基于多源数据的林区电力走廊安全风险评估方法

张睿卓

武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079

大型输电网是构筑国家经济发展的重要脉络，国家电网中高压电力线路跨越了广泛的区域，但是野外架空电力线路周围空间内常存在一些影响线路稳定运行的灾害与风险。诸如山林火灾、邻近生长的植被都可以轻易地造成输电故障。林区电力走廊中，火灾是电力线和植被之间相互作用、相互影响的一个重要媒介，无论是自然临近山火还是雷击或输电线触及植被放电导致火灾，总是会影响输电系统的正常运行。论文将野外林区高压电力走廊(通道、廊道)看作由架空输电线路、植被、地形地表及其他物体所组成，具有一定宽度(2～3 km)范围的条带状长廊区域，面向林区电力走廊自然灾害与安全风险，以电力走廊山火和植被障碍为研究对象，论述了利用多类型遥感监测手段进行电力走廊特定风险评估的研究思路和理论基础，探索了不同尺度下应用多源数据对电力走廊山火及植被隐患进行精确风险评估预警的相关技术和方法，实现了电力走廊单条线路高等级火险区段精确识别和单个档内植被障碍风险评估和预警。具体内容如下。

(1) 面对林区电力走廊周边山火多发的情况，为了精确评估山火发生风险，获取精细化火险预警数据，增强输电线路安全隐患巡检的目标针对性，实现智能化和有针对性的线路巡检，提出并构建了长区块、大范围电力走廊区域的火险等级评估方法。从影响火险的各种因素出发，基于多源遥感与气象监测数据详细分析了地表植被状况以及地形、人文、季节、气象等因素及其与山火发生的相关性，设计并建立了具有良好适应性的电力走廊火险指数(PC-FRI)和相应的火险等级评价体系，从而判定输电线所受山火威胁较高的区段和时间段，识别需要紧急巡检的高风险区段，为电力走廊的火灾预警和等级划分提供了重要的科学依据，并为高火险区植被障碍重大风险点预警奠定了基础。此外，由于常规的植被障碍安全巡检面向所有线路展开，范围广、任务重，在时间和资源有限的情况下，难以做到合理高效地调配，保质保量地完成所有巡检任务。对此，论文认为可以参考中等尺度下的风险等级评估为大量的植被常规巡检任务做出科学规划，针对不同灾害(如山火、大风等)分别施策，保证高风险区域优先巡检，其他区域分级逐步实施，将电力走廊风险评估数据应用于中小尺度上的电力走廊山火精细防范，服务于电网安全建设，提高巡线的针对性和系统效率，为电网输电线路灾害维护提供相应的数据支持和建议。

(2) 为了提升机载巡线点云的处理效率，提高相应处理的自动化水平，面向高压电力走廊火险区域植被障碍，利用无人机载激光雷达(LiDAR)巡线系统采集高等级火险区段巡线数据，提出了基于无人机LiDAR巡线数据的高压输电目标快速提取方法。首先，结合空间哈希结构优化点云存储与管理，将点云分层分块管理，从而利用基于分层网格化数据的局部分布特性和输电目标本体结构特性提取电力目标，提高了目标提取精度和效率。其次，对获取的高压电力线、电塔及植被等目标，重建其在电力走廊场景中的三维模型，构建三维目标的地理空间对象关系。

(3) 面对电力走廊中的树线矛盾问题，即输电线周围树木生长对输电系统稳定运行造成的安全隐患问题，在微小尺度上针对高压电力走廊中火险等级较高的区段，通过无人机LiDAR数据提取的三维目标来精确评估树障隐患状态。研究了基于LiDAR数据的“由粗到精”的植被障碍风险点检测方法和基于植被生长状态的动态植被风险评估预警方法，为电力走廊安全风险评估提供了有效工具。试验验证了上述方法和模型应用的有效性。