[发明专利]一种基于零位线的山区落雷点分布的预测方法

说明书

本发明公开了一种基于零位线的山区落雷点分布的预测方法。首先，采集真实雷电图像或视频，并对其进行识别提取，统计拟合出角度差与概率分布函数关系。其次，基于山区地形下雷电发展特性，提出零位线的概念，并运用超松弛迭代法通过空间电场计算的方法绘制出来。最后，将零位线与角度差概率分布拟合函数结合建立雷电通道模型，更改先导初始点位置，大量仿真并统计得到落雷点分布直方图，进行落雷点分布的预测。本发明提出的预测方法可以对山区地形下落雷点的分布进行预测，为山区雷电预警和山区差异化防雷提供参考。

技术领域

本发明属于电力系统过电压技术领域，具体涉及一种基于零位线的山区落雷点分布的预测方法。

背景技术

雷电是一种常见的大气放电现象，由于其瞬时、高电压、大电流的特点，它的危害性往往不可预估。雷电灾害对各个领域都有着巨大的影响。尤其是电力行业中，对于雷电灾害的防护是必不可缺的。而在工程设计中，经济性也是必须考虑的因素之一。准确的落雷分布预测对线路、建筑的防雷设计具有指导意义。我国的山区地形占60％以上，输电线路的搭设多途经山区，所以山区地形下的落雷分布预测具有重要意义。

预测具体地形的落雷分布，首先要实现该地形下的雷电先导发展路径的模拟。而现有的雷击路径模拟以分形模拟为主。雷电分形发展模型采用计算空间电场的方法来进行雷电先导发展路径的模拟，它具有计算量大、计算速度慢的缺点，在进行落雷分布预测时，需要成千上万次地模拟，分形模拟的方法费时更长，难以满足落雷分布的预测需求。

因此，需要提出一种适用于山区地形下落雷分布预测的新方法。

发明内容

本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种基于零位线的山区落雷点分布的预测方法。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于零位线的山区落雷点分布的预测方法，所述方法包括：

S1：对真实雷电图像进行预处理并识别雷电通道，提取图像中的雷电通道；

S2：基于雷电通道图像，将雷电先导每一步发展方向与上一步发展方向的角度差划分为十七种状态，对雷电通道进行统计分析，得到角度差与概率拟合曲线函数；

S3：通过MATLAB编程计算出山区地形下从雷电先导发展初始点到山体之间最强的场强方向，形成零位线；

S4：通过MATLAB编程，输入步长、角度差与概率拟合曲线函数和零位线，模拟出山区地形下的雷电通道模拟路径，结合蒙特卡罗法模拟出大量的雷击路径，得出落雷分布。

进一步，所述步骤S1具体包括：

利用加权平均值法对真实雷电图像进行灰度化，使图像背景部分与雷电通道像素的灰度值差距加大；

采用基于Otsu自适应阈值的Canny算子识别法对雷电通道进行识别，提取雷电通道，得到雷电通道图。

进一步，采用加权平均法，公式如下：

式中w_R、w_G、w_B分别为R、G、B的权值，在不同的取值下可形成不同的灰度图像。

进一步，所述步骤S2具体包括：

利用相邻路径之间的角度差进行雷电先导仿真模拟，对雷电通道的每一个步长区间内进行以直代曲处理，将原来的不规则曲线用直线代替；

将下一级步长与上一级步长之间的角度差以10度±5度为间隔划分为17个状态，统计出多个雷电通道的每级步长角度差；

最后将所有的数据整合，将角度差与其对应的出现概率进行拟合，得到角度差与概率拟合曲线函数。