输电线路山火卫星监测与告警算法研究

输电线路走廊附近的山火容易引起线路跳闸。使用卫星监测山火技术可及时发现输电线路山火,为现场处置提供指导。与大面积森林火灾不同,输电线路山火具有面积小、过火迅速等特点,监测的时空精度要求高,为此,文中提出一种基于卫星热点粗判、火点细判的综合阈值火点判识方法,可准确识别较小面积山火。为求取不同地理、气候、天气等条件下的判识阈值,提出相应的求取试验方法。针对火点与输电线路杆塔告警计算繁琐的问题,提出几种基于卫星监测火点的输电线路山火告警计算方法：圆形缓冲区法、邻近网格法和区域分块查找法。通过测试,几种方法运算速度比传统的遍历算法提高2～3倍,其中,速度相对最快的为区域分块查找法,其次为邻近网格法,再次为圆形缓冲区法。此外,区域分块查找法和临近网格法的数据存储更方便、高效。因此在实际应用中,推荐使用区域分块查找法或临近网格法。

输电线路山火故障风险评估模型及评估方法研究

输电线路山火故障与输电线路运行时的气象条件、人为因素等密切相关,近年来输电线路山火故障逐年增加。建立了输电线路山火故障跳闸风险评估模型,该模型包括输电线路走廊山火发生概率模型和山火条件下输电线路故障模型两部分。应用该模型,可以根据宏观气象条件预测山火引起的输电线路故障概率。可以在山火发生后,根据山火的蔓延模型预测输电线路山火故障风险随时间的变化情况。可以根据输电走廊及其附近的植被情况,计算火源点与输电线路山火故障风险之间的关系,并制定输电线路山火故障等级分布图。研究成果可用于制定输电线路山火故障预案和防灾减灾措施。

基于Himawari-8静止气象卫星的输电线路山火监测与告警技术

传统基于极轨卫星的输电线路山火监测技术受卫星过境时间的限制,无法实现对广域输电线路走廊进行24h不间断山火监测。为此,基于Himawari-8静止气象卫星提出了一种24h不间断输电线路山火监测与告警技术。为保证火点判识算法具有较高的准确率和良好的普适性,综合考虑太阳高度角、非植被像元和云像元对火点判识的影响,提出了一种基于自适应动态阈值的火点判识算法。另一方面,预先将输电线路杆塔信息和告警等级以网格形式进行储存以提高告警效率。一旦在网格内监测到火点,则自动向输电运维人员推送受影响的线路杆塔信息和告警等级。所提技术已应用于南方某省级电网输电线路山火监测系统,实现了全天时输电线路山火监测以及快速准确地发布告警信息,使得该电网连续3年(2017—2019)在用火高发的清明节期间未发生输电线路山火跳闸事故。

基于时空上下文的输电线路山火自动识别算法

传统极轨卫星观测频次低和观测时间固定,难以对一个区域进行实时监测。因此,基于Himawari-8(H-8)静止卫星提出了一种能持续监测输电线路山火的时空上下文火点自动识别算法。该算法首先根据中红外和热红外波段对火点的敏感度差异,采用固定阈值法快速实现绝对火点识别和潜在火点提取,然后在空间上利用中红外和热红外的通道值、平均值和标准差之间的比值关系对潜在火点进行细判。在时间上利用H-8的高观测频次并融合火点发生概率进行持续性火点识别。所提技术已应用于南方某省级电网输电线路山火监测,并且准确率达72.5%,漏报率为43.9%。监测结果明显优于固定阈值法与传统的上下文法。

架空输电线路山火同步卫星广域监测与杆塔定位

为克服现有极轨卫星输电线路山火监测系统存在卫星过境时间间隔长、扫描覆盖范围有限等不足,研究一种同步卫星输电线路山火广域监测方法。为精确捕捉卫星漂移信号,提出了一种卫星信号馈源阵列模块结构,求取了结构最优半径;提出了一种天线精准定位控制算法,实时自动补偿跟踪接收卫星信号,显著提高了同步卫星信号的跟踪精度;开发了同步卫星遥感弱信号高精度接收装置。应用表明,系统监测时间分辨率达10 min、监测范围广。为实现同步卫星弱信号火点准确判识与杆塔快速定位,研究了分区动态阈值火点判识及改进型火点杆塔定位算法。应用表明,该算法火点判识准确、杆塔定位速度快。研究结果适用于架空输电线路山火广域监测,显著提高了山火监控水平。

基于无人机三光吊舱的输电线路山火监测及预警算法研究

针对近年来山火频繁导致输电线路跳闸停电,在对比分析了现有的输电线路山火监测技术和预警算法的基础上,提出一种基于无人机三光吊舱的输电线路山火监测及预警算法。结合输电线路山火具有面积小、发展迅速以及伴随大量烟雾的特点,且对监测的时空精度要求高。首先,利用无人机搭载激光雷达探测器进行区域烟雾粗判。对于监测到烟雾的目标区域,再利用的无人机搭载红外线热像仪以及长焦相机等传统观测设备对目标区域进行火点细判。考虑到无人机的续航时间和预警计算时间的矛盾,采用基于无人机监测火点的输电线路山火预警计算方法 :圆形缓冲区法、邻近网格法和区域分块查找法。理论分析结果表明:基于无人机三光吊舱的区域烟雾粗判、目标区域火点细判可准确识别较小面积山火,区域分块查找法比较适合于实际的预警计算。