基于多源數(shù)據(jù)的林區(qū)電力走廊安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

張睿卓

武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

大型輸電網(wǎng)是構(gòu)筑國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要脈絡(luò)，國家電網(wǎng)中高壓電力線路跨越了廣泛的區(qū)域，但是野外架空電力線路周圍空間內(nèi)常存在一些影響線路穩(wěn)定運(yùn)行的災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)。諸如山林火災(zāi)、鄰近生長的植被都可以輕易地造成輸電故障。林區(qū)電力走廊中，火災(zāi)是電力線和植被之間相互作用、相互影響的一個(gè)重要媒介，無論是自然臨近山火還是雷擊或輸電線觸及植被放電導(dǎo)致火災(zāi)，總是會(huì)影響輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。論文將野外林區(qū)高壓電力走廊(通道、廊道)看作由架空輸電線路、植被、地形地表及其他物體所組成，具有一定寬度(2～3 km)范圍的條帶狀長廊區(qū)域，面向林區(qū)電力走廊自然災(zāi)害與安全風(fēng)險(xiǎn)，以電力走廊山火和植被障礙為研究對(duì)象，論述了利用多類型遙感監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行電力走廊特定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究思路和理論基礎(chǔ)，探索了不同尺度下應(yīng)用多源數(shù)據(jù)對(duì)電力走廊山火及植被隱患進(jìn)行精確風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警的相關(guān)技術(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)了電力走廊單條線路高等級(jí)火險(xiǎn)區(qū)段精確識(shí)別和單個(gè)檔內(nèi)植被障礙風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警。具體內(nèi)容如下。

(1) 面對(duì)林區(qū)電力走廊周邊山火多發(fā)的情況，為了精確評(píng)估山火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，獲取精細(xì)化火險(xiǎn)預(yù)警數(shù)據(jù)，增強(qiáng)輸電線路安全隱患巡檢的目標(biāo)針對(duì)性，實(shí)現(xiàn)智能化和有針對(duì)性的線路巡檢，提出并構(gòu)建了長區(qū)塊、大范圍電力走廊區(qū)域的火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估方法。從影響火險(xiǎn)的各種因素出發(fā)，基于多源遙感與氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳細(xì)分析了地表植被狀況以及地形、人文、季節(jié)、氣象等因素及其與山火發(fā)生的相關(guān)性，設(shè)計(jì)并建立了具有良好適應(yīng)性的電力走廊火險(xiǎn)指數(shù)(PC-FRI)和相應(yīng)的火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)體系，從而判定輸電線所受山火威脅較高的區(qū)段和時(shí)間段，識(shí)別需要緊急巡檢的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，為電力走廊的火災(zāi)預(yù)警和等級(jí)劃分提供了重要的科學(xué)依據(jù)，并為高火險(xiǎn)區(qū)植被障礙重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)警奠定了基礎(chǔ)。此外，由于常規(guī)的植被障礙安全巡檢面向所有線路展開，范圍廣、任務(wù)重，在時(shí)間和資源有限的情況下，難以做到合理高效地調(diào)配，保質(zhì)保量地完成所有巡檢任務(wù)。對(duì)此，論文認(rèn)為可以參考中等尺度下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估為大量的植被常規(guī)巡檢任務(wù)做出科學(xué)規(guī)劃，針對(duì)不同災(zāi)害(如山火、大風(fēng)等)分別施策，保證高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域優(yōu)先巡檢，其他區(qū)域分級(jí)逐步實(shí)施，將電力走廊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)應(yīng)用于中小尺度上的電力走廊山火精細(xì)防范，服務(wù)于電網(wǎng)安全建設(shè)，提高巡線的針對(duì)性和系統(tǒng)效率，為電網(wǎng)輸電線路災(zāi)害維護(hù)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持和建議。

(2) 為了提升機(jī)載巡線點(diǎn)云的處理效率，提高相應(yīng)處理的自動(dòng)化水平，面向高壓電力走廊火險(xiǎn)區(qū)域植被障礙，利用無人機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)巡線系統(tǒng)采集高等級(jí)火險(xiǎn)區(qū)段巡線數(shù)據(jù)，提出了基于無人機(jī)LiDAR巡線數(shù)據(jù)的高壓輸電目標(biāo)快速提取方法。首先，結(jié)合空間哈希結(jié)構(gòu)優(yōu)化點(diǎn)云存儲(chǔ)與管理，將點(diǎn)云分層分塊管理，從而利用基于分層網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的局部分布特性和輸電目標(biāo)本體結(jié)構(gòu)特性提取電力目標(biāo)，提高了目標(biāo)提取精度和效率。其次，對(duì)獲取的高壓電力線、電塔及植被等目標(biāo)，重建其在電力走廊場(chǎng)景中的三維模型，構(gòu)建三維目標(biāo)的地理空間對(duì)象關(guān)系。

(3) 面對(duì)電力走廊中的樹線矛盾問題，即輸電線周圍樹木生長對(duì)輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成的安全隱患問題，在微小尺度上針對(duì)高壓電力走廊中火險(xiǎn)等級(jí)較高的區(qū)段，通過無人機(jī)LiDAR數(shù)據(jù)提取的三維目標(biāo)來精確評(píng)估樹障隱患狀態(tài)。研究了基于LiDAR數(shù)據(jù)的“由粗到精”的植被障礙風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)檢測(cè)方法和基于植被生長狀態(tài)的動(dòng)態(tài)植被風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警方法，為電力走廊安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了有效工具。試驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法和模型應(yīng)用的有效性。