，如果有则直接进行步骤3，如果没有杆塔则以该网格为中心，向四周扩展一层网格，继续检索杆塔，直至检索找到杆塔或超出限定最大网格距离为止，一般当距离火点3km以内未检索到杆塔，则认为火点附近没有杆塔，检索过程结束。

若在检索范围内检索到多基杆塔时，则一般对于属于同一条输电线路的杆塔选择距离山火点最近的一基杆塔作为初始杆塔G₀，火点与杆塔的距离可以先通过经纬度平面距离计算方法获取。对于不属于同一条输电线路的多基杆塔，可以按照每条线路选取距离火点最近的杆塔分布进行计算。

3.获得杆塔相邻线路段

一般情况火点与杆塔的最近距离不是火点与输电线路的最近距离，火点与输电线路的最近距离通常是在距离火点最近的两基杆塔线路段上。

因此，首先以步骤2获得的杆塔G₀为中心，分别向两边检索得到左右两侧相邻杆塔，分别记为G_L和G_R，并获取相应位置与高程信息。

然后分别以两侧的杆塔G_L和G_R与杆塔G₀连线得到线路段L_L和L_R。这样由G_L、G_R、G₀三基杆塔和L_L、L_R形成输电线路段集合S_L。

4.计算火点与输电线路的最短球面距离

首先，针对火点F采用最近(小)距离算法获取该火点到两条线路段L_L和L_R右的最短距离，具体公式算法为：

$>D_{min}(p_F,S_L)=\underset{p_L\in S_L}{min}\left\{d(p_F,p_L)\right\}$>

式中：p_F为山火火点，S_L为输电线路段集合，p_L为输电线路上的某一点，d(p_F,p_L)为火点p_F与线路段p_L间距离算法。

具体可通过计算机程序实现，通过计算机遍历算法遍历输电线路段集合S_L中的每个点p_L，针对每个点分别按照公式d(p_F,p_L)执行距离计算，从中获取距离火点最小的线路点，记为p_near。

其中所述的距离算法d(p_F,p_L)可采用球面距离算法，具体公式为：

d(p_F,p_L)＝R×arccos[cosβ_Fcosβ_Lcos(α_F-α_L)+sinβ_Fsinβ_L]

式中：R为地球半径，β_F为火点纬度，β_L为输电线路段上点的纬度，α_F为火点经度，α_L为输电线路上点的经度，

5.计算火点与输电线路的空间距离

通过步骤4得到山火火点到输电线路的平面(球面)最短距离d和输电线路上最近的点p_near，进一步考虑火点F的高程h_F和线路上最近距离点p_near的高程h_N，通过欧式距离算法获得两者之间的最近空间距离，具体公式如下：

$>l=\sqrt{d^2+{(h_N-h_F)}^2}$>

式中：d为山火火点到输电线路的平面(球面)最短距离d，h_F为火点高程，h_N为输电线路段上点p_near的高程。

通过以上步骤，得到的l即为考虑了高程的火点与输电线路最短距离。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。