区域绘制 篇1
电力系统特殊区域分布图是对输电线路特殊区域(污区、风区、雷区、冰区、舞动区等)分布信息的表征和模拟,能从宏观上综合把握线路自身运行及周边环境状况,以便采取相应措施防灾减灾,保障输电线路安全稳定运行。传统的电力系统特殊区域分布图是由相关专业人员根据长期积累的运行经验手工绘制的,绘制时间长且受制图者主观影响较大,不能完全满足国家相关规范的要求,绘制出来的图也不够科学与精确。随着计算机信息技术和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)在电力行业中的广泛应用,开始了电力系统特殊区域分布图计算机辅助软件的电子化绘制,这种方法仍然需要大量的人工处理和操作,并且不能实时更新,修订工作困难,因此研究电力系统特殊区域分布图绘制系统十分必要。
本研究的特殊区域分布图包括雷区分布图、冰区分布图、舞动区域分布图。以数据库技术和可视化技术为支撑,以国家电网关于特殊区域分布图(雷区、冰区、舞动区)的相关规范标准为依据,将特殊区域分布图的绘制规则归类、抽象、建模,封装固有不变流程,将可变因子以规则库参数形式进行更新和调整,采用计算机软件集成技术和地理信息系统开发技术,开发集特殊区域分布图自动生成、编辑、审批、发布、输出、打印为一体的绘制系统,为电网规划和电网防灾减灾提供决策依据。
1 系统概述
电力系统特殊区域分布图绘制系统是以GIS为基础,多模块化的智能绘制平台。系统基于可扩展标记语言(Extensible Markup Language,XML)和Web Se rvice建立了数据交换接口引擎,为特殊区域分布图的绘制提供数据来源;通过模块化的规则参数管理,将绘制过程中可变的属性和方法作为规则参数因子存入数据库,可供用户查看和调整,将绘制过程中固定不变流程化的方法采用计算机建模;并提供易于操作、功能强大的编辑器解决运行经验对特殊区域分布图绘制的影响[1,2,3],同时还支持特殊区域分布图的审批、发布、输出、打印。电力系统特殊区域分布图绘制系统采用MS C#.NET和ArcGIS Engine10.0进行开发。数据采用集中式数据库设计,PostgreSQL9.1存储基础数据、在线监测数据、特殊区域分布图的图形数据,地理空间数据库(Geodatabase)存储静态电子地图数据。数据访问接口采用Ado.NET。系统技术架构如图1所示。
2 关键技术
2.1 雷区分布图地闪密度统计方法
地闪密度是指统计区域内单位面积、单位年度的地面雷击次数,可以精确反映地闪发生的频率和密集程度,是评估雷电活动强弱,计算雷击风险,防雷设计的重要参数[4]。采用网格法统计地闪密度,样本雷电参数来自于雷电定位系统自动监测数据[5]。网格法是将统计区域划分为若干连续的长宽相等的虚拟网格,统计各个网格内的地闪次数;将各网格地闪次数除以网格面积(km2)再除以时间间隔(以年为单位),即得到网格的地闪密度值(次/km2·a)[6]。网格大小依据统计区域的面积和所需要的精度可在0.01°×0.01°～0.05°×0.05°范围内选取。本研究中,采用ArcGIS Engine的Create Fishnet工具进行网格划分,采用PostGIS的空间包含关系函数统计网格内地闪次数。
2.2 雷区分布图危险雷电密度统计方法
危险雷电密度是指统计区域内单位面积、单位年度内雷电流幅值在危险电流段内的地闪密度值,可以精确反映输电线路发生雷击闪络危险的频率和密集程度,是雷害风险分布图绘制的基础参数。首先采用概率统计进行危险电流段的计算,然后采用网格法统计危险电流段内的地闪密度值[5]。
概率统计是根据区域内引起跳闸的雷电流幅值记录并按雷电流幅值大小分为3或4个区间段,分别统计各区间段内跳闸的次数,将各区间段跳闸次数除以总次数得到区间段的跳闸概率,跳闸概率大于80%的区间段即为危险电流段。
2.3 特殊区域分布图订正方法
本研究选取气象参量回归法进行冰区分级划分[7]。因此特殊区域分布图的订正包括冰区分布图的海拔订正和地形订正,舞动区域分布图的地形起伏度订正。特殊区域分布图订正的实质是将影响特殊区域分布图的因素(海拔、坡度、起伏度等),与特殊区域值(覆冰厚度、舞动总日数)进行回归分析,求取回归方程,然后采用回归方程计算的值替换原有特殊区域值。而回归函数估算中最常用的方法为最小二乘法,通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配,使模拟的直线和实际测定的所有相关点距离平方和为最小的一种估算方法[8,9]。本研究采用最小二乘法进行回归分析,估算特殊区域分布图的订正方程。
(1)冰区分布图海拔订正算法:利用ArcGIS Engine的Extract Values To Points工具提取各气象站台点的高程值、插值生成的纯气象覆冰厚度值;将各气象站台点高程值作为X自变量,各气象站台点纯气象覆冰厚度值作为Y因变量,采用高斯消元法进行一元线性回归分析。
(2)冰区分布图地形订正算法:以坡向、起伏度、坡度变率等地形因子为例,采用GIS相关的空间分析函数,从数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)提取坡向、起伏度、坡度变率数据;采用ArcGIS Engine的Extract Values To Points工具提取各气象站台点的坡向值、起伏度值、坡度变率值、插值生成的纯气象覆冰厚度值;将各气象站台点坡向值作为X1自变量,起伏度值作为X2自变量,坡度变率值作为X3自变量,纯气象覆冰厚度值作为Y因变量,采用上述高斯消元法原理进行多元线性回归分析。
(3)舞动区域分布图地形起伏度订正算法:利用ArcGIS Engine的Extract Values To Points工具提取插值后的各气象站点的纯气象舞动总日数、各气象站点的地形起伏度值;求取地形起伏度值的对数值作为X,纯气象舞动总日数作为Y,利用最小二乘法准则求取舞动总日数和起伏度的相关函数。
2.4 特殊区域分布图自动成图算法
2.4.1 雷区分布图
雷区分布图包括地闪密度分布图和雷害风险分布图[4]。前者表征地面各区域的地闪密度大小,后者表征各区域输电线路发生雷击闪络风险的相对大小。
(1)地闪密度分布图自动成图算法:获得研究区域范围坐标,采用PostGIS的空间包含关系函数统计研究区域内的所有落雷记录;将各个网格区域范围坐标与所有落雷点的经纬度坐标进行比较,统计出各个网格内的落雷总数;将各个网格落雷总数除以网格面积再除以统计年限,得到各个网格地闪密度值并记录于键值对集合中;采用字段赋值算法将地闪密度值写入网格中心点图层属性;采用反距离权重算法(Inverse Distance Weighted,IDW)插值算法生成栅格地闪密度分布图;采用Raster to Polygon将栅格地闪密度分布图转换成矢量格式数据,并进行数据处理。
(2)雷害风险分布图自动成图算法:根据雷电监测数据,采用概率法统计危险雷电流区间段;获得研究区域范围坐标,采用PostGIS的空间包含关系函数研究区域里在雷电流幅值危险雷电流区间段内的所有落雷记录;将各个网格区域范围与所有落雷点的经纬度坐标进行比较,统计出各个网格内的落雷总数;将各个网格落雷总数除以网格面积再除以统计年限,得到各个网格危险雷电密度值并记录于键值对集合中;采用字段赋值算法将危险雷电密度值写入网格中心点图层属性;采用IDW插值算法生成栅格危险雷电密度分布图;采用雷电流幅值概率分布[5](公式1)得到雷电流概率分布值,采用危险雷电密度分级分割点公式[5](公式2)计算危险雷电密度分级分割点;按照分割点对栅格危险雷电密度分布图进行分级,得到雷害风险分布图;采用Raster to Polygon进行栅格雷害风险分布图转成矢量格式,并进行数据处理;将雷击故障历史数据转换成Shape格式的点图层,采用Buffer将点缓冲成相应区域,将缓冲面图层与数据处理后的雷害风险分布图进行叠加分析,将重叠部分的雷害等级在原有基础上提高一级,形成雷害风险分布图。
式中:I为雷电流分割区间;P为雷电流幅值累积概率;Ng为各地闪密度值等级,分别为0.78,2.78,7.98;Ngc为危险雷电密度值等级。
2.4.2 冰区分布图
气象参量回归法是将覆冰标准冰厚与覆冰形成相关性较大的气象因子建立一种长期的统计关系,利用这种统计关系可在没有导线覆冰观测的区域,使用气象观测数据,计算标准冰厚。由于气象环境的多变性、不稳定性、地理差异性,气象建模回归分析需要人工干预量较大,因此本研究冰区分布图绘制基础数据为气象建模方程模拟的不同重现期的覆冰厚度数据。
冰区分布图自动成图算法模型:将不同重现期的覆冰厚度数据采用Create Feature Class方法转换成Shape格式点图层;采IDW插值算法生成不同重现期冰区栅格图;通过ArcGIS的表面分析函数(Surface)提取地形因子,并进行回归分析,得到海拔订正方程和地形订正方程,对不符合要求的方程进行人工修改;根据海拔高程订正方程、地形订正方程采用栅格计算器进行冰区分布图海拔订正、地形订正;将订正后的栅格冰区分布图采用Raster to Polygon转换成矢量,并进行数据处理。
2.4.3 舞动区域分布图
舞动区域分布图自动成图算法模型:根据气象阈值区间[10](表1),统计分析区域冬春季逐日主导风向、主导风向下的日最大风速、日平均相对湿度、日最低温度等气象因子,计算各气象站台舞动日总数;将各气象台站舞动日总数乘以10再除以气象数据跨越年数得到10年舞动日总数。
采用Create Feature Class方法转换成Shape格式点图层,采用IDW插值算法生成栅格舞动区域分布图;如果当前选择为自动计算地形起伏度方程模式,则采用邻域统计分析(Neighborhood Statistics)分别求取DEM最大、最小值,再采用栅格代数操作类求取DEM最大值和最小值之差,即为地形起伏度[11],采用Extract Values To Points提取各气象站台地形起伏度值,采用最小二乘法进行回归分析得到地形起伏度方程;如果当前选择为人工输入方程地形起伏度模式,则从PostgreSQL数据库中读取地形起伏度方程;采用栅格代数操作类进行地形起伏度修正;将修正后的栅格舞动区域分布图采用Raster to Polygon转换成矢量,并进行数据处理[12]。图3为特殊区域分布图自动绘制算法流程图。
2.5 特殊区域分布图编辑
自动绘制的电力系统特殊区域分布图需要结合实际运行经验进行人工订正,才能与实际情况相符。本研究提供3种图形编辑模式,用于工作人员对特殊区域分布图数据进行修正,如图4所示。
(1)多边形切割。根据用户绘制的多边形将原多边形切割,并将新增多边形的特殊区域等级在原多边形基础上增加一个等级。
(2)节点移动。可对图形节点进行拖动来细微改变图形的形状。
(3)属性修改。可对图形的属性进行编辑修改。对于特殊区域等级属性,如果修改后的特殊区域等级相较与相邻图形的特殊区域等级有跳级现象,可选择是否根据跳级级数自动添加2 km的缓冲带。
3 应用实例
收集湖北气象部门所有站台点的有效覆冰观测资料进行归类整理,导入到Postgresql数据库中,利用研究的智能绘制系统生成的冰区分布图,结果如图5所示。
4 结论
依据国网关于特殊区域分布图绘制的相关标准文件,将电力系统特殊区域分布图绘制过程中可变的属性和方法作为规则参数,可供用户修改调整,将绘制过程中固定不变流程化的方法采用计算机建模,通过GIS、.NET、数据库等相关技术,研发了电力系统特殊区域分布图绘制系统,实现了电力系统特殊区域分布图的自动生成、编辑、审批、发布、输出、打印等功能。经验证,采用本研究绘制的特殊区域分布图与实际运行经验相符,准确率高。为电力系统的特殊区域分布图提供绘制平台,同时也为电力系统防灾减灾提供有力的参考依据。
参考文献
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区域绘制 篇2
关键词：Surfer绘图软件；等值线；边界；图片
等值线这个知识点是中学地理教学的重点和难点，其中气温、气压等等值线图是中学地理教学中常用的气象图表。中学地理教师能否制作一幅精准精美的等值线图，对中学地理教师的教学或出题有很大的帮助。而当今，多媒体电脑与相应绘图软件的普及为我们中学一线的地理教师能制作一幅精准精美的等值线地图创造了的条件。本文以广东省为例，借助成熟的Surfer绘图软件能较快地制作出美观的广东省气温等值线分布图。
一、Surfer绘图软件介绍
Surfer软件是Golden Software公司研制的基于Windows系列操作系统的插值绘图软件，是一个十分流行的小型软件。该软件可处理离散点资料、格点资料，可以绘制等值线图、三维立体图等，也可添加研究区域的部分地理信息、在资料点上显示标注等；提供了传统的Windows界面，操作简单。同时它最大的优点是能够把离散的点数据绘制成等值线。
二、准备工作
1.Surfer绘图软件。
2.广东省各城市某一天的气温数据Excel文件，文件格式为“广东省城市气温.xls”。
3.广东省Surfer边界文件，文件格式为“广东省边界.bln”。
三、制作过程
（一）离点数据格式（*.xls）转换（*.grd）
Surfer最主要的功能是绘制等值线图，但并不是我们具有了数据文件就可以直接绘制等值线，surfer要求绘制等值线的数据有特殊的格式要求，即首先要将数据文件转换成Surfer认识的grd文件格式，才能绘制等值线。
能够转换成“*.grd”文件格式的离散点数据的格式可以是我们经常使用的EXCEL文件“*.xls”格式，它包含的数据项有资料点的位置坐标（如经纬度）及属性项（如气温），共3列。具体的数据格式（略）如下：其中第一列为经度，第二列为纬度，第三列为要素（气温）值。Surfer软件的“网格”功能完成离散点数据格式“*.xls”转换成“*.grd”文件格式，在转换时可选择一种插值方法，Surfer软件提供了许多数学插值模型，如加权反距离方法、最小曲率方法、三角网线性插值方法、克立格方法、多元回归方法、自然邻点方法等。利用这些数学模型，可以很方便地进行插值计算。其中较为精确的插值方法是克立格方法。
操作步骤如下：
打开Surfer软件，在菜单栏单击【网格（G）】【数据（D）】，选择要网格化的数据文件“广东省城市气温.xls”并确定。此时弹出“网格化数据”对话框，要求确定作图的XYZ，共3列。由于我们的数据只有3列，而且按照相应的顺序排列，所以不用选择。然后在“格点化方法”里选择一种插值方法。在网格化过程中Surfer会自动进行插值。在“输出网格文件”里填入要输出的文件名和路径，然后在“网格线索几何学”里设置网格点数以及作图范围的上下、左右边界值，设置这四个边界值最好要比广东省边界的最东、最西、最北、最南的经纬度要多留一点，即大的要大些，小的要小些。最后点击保存，所需用的“广东省城市气温.grd”文件就生成了。
（二）对“广东省城市气温.grd”进行“白化”
在surfer中可叠加为背景地图的格式有bln、gsb、jpg、gif等多种形式，比较常用的是“*.bln”文件。“*.bln”文件格式为：Length，flag A1，B1，A2，B2 An，Bn其中，length是背景地图曲线中点坐标的个数，即行数，flag的值为1或0，当flag=1时，闭合曲线里面的等值线可以用此bln文件“白化”，即去掉闭合曲线中的等值线，如flag=0，则是曲线外面的等值线被“白化”，即只留下闭合曲线中的等值线。其中A1…An，B1…Bn为点坐标值（经纬度）。
操作步骤如下：
单击【网格（G）】，在任务栏中选【白化（B）】，按路径找到刚才生成的“广东省城市气温.grd”，双击该文件名，然后再选择需要的边界文件“广东省边界.bln”，找到边界文件调入地图文件后，单击【打开（O）】。出现文件名为：“out.grd”，把“out.grd”改为“广东省气温.grd”，然后单击【保存（S）】图标。
（三）画等值线
在【地图（M）】栏中使用【新建等直线图】。单击【地图（M）】，在任务栏中单击【等值线图（C）】。选【新建等值线图（N）】，可在【文件名（N）】栏中看到“广东省气温.grd”，单击【打开（O）】，立即出现等值线图。双击等高线图，出现“map：contours属性”对话框，可以在这里设置等值线的各种属性。在“常规”对话框中选择“填充”，等值线会被填充并用不同的色标表示不同的量级。在“等级”对话框，可以根据实际需要选择线条粗细、疏密、颜色以及是否标注数值。经过加工使所画的图更加美观。
（四）给等值线图加上边界
单击【地图（M）】，在任务栏中点【基面图（B）】加上边界。选“广东省边界.bln”。点击【打开（O）】。形成加边界的等值线图。为了使等值线图和地形图完全一致，必须将两图相覆盖。先按一下“F2”键或“Calt+A”组合键全选定两张图片，然后点击【地图（M）】，在任务栏中选【复盖地图（O）】。这时候可见到两图完全重合了。
（五）保存图片
单击【文件】|【保存】，把文件保存为“广东省气温.srf”。或单击【文件】|【输出】，把文件保存为自己想要的文件格式。
区域绘制 篇3
尊敬的各位领导、各位来宾：
市暨市区域划分与地图绘制试点工作现场会在市、市两级人普办的直接领导下，经过各方面的努力，今天顺利召开了。我们桐街道有幸被确定为全市第六次人口普查区域划分和地图绘制试点单位，这既是对我街道人口普查工作的充分信任与肯定，更是对我们全体干部的鞭策和鼓舞。在此，我谨代表街道党委、办事处，对全体参会代表表示热烈的欢迎！对各位领导以及兄弟单位长期以来给予桐街道的大力支持表示衷心的感谢！
桐街道地处市政府所在地，街道辖区面积75.5平方公里，共有15个行政村，264个村民小组；11个社区居委会，2个社区筹建办，1378个居民小组。户籍人口114623人，新居民近10万人。近年来，在市委、市政府的正确领导下，街道上下紧密围绕构建“富裕、文明、和谐”桐这一目标，加快推进经济建设和社会各项事业，有力地促进了街道政治文明、物质文明、精神文明、生态文明的协调发展。
第六次全国人口普查全面展开，我街道人口状况复杂，普查难度较大，从普查人口来看，街道承担了全市近四分之一的普查工作量，我们深感任务繁重，责任重大，主要抓了以下两个方面的工作：
一是领导重视，健全机构。去冬今春，按照上级工作部署，认真做好大量扎实细致的准备工作，健全普查机构、落实普查举措，街道、村（社区）二级联动，由街道主要领导担任人普工作领导小组组长，成立人普工作机构，配齐配强街道、村、社区人普工作人员。目前，街道人普办共29人，村、社区共成立人普工作领导小组28个，成员133人，扎扎实实地组建了一支战斗力强、业务精、素质高的人普队伍。同时，切实落实专项经费和办公场所，从硬件上保证人普工作质量。
二是典型示范，扎实推进。划区绘图作为第六次人口普查的基础性工作，对明确责任、确定工作区域、保证普查对象的.不重不漏和数据处理都起着至关重要的作用，在充分认识到试点工作的特殊意义后，经反复磋商，我们选定了庆丰村、民安村和同庆社区三个具有代表性的普查区作为试点，在市和市两级人普办的直接指导下，在相关部门的大力支持和鼎力配合下，通过各级普查机构和普查人员的艰苦努力，严格执行试点方案，认真总结经验，在反复探索中前进，在分析总结中提升，面对凸现的疑点、难点，街道人普办全体人员齐心协力、迅速反应，积极谋划对策，变被动为主动，采取灵活多样的措施，解决了划区绘图实际工作中的难点，顺利完成了试点工作，为下一阶段的工作奠定良好的基础。
同志们、朋友们，搞好第六次全国人口普查，意义深远，责任重大。我们将以这次会议为契机，进一步加强与兄弟单位的交流合作，增强责任感和紧迫感，切实增强自觉性和主动性，精心组织，扎扎实实做好各项工作，确保高质量完成这次人口普查任务，为我街道全面建设小康社会和社会主义新农村建设做出应有的贡献！
预祝现场会取得圆满成功！
祝各位与会代表身体健康，工作顺利！
★ 在现场观摩会上的讲话
★ 在全市水利建设现场会上的主持词
★ 在生日会上的致辞
★ 在全区经济工作现场会上的讲话
★ 在春节茶话会上的致辞
★ 在爸爸妈妈生日会上的庆典致辞
★ 在自己生日酒会上的致辞
★ 领导在中秋酒会上的致辞
★ 婚礼现场新郎官致辞