本发明属于电网防冰减灾，具体涉及一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法及系统。
背景技术：
1、输电线路覆冰会极大削减其机械和电气性能，导致舞动、倒塌、断线等事故的发生，给人们的生活和生产带来了严重影响并造成巨大经济损失。针对电网冰灾防治的研究已开展多年，极大地改善了电网对于冰灾事故的抵御能力。
2、自2008年以来，电网线路跨越中重冰区、易覆冰微地形区情况复杂，在微地形数据方面，局部地区的微小地形特征会导致在小范围内气象特征产生综合巨变，使得该地点某些气象因子特别增强，覆冰量级发生突变，从而可能危及输电线路安全运行，这样的地点称为易覆冰微地形。微地形是相对较小的局部范围内地势高低起伏的变化形态，包括迎风坡、风口、垭口、峡谷、分水岭、山脊、湖泊、江河、背风坡、林带等范围相对较小的局部地形。目前研究发现易覆冰微地形对高原山区覆冰影响较大，并试图从气象、地形等方面着手进行分析，由于微地形对局部气候影响的存在，使得部分地区，即使在同一山体的同一高度位置，不同地理形态都会出现较大的覆冰差异，尤其是高原山区复杂的地理气候特征，使得对微地形的准确识别更是难上加难。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明解决的技术问题是：如何优化覆冰监测系统和融冰装置的配置，以便在覆冰程度达到影响输电线路安全、稳定运行时，能够及时并有效地采取融冰措施。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，包括：建立电网覆冰微地形微气象数据库；提取中重冰区输电线路塔位，易覆冰微地形区输电线路塔位，以及历史覆冰跳闸、覆冰受损线路塔位,生成电网受覆冰影响严重区域线路塔位信息集；基于电网可融冰线路清单与电网受覆冰影响严重区域线路塔位信息集的比对生成电网可融冰线路及塔位信息集；在电网受覆冰影响严重区域线路塔位信息的微地形微气象信息库中，剔除电网可融冰线路及塔位信息集，得到待配置融冰装置线路的塔位信息集；对待配置融冰装置线路进行评估，生成输电线路融冰装置优化布点清单。
4、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库包括收集电网人工观冰数据、覆冰监测数据、气象站实测数据、区域数字高程模型、输电线路及铁塔矢量数据；
5、基于获取的dem划分区域微地形类型；将需要识别的区域分为f个不同大小的分区，选择自定义h×z大小的领域窗口，提取和形成高原山区山脊、山谷地形特征信息集；采用邻域分析对高原山区区域进行dem正、负地形的提取,计算汇流累计量；将正地形区与汇流累计量二值化结果进行栅格叠加分析，得到山脊微地形区，并将山脊地形区进行中心线矢量化处理；利用数字高程dem数据制作出地形晕渲图，将提取得到的山脊区叠加到地貌晕渲图上，判断特征线提取是否正确，编辑山脊线和伪山脊区，得到精确的山脊提取结果；利用反地形dem提取山谷区；
6、根据提取的山脊区和山谷区进行栅格求交分析，得到垭口地形特征信息集；
7、提取和形成高原山区迎风坡和背风坡地形特征信息集；
8、通过遥感影像数据和地形信息，提取和形成高原山区的水汽上行区、山脊水汽区、山谷水汽区和垭口水汽区的地形特征信息集；
9、生成高原山区易覆冰区域的含山脊、山谷、垭口、迎风坡、背风坡、水汽上行区、山脊水汽区、山谷水汽区、垭口水汽区微地形的特征信息集；
10、抽取需要分类区域的典型场景，对易覆冰微地形分类精度验证，通过精准率和召回率指标，计算f1s，完成易覆冰微地形分类。
11、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括基于获取的dem数据提取地形因子；
12、基于获取的dem数据提取地形因子主要包括高程因子、坡度因子和坡向因子、相对高度、地形粗糙度、地形湿度指数、地形暴露度；
13、高程因子直接从原始dem中获取；
14、所述坡度因子的计算公式如下：
15、
16、其中，z是高程值，x和y是水平方向上的距离，和是高程值在x方向和y方向上的偏导数，通过以下公式计算：
17、
18、
19、其中，zi,j是第i行第j列像元的高程值，δx和δy是像元在x方向和y方向上的长度；
20、对于边界像元，使用单边的偏导数代替双边的偏导数，表示为：
21、
22、对于异常像元，使用邻域平均值代替原始值，表示为：
23、
24、所述坡向因子计算公式如下：
25、
26、其中，和是高程值在x方向和y方向上的偏导数；
27、对于多个下坡方向的像元，使用最大下坡方向作为坡向，表示为：
28、
29、对于平坦区域的像元，使用0或无效值作为坡向；
30、获取相对高度，计算公式如下：
31、rh＝zi-min(zi,zj)
32、其中，zi为第i个像元的高程值，zj为第i个像元周围邻域内所有像元的高程值；
33、获取地形粗糙度，计算公式如下：
34、rs＝max(zi,zj)-min(zi,zj)
35、其中，zi为第i个像元的高程值，zj为第i个像元周围邻域内所有像元的高程值；
36、获取地形湿度指数，计算公式如下：
37、
38、其中，a为第i个像元的汇流累计量，s为第i个像元的坡度；
39、获取地形暴露度，计算公式如下：
40、
41、其中，a为第i个像元的坡向，ak为第k个方向的角度值，wk为第k个方向上与第i个像元相邻像元之间的高差。
42、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括对收集的输电线路人工观测覆冰数据进行处理，方法如下：
43、梳理收集电网现有输电线路杆塔坐标，筛选出具有经纬度空间坐标的所有电压等级输电线路历史人工观冰数据；整理人工观冰数据对应的输电线路名称、杆塔编号和观冰线路段区段；剔除设计覆冰厚度10mm以下的人工观冰数据；剔除人工观测覆冰厚度小于10mm的人工观冰数据；
44、对基于覆冰终端的在线监测数据进行处理，方法如下：
45、剔除最大覆冰厚度<5mm或＞80mm的覆冰监测记录；剔除中重冰区覆冰比值大于4的覆冰监测记录；对每个自然月有25天以上覆冰厚度记录进行剔除；对覆冰终端存在多个相位覆冰厚度观测记录的，取其平均值；剔除覆冰观测记录中的异常气象参数，气温异常判据为<-25℃或>40℃，湿度异常判据为不在0～100rh％范围内，风速参数异常判据为＞40m/s；
46、对同一覆冰样本，气温、湿度、风速参数均为异常参数，则剔除该样本；气温异常判据为<-25℃或>40℃，湿度异常判据为不在0～100rh％范围内，风速参数异常判据为＞40m/s。
47、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括利用多算法对气象参数进行插值处理，提取覆冰过程的覆冰参数和观冰期的气象要素；
48、检查气象数据完整性，根据阈值θ分为高和低，对高完整率的数据进行聚类和归一化处理，其中聚类采用k-means算法，归一化采用最大最小值法；
49、对高完整率的数据进行基于深度学习模型的插值，得到深度学习模型插值结果，其中深度学习模型采用卷积神经网络和循环神经网络相结合的方式，即crnn模型；
50、对深度学习模型插值结果进行权重系数调整，得到气象参数插值结果，其中权重系数调整采用熵权法和灰色关联分析法相结合的方法，即ewgra方法；
51、对低完整率的数据进行基于多源数据融合技术的插值，得到多源数据融合技术插值结果，其中多源数据融合技术利用遥感数据、卫星数据、地形数据与气象站点数据进行融合，并采用最小二乘支持向量机和克里金差值法相结合的方法，即lssvm-kriging方法；
52、对多源数据融合技术插值结果进行权重系数调整，得到对低完整率的数据的插值结果，其中权重系数调整采用与第三步相同的ewgra方法；
53、汇总所有气象参数的插值结果，得到最终气象参数的数据库；
54、匹配覆冰样本点的气象要素和地形要素，建立微地形微气象数据库。
55、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述提取中重冰区输电线路塔位包括根据电网基于gis的15毫米及以上冰区等级的中重冰区等级分布图，结合输电线路塔位的gis坐标，形成基于gis点与面的拓扑关系计算中重冰区输电线路塔位集合
56、所述易覆冰微地形区输电线路塔位包括根据微地形微气象数据库，以微地形和数字高程模型为背景场，提取中重冰区线路塔位所属微地形类型和高程，获取易覆冰微地形区输电线路重点关注塔位的集合
57、所述历史覆冰跳闸、覆冰受损线路塔位包括收集电网输电线路历史覆冰受损记录及相关线路和杆塔gis坐标、历史覆冰跳闸记录及相关线路和杆塔gis坐标，获取电网输电线路覆冰监测重点风险塔位集合
58、将电网覆冰微地形微气象数据库叠加中重冰区输电线路塔位易覆冰微地形区输电线路塔位历史覆冰跳闸和覆冰受损线路塔位生成基于电网受覆冰影响严重区域线路塔位信息集的微地形微气象信息库
59、作为本发明所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的一种优选方案，其中：所述对待配置融冰装置线路进行评估，生成输电线路融冰装置优化布点清单包括对待配置融冰装置线路，设置3个维度的评分项，其中易覆冰重点塔位杆塔数量得分占40％、微地形类型平均得分占40％、冰区等级平均得分占20％；
60、易覆冰重点塔位杆塔数量得分、微地形类型平均得分、冰区等级平均得分计算方法如下：
61、统计覆冰重点塔位杆塔数量，按重点塔位杆塔数量的最大值-最小值做归一化处理，按总分值30％给出易覆冰重点塔位杆塔数量得分；
62、当该线路杆塔所处微地形类型为对应微地形时，赋予对应分数；当一条线路有多个杆塔处于微地形地区时，将该线路多个杆塔微地形赋分之和除以杆塔数量得平均分，取其最大值-最小值做归一化处理，按总分值30％给出微地形类型平均得分；对应各类微地形的修正系数取值为一定区间，取其中间值如下：山脊经验系数为1.5-2.0，中间值为1.75；山谷经验系数为2-3，中间值为2.5；水汽上升区经验系数为1.2-1.5，中间值为1.35；垭口经验系数为2-3.5，中间值为2.75；迎风坡经验系数为1.2-2，中间值为1.6；背风坡经验系数为0.5-0.8，中间值为0.65；山脊-水汽区、山谷-水汽区、垭口-水汽区按照以下规则取值，水汽增大区经验系数为1.2-1.5，中间值为1.35，则山脊-水汽区经验系数为1.75+1.35＝3.1，即山脊-水汽区微地形赋值为3.1，依此类推可获取其他微地形类型赋值；
63、当一条线路有多个杆塔处于不同冰区图时，将该线路多个杆塔冰区图等级之和除以杆塔数量得平均值，取其最大值-最小值做归一化处理，按总分值20％给出冰区等级平均得分；
64、综合易覆冰重点塔位杆塔数量得分、微地形类型平均得分、冰区等级平均得分各项占比获得各条线路的综合得分，若变电站一致则取该变电站所连线路的评分之和，按变电站得分分档为安装融冰装置的高、中、低优先级，得到输电线路融冰装置优化布点清单。
65、本发明的另外一个目的是提供一种基于应用层特征识别的tcp加密通信画像和风险识别系统，其能通过利用gis技术，结合电网覆冰微地形微气象数据库，对输电线路进行覆冰风险评估和融冰装置配置，解决了如何提高电网防冰抗冰能力，减少覆冰灾害对电网安全运行的影响，节约融冰装置的投资成本和运行费用的技术问题。
66、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于应用层特征识别的tcp加密通信画像和风险识别系统，包括：电网覆冰微地形微气象数据库建立模块、输电线路塔位提取模块、待配置融冰装置线路评估模块和融冰装置布点优化模块；
67、所述电网覆冰微地形微气象数据库建立模块用于收集和处理电网覆冰数据，建立微地形微气象数据库；
68、所述输电线路塔位提取模块用于根据gis数据和电网覆冰数据库，提取中重冰区、易覆冰微地形区和历史覆冰跳闸、受损线路的塔位信息；
69、所述待配置融冰装置线路评估模块用于对待配置融冰装置的线路进行评估，确定其优先级；
70、所述融冰装置布点优化模块用于根据评估结果，优化融冰装置的布点位置。
71、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的步骤。
72、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的步骤。
73、本发明的有益效果：提高了输电线路覆冰风险评估的效率和精度，为电网防范和应对覆冰灾害提供了科学依据；提高了输电线路融冰装置配置的合理性和科学性，为电网节约资源和成本提供了技术支持；提高了输电线路融冰装置运行的可靠性和安全性，为电网保障安全稳定运行提供了保障措施。
1.一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库包括收集电网人工观冰数据、覆冰监测数据、气象站实测数据、区域数字高程模型、输电线路及铁塔矢量数据；基于获取的dem划分区域微地形类型，将需要识别的区域分为f个不同大小的分区，选择自定义h×z大小的领域窗口，提取和形成高原山区山脊、山谷地形特征信息集；采用邻域分析对高原山区区域进行dem正、负地形的提取,计算汇流累计量，将正地形区与汇流累计量二值化结果进行栅格叠加分析，得到山脊微地形区，并将山脊地形区进行中心线矢量化处理；利用数字高程dem数据制作出地形晕渲图，将提取得到的山脊区叠加到地貌晕渲图上，判断特征线提取是否正确，同时，编辑山脊线和伪山脊区，得到精确的山脊提取结果，再利用反地形dem提取山谷区，根据提取的山脊区和山谷区进行栅格求交分析，得到垭口地形特征信息集；提取和形成高原山区迎风坡和背风坡地形特征信息集，通过遥感影像数据和地形信息，提取和形成高原山区的水汽上行区、山脊水汽区、山谷水汽区和垭口水汽区的地形特征信息集，生成高原山区易覆冰区域的含山脊、山谷、垭口、迎风坡、背风坡、水汽上行区、山脊水汽区、山谷水汽区、垭口水汽区微地形的特征信息集，抽取需要分类区域的典型场景，对易覆冰微地形分类精度验证，通过精准率和召回率指标，计算f1s，完成易覆冰微地形分类。
3.如权利要求2所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括基于获取的dem数据提取地形因子；
4.如权利要求3所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括对收集的输电线路人工观测覆冰数据进行处理，方法如下：
5.如权利要求4所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于：所述建立电网覆冰微地形微气象数据库还包括利用多算法对气象参数进行插值处理，提取覆冰过程的覆冰参数和观冰期的气象要素；
6.如权利要求5所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于，所述提取中重冰区输电线路塔位包括根据电网基于gis的15毫米及以上冰区等级的中重冰区等级分布图，结合输电线路塔位的gis坐标，形成基于gis点与面的拓扑关系计算中重冰区输电线路塔位集合θzz；
7.如权利要求6所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法，其特征在于：所述对待配置融冰装置线路进行评估，生成输电线路融冰装置优化布点清单包括对待配置融冰装置线路，设置3个维度的评分项，其中易覆冰重点塔位杆塔数量得分占40％、微地形类型平均得分占40％、冰区等级平均得分占20％；
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种基于gis的输电线路融冰装置布点优化方法的系统，其特征在于：包括电网覆冰微地形微气象数据库建立模块、输电线路塔位提取模块、待配置融冰装置线路评估模块和融冰装置布点优化模块；
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
