[发明专利]一种地闪接地点辨识系统及方法

说明书

本发明公开了一种地闪接地点辨识系统及方法，该方法剔除半长轴SMA大于设定阈值的回击点，并计算误差点剔除后出的定位结果中所有回击点两两之间距离以及半长轴SMA之和得到距离向量和半长轴向量；基于距离向量和半长轴向量的比较结果分组；采用聚类方法对分组定位结果进行聚类分析，获得中心点坐标和聚类分组距离总和d_total；选取聚类分组距离总和d_total最小的分组聚类方案为最终聚类结果，将最终聚类结果对应的中心点坐标确定为接地点坐标。

技术领域

本发明涉及一种地闪接地点辨识系统及方法，具体而言，涉及一种基于雷电定位数据，利用误差椭圆分析和k-means聚类进行的地闪接地点辨识方法。

背景技术

雷电地闪存在多回击和多接地点放电现象。据统计，负地闪平均有3-5次回击，80％-90％负地闪有多次回击。正地闪大部分为单回击，仅10％正地闪为多回击。目前记录到的负地闪最多回击次数为26次。地闪的多个回击可能沿同一放电通道击中地面同一位置，也可能沿不同放电通道击中地面不同位置。在同一次地闪中有多个接地位置的地闪被称为多接地点地闪(Multiple Ground Contacts Cloud-to-Ground Lightning)。

地闪的多回击放电是雷暴云向地面转移释放电荷的一种形式。第一次回击发生后，雷暴云中荷电云粒子在气流和电场力共同作用下进行重组调整，在放电通道周围形成新的电荷结构，条件合适即发生后续回击。后续回击能否沿第一次回击通道放电，和上述重组调整时间间隔以及雷暴云对放电通道的电荷补充能力有关，也和地面发展起来的连接先导有关。因此，地闪的多回击和多接地点放电特征是雷暴气候特征和下垫面特征共同作用决定的，随地域存在一定差别。

掌握地闪的多回击和多接地点放电特征可以更加准确的评估雷击风险的时空分布，有利于雷击故障分析和目标对象防雷设计。目前，国内外学者已经开展了一些相关研究工作。Thottappillil等用相机观测了美国佛罗里达22次地闪(共33次回击)，发现它们的击地点相距0.3km-7.3km，几何平均值为1.7km。Kong等利用高速摄像机观测了青海、广东地区多回击地闪，分析获得回击距离间隔分布在0.2km-1.9km。Stall等基于视频录像和美国国家闪电定位网数据分析了美国亚利桑那州多接地点地闪特征，59组数据的分析结果表明负地闪不同接地点之间距离平均为2.3km，标准差为1.7km，中位数为2.1km。

雷电定位系统可以定位地闪各次回击的发生时间和击地位置，定位精度可达到1km以内，在高精度覆盖区可达200m以内。目前利用特定时空窗已实现了从回击到地闪的归集，从而较好区分出了首次回击和后续回击。考虑到目前雷电定位系统的定位精度水平和地闪多接地点的特征，利用雷电定位系统理论上也可以对地闪的多接地点位置进行辨识。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种地闪接地点辨识系统及方法，基于雷电定位系统定位原理，利用误差椭圆分析和k-means聚类，通过雷电定位数据辨识地闪多接地点。利用本发明方法有望实现地闪多接地点坐标的自动获取，可为精细化地闪空间分布分析和雷击灾害事故分析研判提供支撑。通过改进时间序列检索算法，能够更好地满足配电网数据检索需求。

为实现此目的，本发明所设计一种地闪接地点辨识系统，包括定位结果误差点剔除模块、定位结果分组模块、定位结果聚类模块和接地点辨识模块；所述定位结果误差点剔除模块采用半长轴SMA阈值设定的方法获得剔除误差点后的m个定位结果；所述定位结果分组模块用于计算所述定位结果误差点剔除模块输出的m个定位结果的距离向量和半长轴向量，并根据距离向量和半长轴向量的比较结果对所述m个定位结果进行分组，获得n种分组定位结果；所述定位结果聚类模块采用聚类方法对所述定位结果分组模块输出的n种分组定位结果进行聚类分析，获得n种中心点坐标和聚类分组距离总和d_total；所述接地点辨识模块对比所述定位结果聚类模块输出的n种聚类分组距离总和d_total，选取聚类分组距离总和d_total最小的分组聚类方案为最终聚类结果，将最终聚类结果对应的中心点坐标确定为接地点坐标。