一种基于三维风场的输电线路横向风预测方法及系统

1.一种基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，包括：获取输电线路基础信息，并得到对应的数值天气预报数据；基于输电线路基础信息和构建的三维风场分量的插值计算模型，分别计算输电线路高度处预报的三维风分量；基于数值天气预报数据建立输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系；在输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系下，根据数值天气预报数据，计算输电线路高度处的水平风向和垂直风向；根据输电线路基础信息中提取的相邻杆塔经纬度，计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度；基于输电线路高度处预报的三维风分量，得到对应高度处的水平合成风速；基于水平合成风速计算得到输电线路段走向与水平风向夹角；基于水平合成风速、输电线路段走向与水平风向夹角构建面向输电线路段的横向风预测模型；基于面向输电线路段的横向风预测模型，面向输电线路开展逐预报时刻和逐杆塔迭代的横向风预测。 2.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述获取输电线路基础信息，包括：获得所研究的输电线路杆塔的基础信息，基础信息包括输电线路逐级杆塔的经度 、纬度 ，以及输电线路段的高度 。 3.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述得到对应的数值天气预报数据，包括：提取输电线路段对应网格的数值天气预报三维数据；基于覆盖输电线路的网格化数值天气预报，并根据输电线路杆塔的基础信息，建立各输电线路段与数值天气预报网格的匹配关系，并从数值天气预报结果中分别提取对应网格点的三维数据。 4.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于输电线路基础信息和构建的三维风场分量的插值计算模型，分别计算输电线路高度处预报的三维风分量，包括：构建三维风场分量的插值计算模型：其中， 表示输电线路高度 处的三维风分量，包括经向风、纬向风或垂直速度； 和 分别为两个已知高度 和 处的风分量；基于各输电线路段不同高度，根据插值计算模型，分别计算输电线路高度处的三维风分量：经向风、纬向风和垂直速度：其中， 、 和 为输电线路高度 处的经向风、纬向风和垂直速度； 和 分别为两个已知高度 和 处的经向风， 和 则分别为两个已知高度 和 处的纬向风， 和 则分别为两个已知高度 和 处的垂直速度。 5.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于数值天气预报数据建立输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系，包括：建立数值天气预报三维风分量的坐标系：经向风 和纬向风 正交，经向风 是沿着地球经度方向的风分量，纬向风 则为沿着地球纬度方向的风分量；垂直速度 为垂直于经向风和纬向风的风分量；基于数值天气预报三维风分量的坐标系，将输电线路杆塔的经纬度信息落在三维风分量坐标系上，并确认经度 在坐标系的横轴上变化，纬度 在坐标系的纵轴上变化，建立输电线路与数值天气预报风场协调的坐标系。 6.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述根据输电线路高度处预报的经向风、纬向风和垂直速度，计算对应的三维风向角，包括：基于输电线路高度 处的经向风 、纬向风 和垂直速度 ，计算输电线路高度处对应的水平风向 和垂直风向 ，具体为：其中， 为反正切函数。 7.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述根据输电线路基础信息中提取的相邻杆塔经纬度，计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度，包括：任意输电线路段 是由杆塔 和 组成，杆塔 的经纬度坐标记为 杆塔 的经纬度坐标记为 ，基于三维风分量坐标系计算逐输电线路段的走向，输电线路段 的走向 为：其中， 为反正切函数， 代表输电线路段的经度变化量， 为输电线路段的维度变化量，由输电线路段两端杆塔的经纬度坐标计算得到。 8.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度之后还包括：将水平风向角和输电线路段走向角转换到[0,360]区间；引入四象限反正切函数 计算角度：其中， 考虑四象限的变化，使得四象限反正切函数的取值范围变为 之间，通过调整值域和弧度与角度的转换则可是角度落在 区间，具体为：其中， 的返回结果是以弧度为单位的，乘以 则会转换为角度。 9.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于输电线路高度处预报的三维风分量，得到对应高度处的水平合成风速，包括：由输电线路高度 处的经向风 和纬向风 ，依据正交性计算水平合成风速的大小： 。 10.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于水平合成风速计算得到输电线路段走向与水平风向夹角，包括：由水平风向角 和输电线路段走向角 ，且取值均调整 区间内；在同一坐标系下，计算二者的夹角α为：将二者的夹角也调整到 区间内，具体为： 。 11.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于水平合成风速和输电线路走向与风向的夹角构建面向输电线路段的横向风预测模型，包括：由水平合成风速大小、输电线路段走向与水平风向夹角，计算输电线路段所受到的横向风水平分量 的大小：基于输电线路高度处的垂直速度 和垂直风向 ，计算输电线路段所受到的横向风水平分量 的大小：进而得到考虑三维风分量的面向输电线路的横向风速 计算模型： 。 12.根据权利要求1所述的基于三维风场的输电线路横向风预测方法，其特征在于，所述基于面向输电线路段的横向风预测模型，面向输电线路开展逐预报时刻和逐杆塔迭代的横向风预测，包括：基于面向输电线路段的横向风预测模型，针对数值天气预报的每一个积分时间步，以及输电线路的每一个输电线路段开展时间和空间的双循环迭代，计算逐积分时间步和逐杆塔迭代的横向风结果；基于逐积分时间步和逐杆塔迭代的横向风结果，分别与输电线路设计的防风参数做大小判断，当横向风大于设计参数时，对输电线路段及积分时间步发布大风预警。 13.一种基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取输电线路基础信息，并得到对应的数值天气预报数据；模型构建模块，用于基于输电线路基础信息和构建的三维风场分量的插值计算模型，分别计算输电线路高度处预报的三维风分量；基于数值天气预报数据建立输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系；在输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系下，根据数值天气预报数据，计算输电线路高度处的水平风向和垂直风向；根据输电线路基础信息中提取的相邻杆塔经纬度，计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度；基于输电线路高度处预报的三维风分量，得到对应高度处的水平合成风速；基于水平合成风速计算得到输电线路段走向与水平风向夹角；基于水平合成风速和输电线路走向与风向的夹角构建面向输电线路段的横向风预测模型；预测模块，用于基于面向输电线路段的横向风预测模型，面向输电线路开展逐预报时刻和逐杆塔迭代的横向风预测。 14.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述获取模块中，获取输电线路基础信息，包括：获得所研究的输电线路杆塔的基础信息，基础信息包括输电线路逐级杆塔的经度 、纬度 ，以及输电线路段的高度 。 15.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述获取模块中，得到对应的数值天气预报数据，包括：提取输电线路段对应网格的数值天气预报三维数据；基于覆盖输电线路的网格化数值天气预报，并根据输电线路杆塔的基础信息，建立各输电线路段与数值天气预报网格的匹配关系，并从数值天气预报结果中分别提取对应网格点的三维数据。 16.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，所述基于输电线路基础信息和构建的三维风场分量的插值计算模型，分别计算输电线路高度处预报的三维风分量，包括：构建三维风场分量的插值计算模型：其中， 表示输电线路高度 处的三维风分量，包括经向风、纬向风或垂直速度； 和 分别为两个已知高度 和 处的风分量；基于各输电线路段不同高度，根据插值计算模型，分别计算输电线路高度处的三维风分量：经向风、纬向风和垂直速度：其中， 、 和 为输电线路高度 处的经向风、纬向风和垂直速度； 和 分别为两个已知高度 和 处的经向风， 和 则分别为两个已知高度 和 处的纬向风， 和 则分别为两个已知高度 和 处的垂直速度。 17.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，基于数值天气预报数据建立输电线路与数值天气预报三维风场相协调的坐标系，包括：建立数值天气预报三维风分量的坐标系：经向风 和纬向风 正交，经向风 是沿着地球经度方向的风分量，纬向风 则为沿着地球纬度方向的风分量；垂直速度 为垂直于经向风和纬向风的风分量；基于数值天气预报三维风分量的坐标系，将输电线路杆塔的经纬度信息落在三维风分量坐标系上，并确认经度 在坐标系的横轴上变化，纬度 在坐标系的纵轴上变化，建立输电线路与数值天气预报风场协调的坐标系。 18.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，根据输电线路高度处预报的经向风、纬向风和垂直速度，计算对应的三维风向角，包括：基于输电线路高度 处的经向风 、纬向风 和垂直速度 ，计算输电线路高度处对应的水平风向 和垂直风向 ，具体为：其中， 为反正切函数。 19.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，根据输电线路基础信息中提取的相邻杆塔经纬度，计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度，包括：任意输电线路段 是由杆塔 和 组成，杆塔 的经纬度坐标记为 杆塔 的经纬度坐标记为 ，基于三维风分量坐标系计算逐输电线路段的走向，输电线路段 的走向 为：其中， 为反正切函数， 代表输电线路段的经度变化量， 为输电线路段的维度变化量，由输电线路段两端杆塔的经纬度坐标计算得到。 20.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，计算相邻杆塔之间的输电线路段走向角度之后还包括：将水平风向角和输电线路段走向角转换到[0,360]区间；引入四象限反正切函数 计算角度：其中， 考虑四象限的变化，使得四象限反正切函数的取值范围变为 之间，通过调整值域和弧度与角度的转换则可是角度落在 区间，具体为：其中， 的返回结果是以弧度为单位的，乘以 则会转换为角度。 21.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，基于输电线路高度处预报的三维风分量，得到对应高度处的水平合成风速，包括：由输电线路高度 处的经向风 和纬向风 ，依据正交性计算水平合成风速的大小： 。 22.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，基于水平合成风速计算得到输电线路段走向与水平风向夹角，包括：由水平风向角 和输电线路段走向角 ，且取值均调整 区间内；在同一坐标系下，计算二者的夹角α为：将二者的夹角也调整到 区间内，具体为： 。 23.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述模型构建模块中，基于水平合成风速和输电线路走向与风向的夹角构建面向输电线路段的横向风预测模型，包括：由水平合成风速大小、输电线路段走向与水平风向夹角，计算输电线路段所受到的横向风水平分量 的大小：基于输电线路高度处的垂直速度 和垂直风向 ，计算输电线路段所受到的横向风水平分量 的大小：进而得到考虑三维风分量的面向输电线路的横向风速 计算模型： 。 24.根据权利要求13所述的基于三维风场的输电线路横向风预测系统，其特征在于，所述预测模块中，基于面向输电线路段的横向风预测模型，面向输电线路开展逐预报时刻和逐杆塔迭代的横向风预测，包括：基于面向输电线路段的横向风预测模型，针对数值天气预报的每一个积分时间步，以及输电线路的每一个输电线路段开展时间和空间的双循环迭代，计算逐积分时间步和逐杆塔迭代的横向风结果；基于逐积分时间步和逐杆塔迭代的横向风结果，分别与输电线路设计的防风参数做大小判断，当横向风大于设计参数时，对输电线路段及积分时间步发布大风预警。 25.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-12任一项所述基于三维风场的输电线路横向风预测方法。 26.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-12任一项所述基于三维风场的输电线路横向风预测方法。 27.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，其特征在于，所述计算机指令指示计算机执行权利要求1-12任一项所述基于三维风场的输电线路横向风预测方法。