CN105023283A - 基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法及*** - Google Patents

Abstract

基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法及***，该方法根据用户指令，设定电网鸟害图绘制区域范围；获取冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据；根据获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图，再将二者融合，并将参照鸟害风险等级从低到高排列，最终生成并输出电网输电线路鸟害图。本发明能为电网在杆塔上在安装防鸟刺、防鸟挡板等防鸟害***的管理决策提供重要参考，有效降低输电线路鸟害跳闸事故的发生，具有很高的经济效益。

Description

基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法及***

技术领域

本发明涉及电力***环境灾害分布图绘制技术领域；尤其是涉及一种电网鸟害图绘制方法及其***。

背景技术

我国南方部分省份地区冬季气温相对比较高，比较适合冬候鸟栖息，每年冬季，会有大批的冬候鸟沿着其迁徙路径飞往南方越冬。鸟类在迁徙过程中，需要休息和觅食，而电力***的架空线路及杆塔和附近的生境(注:生活环境,下同)往往是他们的停留和觅食的合适场所，冬候鸟在输电线路杆塔上停留和觅食所产生的鸟粪容易导致绝缘子附近电场畸变，从而引起线路发生闪络跳闸事故，据南方电力***相关部门统计，近几年来由这些冬候鸟所造成的电网跳闸事故呈现逐年上升的趋势，并占电网鸟害事故的70％以上，而现有技术中主要依靠相关工作人员的运行经验来开展电网防鸟害工作，缺乏科学有效的管理方法，容易造成防鸟害工作不及时、不到位的情况，因此需要一种基于鸟类迁徙路径及生境的鸟害图来指导电网哪些线路和杆塔需要安放防鸟刺、放鸟档板等防鸟害装置。

总之，目前依靠人工运行经验来划分鸟害区域风险等级及绘制电网鸟害图的做法是缺乏科学依据的，需要更科学更符合电网实际运行情况的电网鸟害图绘制方法及其***。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于鸟类迁徙路径及生境的电网鸟害图的绘制方法及其***，能够根据电网实际运行情况和量化数据绘制出科学有效的电网鸟害图。

本发明的技术方案如下：

基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法，绘制步骤包括：

(1)根据用户指令，设定电网鸟害图绘制区域范围；

(2)获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标、在冬候鸟迁徙及滞留期间曾发生鸟害故障频次的杆塔数据及在此期间发现过鸟粪的杆塔数据；

(3)根据获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图；

(4)将步骤(3)得到的专题图进行融合，并参照鸟害风险等级从低到高排列，采用GIS缓冲算法绘制基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图，采用GIS插值算法-反距离加权法绘制基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图；最终生成并输出电网输电线路鸟害图；

(5)将基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图与基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图进行融合，并参照鸟害风险等级从低到高排列用不同颜色区分鸟害区域等级，用颜色深浅代表鸟害区域危险程度的高低；

采用本发明方法的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***由区域设定模块、矢量数据获取模块、缓冲与插值分析模块、融合与分类成图模块、分析与输出模块依序连接构成；其中，

(1)区域设定模块，用于根据用户指令，设置设定电网鸟害图绘制区域范围；

(2)矢量数据获取模块，用于获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据；

(3)缓冲与插值分析模块，用于对获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图；

(4)融合与分类成图模块，用于将缓冲和插值分析模块得到的专题图进行融合处理，并参照鸟害风险等级从低到高排列，最终生成电网输电线路鸟害图；

(5)分析与输出模块，用于将步骤(4)所生成的鸟害图与电网线路杆塔图层进行叠加分析，从而找出需要重点防范的线路杆塔，并将结果输出为电网能实际使用的JPG图片或者 矢量格式的地图图层。

本发明所述缓冲与插值分析模块采用GIS缓冲算法绘制基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图，采用GIS插值算法-反距离加权法绘制基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图。

本发明所述融合与分类成图模块用不同颜色区分鸟害区域等级，用颜色深浅代表鸟害区域危险程度的高低。

本发明在分析与输出模块后还连接有行政区域裁剪模块：根据行政区域范围对所述电网鸟害图进行裁剪，得到设定区域下的鸟害图。

本发明根据输电线路走廊设定查询半径，得到设定输电线路走廊的鸟害等级分布图。

地理信息***(Geographic Information System，简称GIS)，是由硬件、软件和空间数据组成的计算机***，能支持地理空间数据的获取、管理、操作、分析、模型化和显示，以解决复杂的规划和管理等问题。GIS的应用领域很广，如：自然资源的清查与管理、区域和城市规划与管理、环境监测、车辆运行与道路选择以及电力***等。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法及其***，能准确地根据冬候鸟迁徙路径及生境来绘制电网鸟害图，符合电网运行实际情况，杜绝了电网防鸟害工作的盲目性；

2、采用冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据以及电子地图作为输入数据，方法本身也固化为本发明所配套***的程序算法模块，准确度高，使用方便；

3、适用于指导电网公司区分哪些线路和杆塔需要安放防鸟刺、防鸟档板等防鸟害的设备，能有效降低输电线路鸟害跳闸事故的发生，具有广泛的适用性和很高的经济效益。

下面结合附图及实例进一步说明本发明内容。

附图说明

图1为本发明一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法流程图；

图2为本发明一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***结构示意图；

图3为本发明一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***结构示意图连接了行政区域裁剪模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法及其***，从冬候鸟的迁徙路径和生境入手，结合电网运行实际，绘制科学准确的电网鸟害图。

如图1所示，一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法，包括如下步骤：

步骤S01，根据用户指令，设定电网鸟害图绘制区域范围；用户选定的绘制区域范围可以是省、市或者特定区域，由于设定的区域不同，则冬候鸟迁徙路径及生境数据也不相同；

步骤S02，获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据；冬候鸟迁徙路径是一种线或者面类型的矢量格式文件，一般从当地的鸟类研究机构或者气象局等单位获取，而生境如水域湿地、农田村镇则是面或点类型的矢量格式文件，可以从当地测绘部门获取，冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障次数数据则需要从当地电网公司获取，另外需要根据冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障次数数据计算线路鸟害频次数据，计算方法是：最近5-10年该杆塔的故障发生总次数/年份，即为杆塔鸟害故障频次；

步骤S03，根据获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对杆塔鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图；

(一)GIS缓冲区分析是邻近度分析的一种，缓冲区是为了识别某一地理实体或空间物体对其周围地物的影响度而在其周围建立具有一定宽度的带状区域，针对点、线、面不同的几何类型，建立缓冲区的方式相互有所不同。建立点缓冲区比较简单，即以某点要素为圆心，以缓冲半径R作圆，得到点要素的缓冲区；线要素的缓冲区是以线为轴，以R为距离作两侧的平行线，在线的两端构建两个半圆弧段，和平行线一起组成缓冲区；面缓冲区的建立， 是以面要素的边界为基线向内外侧作平行线，平行线和基线里的区域就是面缓冲区。除此之外，还可以对栅格数据建立缓冲区，根据不同的模型方程建立动态缓冲区，不论对什么样的数据建立缓冲区，其基本方法都是相似的。缓冲区实现算法有矢量方法和栅格方法两种。其中矢量方法数据量小，方法相对成熟，栅格图像需要进行栅格像元之间进行布尔运算，当缓冲区较大时会带来较重的运算负荷，实际运用中存在一定的局限性。

本发明采用矢量方法对冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析，算法步骤为：

1)对点图层(如村镇)：确定中心点-以中心点为圆心、R为半径生成一个圆，得到缓冲区边界；其中R值见表一:鸟害风险等级划分原则；

2)对线、面(如迁徙路径、水域湿地、农田)图层：确定轴线，以距离R生成中心轴线的平行曲线，处理转角弧段，对生成的弧段进行求交、合并运算，生成缓冲区边界。其中R值见附图表一:鸟害风险等级划分原则。

在缓冲区的具体实现上，本发明采用如下算法来实现矢量数据中心线扩张：即是在转角外侧用圆弧来代替尖角，内侧仍然使用尖角的方法，生成缓冲区,实施步骤：

(1)直线性判断，判断相邻三点是否在同一直线上；

(2)折点凸凹性判断，确定转角的地方哪侧使用直线求交，哪侧使用圆弧连接；

(3)凸点圆弧的嵌入，即将转角外侧形成的圆弧和两边的线段相连；

(4)边线关系的判别与处理，岛屿多边形参与缓冲区边界的构成，重叠多边形不参与缓冲区边界的构成；

(5)缓冲区边界的形成，具体是将重叠区域进行合并，绘制***的边线，包括岛屿多边形的轮廓，形成最终的缓冲区边界。

表一为鸟害风险等级划分原则表。本发明生成的缓冲图层按照表一所描述的原则进行鸟害风险等级划分，在具体生成的时候，按照鸟害风险等级，分别生成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ等级的图层，然后合并生成基于冬候鸟迁徙路径及生境鸟害专题图。

(二)GIS空间数据的插值即对一组已知空间数据，可以是离散点的形式，也可以是分区数据的形式，要从这些数据中找到一个函数关系式，使该关系式最好地逼近已知的空间数据并能根据该函数关系式，推求出区域范围内其它任意点或任意分区的值。本实例中，由于杆塔鸟害故障数据的样本数量有限，但是要求整个输电线路区域的鸟害风险等级，显然得借助于空间插值方法。

本发明采用反距离加权法利用杆塔鸟害历史故障数据进行GIS插值分析，反距离加权法是以插值点与样本点之间的距离为权重的插值方法，插值点越近的样本点赋予的权重越大，其权重贡献与距离成反比可表示为：

$Z=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{{\left(D_i\right)}^p}{Z}_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{{\left(D_i\right)}^p}}$

其中Z是插值点估计值，Zi(i＝1+n)是实测样本值，n为参与计算的实测样本数，Di为插值点与第i个站点间的距离，p是距离的幂,它显著影响内插的结果,它的选择标准是最小平均绝对误差.当取p＝2时,即称作反距离平方加权法。

表二为基于鸟害故障频次的鸟害区域风险等级划分原则表。本发明生成的插值图层按照表二所描述的原则进行鸟害风险等级划分。

在具体生成的时候，根据已知的杆塔故障频次样本进行插值生成相应的图层，然后按照表二的原则对图层进行等级划分，得到基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图。

步骤S04，通过步骤S03缓冲分析和插值分析得到的专题图进行融合，并将参照鸟害风险等级从低到高排列，最终生成并输出电网输电线路鸟害图。

作为一个完整的实施例，为了将不同鸟害区域等级的情况在一个图上显示出来，可将不同鸟害区域等级用颜色来区分，并用颜色的深浅来区分鸟害区域的严重程度，如下：

鸟害故障风险Ⅰ级：轻，R＝144、G＝168、B＝222用蓝色表示；

鸟害故障风险Ⅱ级：中，R＝133、G＝239、B＝158用绿色表示；

鸟害故障风险Ⅲ级：重，R＝242、G＝144、B＝57用橙色表示。

当用户设定的区域不同的时候，其想要得到按照行政区域划分的电网鸟害图，在这种情况下，本发明还可以包括步骤S05：根据行政边界对所述鸟害分布图进行切割，得到某个设定行政区域下的鸟害分布图。

从以上方案我们可以看出，本发明所提出的电网鸟害图绘制方法，根据冬候鸟迁徙路径及生境进行缓冲分析和根据现有线路杆塔鸟害频次数据进行插值分析以绘制出电网鸟害分布图，通过科学的模型来绘制鸟害图以指导电网安装防鸟害设备，切合电网运行的实际情况，从而为电网防鸟害工作提供科学有效的管理方法，为线路防鸟害管理决策的制定提供了重要参考依据，降低了实际如防鸟害***安装不及时或不准确等防鸟害工作不到位而引起的输电线路闪络跳闸事故的发生，减少了大量的经济损失，具有很高的经济效益。

如图2所示，与本发明所提出的一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法所对应的，本发明还提供了一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其包括如下组成部分：

101：绘制区域设定模块。用于根据用户指令，设定电网鸟害图绘制区域范围，区域可以是省，市，特定区域等，设定好区域后，模块加载对应的区域电子地图，高程数据等；

102：绘制矢量数据获取模块。用于获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据，模块提供Shape格式文件导入功能，可以将从当地的鸟类研究机构或者气象局等单位获取的矢量格式文件导入到***中，也可以导入以从当地测绘部门获取的冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇等面或点类型的矢量格式文件，也可以导入从电网公司获取的冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障次数数据；

103：缓冲与插值分析模块。用于将根据冬候鸟迁徙路径及生境进行缓冲分析和根据现有线路杆塔鸟害频次数据进行插值分析，并分别生成对应的专题图，其特征见绘制方法S03的描述；

104：融合与分类成图模块。用于将103模块输出的专题图进行融合，并按照鸟害区域风险等级从小到大进行分类，从而生成完整的鸟害区域分布图；

105：分析与输出模块。用于将104模块生成的鸟害图与电网线路杆塔图层进行叠加分析，从而找出需要重点防范的线路杆塔，并将结果输出为电网能实际使用的JPG图片或者矢量格式的地图图层。

优选的，为了将不同鸟害区域等级的情况在一个图上显示出来，可将不同鸟害区域等级用颜色来区分，并用颜色的深浅来区分鸟害区域的严重程度，另外基于地域情况的不同，用户可能需要得到按照不同行政区域来划分的电网鸟害分布图，因此作为一个完整实施例，本发明的***还可以包括模块106：行政区域裁剪模块，根据行政区域对所述电网鸟害图进行裁剪，得到设定区域下的鸟害分布图，如图3所示。

本发明的一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图的绘制***中的其他技术特征与上述一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的绘制方法类似，在此不再赘述。

本发明的一种基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图的绘制***，根据冬候鸟迁徙路径及生境进行缓冲分析和根据现有线路杆塔鸟害频次数据进行插值分析以绘制出电网鸟害分布图，并能够与电网线路杆塔进行叠加分析，找出那些线路杆塔落在鸟害风险高的区域，从而分析出需要重点防范的线路杆塔，杜绝了传统按照人工运行经验的方法来安装线路防鸟害 的设备的做法，切合电网运行的实际情况，从而为电网防鸟害工作提供科学有效的管理方法，为线路防鸟害管理决策的制定提供了重要参考依据，降低了实际如防鸟害***安装不及时或不准确等防鸟害工作不到位而引起的输电线路闪络跳闸事故的发生，减少了大量的经济损失，具有很高的经济效益。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换或者改进，均应包含在本发明权利保护范围之内。

表一：鸟害风险等级划分原则表

表二：基于鸟害故障频次的鸟害区域风险等级划分原则

Claims (6)

1.基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制方法，其特征在于：绘制步骤包括：

(1)根据用户指令，设定电网鸟害图绘制区域范围；

(2)获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标、在冬候鸟迁徙及滞留期间曾发生鸟害故障频次的杆塔数据及在此期间发现过鸟粪的杆塔数据；

(3)根据获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图；

(4)将步骤(3)得到的专题图进行融合，并参照鸟害风险等级从低到高排列，采用GIS缓冲算法绘制基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图，采用GIS插值算法-反距离加权法绘制基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图；最终生成并输出电网输电线路鸟害图；

(5)将基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图与基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图进行融合，并参照鸟害风险等级从低到高排列用不同颜色区分鸟害区域等级，用颜色深浅代表鸟害区域危险程度的高低。

2.采用如权利要求1所述的方法的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其特征在于，由区域设定模块、矢量数据获取模块、缓冲与插值分析模块、融合与分类成图模块、分析与输出模块依序连接构成；其中，

(1)区域设定模块，用于根据用户指令，设置设定电网鸟害图绘制区域范围；

(2)矢量数据获取模块，用于获取所述绘制区域范围内的冬候鸟迁徙路径矢量图层数据、冬候鸟生境如水域湿地、农田村镇的矢量图层数据、冬候鸟生境周边线路杆塔坐标及发生鸟害故障频次数据；

(3)缓冲与插值分析模块，用于对获取的冬候鸟迁徙路径及生境矢量图层数据进行GIS缓冲分析和对鸟害历史故障数据进行GIS插值分析分别得到相应专题图；

(4)融合与分类成图模块，用于将缓冲和插值分析模块得到的专题图进行融合处理，并参照鸟害风险等级从低到高排列，最终生成电网输电线路鸟害图；

(5)分析与输出模块，用于将步骤(4)所生成的鸟害图与电网线路杆塔图层进行叠加分析，从而找出需要重点防范的线路杆塔，并将结果输出为电网能实际使用的JPG图片或者矢量格式的地图图层。

3.按照权利要求2所述的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其特征在于：所述缓冲与插值分析模块采用GIS缓冲算法绘制基于冬候鸟迁徙路径及生境的鸟害专题图，采用GIS插值算法-反距离加权法绘制基于线路杆塔涉鸟故障频次的鸟害专题图。

4.按照权利要求2所述的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其特征在于：所述融合与分类成图模块用不同颜色区分鸟害区域等级，用颜色深浅代表鸟害区域危险程度的高低。

5.按照权利要求2或3所述的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其特征在于，在分析与输出模块后还连接有行政区域裁剪模块：根据行政区域范围对所述电网鸟害图进行裁剪，得到设定区域下的鸟害图。

6.按照权利要求2或3所述的基于冬候鸟迁徙路径及生境的电网鸟害图绘制***，其特征在于：根据输电线路走廊设定查询半径，得到设定输电线路走廊的鸟害等级分布图。