CN105279884A - 一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法 - Google Patents

Abstract

一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，包括如下步骤：获取火点坐标；基于所述火点坐标，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度；根据所述蔓延速度，计算出所述火点经过蔓延时间后在蔓延方向上的直线位置，得到蔓延坐标；根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区；根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警。本发明为电力部门判断电网山火灾情提供有效的信息支撑；本发明可计算火点到输电线路山火蔓延速度，并根据山火蔓延速度，通过时间来判断输电线路的预警等级，具有更高的准确性和实用性,对维护电网的安全稳定及减轻灾害损失有重要作用。

Description

一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法。

背景技术

目前电网已经成为现代社会发展和经济进步的重要基础和保障，以大电网、大容量为标志的现代电网实现了规模化和高效化，但是当遭遇灾害，其影响速度快、影响程度成规模。为了减少和防止电网的安全稳定运行受到山火的威胁，防止山火造成输电线路跳闸事故的发生，国内外专家在山火蔓延方面展开了大量的研究。国际上主要的山火蔓延模型有美国的Rothermel模型、澳大利亚的McArthur模型、加拿大(G.L.W.Perry，1998)的国家林火蔓延模型以及中国的王正非和毛贤敏的组合模型(G.L.W.Perry，1998)等。但是以上这些山火蔓延方面的研究仍然不能满足电网安全的需要，主要存在的问题有以下几点：

1)由于山火对电网的危害性极大，越来越多的电力公司开始意识到山火监测的重要性，开始进行输电线路周边的火点监测，但是山火并不是静止不动的，受气象条件、地理因素、植被等因素的影响，山火的走势速度会有很大的不同，尤其是风力和风向的因素，可能导致蔓延速度从每小时几十米到几公里不等。仅仅通过监测火点不能准确的判断山火蔓延的趋势和对输电线路的危险程度。

2)尽管国内外对山火和林火蔓延分析已经有了大量的研究，但是以往的山火蔓延分析针对的是山火本身，对输电线路缺乏针对性。一个高危险等级的山火，距离输电线路走廊较远，或风力方向与输电线路走廊相反，那么该山火虽然火险等级高，但是针对输电线路而言危险等级却并不高。这就需要我们提出一套对输电线路更具有针对性的山火蔓延预警方法。

3)目前针对输电线路的山火分析，多以简单条件判断为主，以空间距离作为对输电线路预警等级的评价标准，没有对山火到达输电线路的速度和时间进行计算，时间指标对电力部门采取应对措施至关重要，以往的判断方法准确率和可信度低，无法满足电力部门预防因山火造成的输电线路损坏的需求。

发明内容

本发明的目的在于设计一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，能够为电力部门及早预防因山火引起的输电线路跳闸事故，并为应急措施提供良好的分析依据，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，包括如下步骤：

步骤1，获取火点坐标；

步骤2，基于所述火点坐标，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度；

步骤3，根据所述蔓延速度，计算出所述火点经过蔓延时间后在蔓延方向上的直线位置，得到蔓延坐标；

步骤4，根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区；

步骤5，根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警。

优选的，蔓延方向具体为所述火点的正东、正南、正西、正北、东南、西南、西北和东北方向。

更加优选的，步骤2中，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度的方法具体为：

以所述火点为圆心，以王正非林火蔓延模型为基础，结合风速风向、坡度、和植被三个影响因子，计算出所述火点在蔓延方向上的所述蔓延速度；得到所述蔓延速度的方法为：

其中R₀为初始蔓延速度；K_s为可燃物配置格局系数；ν为风速的大小；θ为风的方向与火蔓延的方向的夹角；φ为坡度的方向与火蔓延方向的夹角；为坡度的大小。

更加优选的，步骤4，根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区为采用边界插值法，形成所述火点的蔓延区，具体实现方法为：

设函数y＝f(x)表示蔓延曲线内在规律的数量关系，x表示要求的插值点；x_i和x_i+1表示x两边的已知采样节点；y_i和y_i+1为x_i和x_i+1的函数值；[a,b]表示蔓延曲线的集合，[a,b]上的一系列节点x_i的函数值为y_i＝f(x_i)(i＝0,1,...n)，y_i在区间[x_n-1,x_n]，[a,b]表示蔓延边界分布点的集合；f(x)表示蔓延曲线函数；表示f(x)在[a,b]上的分段线性插值多项式，满足如下计算公式：

[a,b]蔓延边界分布点的集合所连成的折线封闭区域即为该时刻的火点蔓延区。

更加优选的，步骤5，根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警的具体方法为：

当所述蔓延时间为一小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为一级并发布红色预警；

当所述蔓延时间为两小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为二级并发布黄色预警；

当所述蔓延时间为三小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为三级并发布蓝色预警。

本发明的有益效果可以总结如下：

本发明以电网GIS为平台，同时加载公网气象信息、卫星火点信息、地理信息和电网空间信息数据层，考虑多因素对输电线路山火蔓延的影响，并通过GIS测距、定位、展示等功能，为电力部门判断电网山火灾情提供有效的信息支撑；本发明提出一种针对输电线路的山火蔓延预警方法，相较于以往的山火蔓延分析对输电线路方法具有更强的针对性；本发明可计算火点到输电线路山火蔓延速度，并根据山火蔓延速度，通过时间来判断输电线路的预警等级，相较于以往按火点到输电线路空间距离的判断方法，具有更高的准确性和实用性。该预警方法对电力部门预防因山火引起的输电线路跳闸以及应急决策具有着重要的实际应用意义和推广价值，对维护电网的安全稳定及减轻灾害损失有重要作用。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明针对现有的技术缺陷，首次提出一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法。该方法不再单纯考虑火点到达输电线路的空间因素，结合山火蔓延的三大主要影响因素：风、植被、地形坡度，为时间为维度，提出一种基于GIS平台的结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法。该方法帮助电力部门根据山火蔓延趋势预测对输电线路的影响，预防因山火造成的输电线路跳闸或停运问题。该方法计算量小，实用性强。

本方法基于电网GIS平台，通过卫星定位火点，并且以火点为圆心，以王正非林火蔓延公式为基础，以时间为维度，分别绘制出指定时间山火蔓延波形图(蔓延区)，并对不同时间所产生的蔓延区内的输电线路进行分级预警。

王正非林火蔓延模型的公式具体为：R＝R₀K_sK_wK_φ；

王正非林火蔓延模型中的字母含义：R₀是初始蔓延速度；K_s是可燃物配置格局更正系数；K_w是风力更正系数；K_φ是地形坡度更正系数。

如图1所示的一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，包括如下步骤：

步骤1：搭建GIS平台，采用卫星定位火点坐标，获取火点坐标。使用常规方法搭建GIS平台，并在GIS系统加载数据信息层，数据信息层包括公网气象信息、植被信息、地形坡度信息以及输电线路位置信息；使用常规方法，通过现有公用卫星监测系统接收装置，获取火点的经纬度信息。并在步骤1所建的GIS平台上，根据经纬度信息确定火点所在的位置。步骤1，获取火点坐标；

步骤2，基于所述火点坐标，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度，以火点为圆心，根据如下公式，计算火点在正东、正南、正西、正北、东南、西南、西北和东北八个方向的蔓延速度。

步骤2中公式字母的含义为：R₀为不考虑风速、坡度影响的情况下，林火的自然蔓延速度，其取值可由实验室测得；K_s是用来表征可燃物的易燃程度及是否有利于燃烧的配置格局的一个订正系数,可根据王正非的Ks值查算表取得。例如，该山区植被主要为枯枝落叶，则由该表可查到K_s＝1.2。为坡度大小的值，可由坡度仪器测得。θ为风的方向与火蔓延的方向的夹角，风的方向由公网气象数据取得，火蔓延方向取正东、正南、正西、正北、东南、东北、西南、西北八个方向。φ为坡度的方向与火蔓延方向的夹角，即坡度方向和正东、正南、正西、正北、东南、东北、西南、西北八个方向的夹角。

步骤3，根据所述蔓延速度，计算出所述火点经过蔓延时间后在蔓延方向上的直线位置，得到蔓延坐标；

步骤4，根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区；

步骤5，根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警。

步骤4-5具体可细化为：

步骤M1：根据步骤3所得的八个方向的蔓延速度，计算出1小时后八个方向上的直线蔓延位置，并确定坐标。

步骤M2：根据步骤M1所得的八个坐标点，利用边界插值法，进行插值运算形成封闭的火场边界，并在GIS上画出火点1小时蔓延波形图，即蔓延区域。

步骤M3：调用GIS服务，查找1小时蔓延区域中的输电线路信息，在本实例中通过查找杆塔信息来确定输电线路。

步骤N1：根据步骤3所得的八个方向的蔓延速度，计算出2小时后八个方向的直线蔓延位置，并确定坐标。

步骤N2：根据步骤N1所得的八个坐标点，利用边界插值法，进行插值运算形成封闭的火场边界，并在GIS上画出火点2小时蔓延区域。

步骤N3：调用GIS服务，查找2小时蔓延区域中的输电线路杆塔信息。

步骤S1：根据步骤3所得的八个方向的蔓延速度，计算出3小时后八个方向的直线蔓延位置，确定坐标。

步骤S2：根据步骤S1所得的八个坐标点，利用边界插值法，进行插值运算形成封闭的火场边界，并在GIS上画出火点3小时蔓延区域。

步骤S3：调用GIS服务，查找3小时蔓延区域中的输电线路杆塔信息。

若上述步骤M1-M3,步骤N1-N3,步骤S1-S3中，该火点周围无输电线路受到危险，不予发布输电线路山火预警，步骤结束；

若上述步骤M1-M3,步骤N1-N3,步骤S1-S3中，该火点周围有输电线路受到危险，则将1小时蔓延区域中的输电线路的预警等级定义为一级，并发布红色预警；将2小时蔓延区域中的输电线路的预警等级定义为二级，并发黄色预警；将3小时蔓延区域中的输电线路的预警等级定义为三级，并发蓝色预警。

其中步骤4中，根据所述蔓延坐标，采用边界插值法，形成所述火点的蔓延区；采用边界插值法，形成所述火点的蔓延区的具体方法为：

设函数y＝f(x)表示蔓延曲线内在规律的数量关系，x表示要求的插值点；x_i和x_i+1表示x两边的已知采样节点；y_i和y_i+1为x_i和x_i+1的函数值；[a,b]表示蔓延曲线的集合，[a,b]上的一系列节点x_i的函数值为y_i＝f(x_i)(i＝0,1,...n)，y_i在区间[x_n-1,x_n]，[a,b]表示蔓延边界分布点的集合；f(x)表示蔓延曲线函数；表示f(x)在[a,b]上的分段线性插值多项式，满足如下计算公式：

[a,b]蔓延边界分布点的集合所连成的折线封闭区域即为该时刻的火点蔓延区。

本发明通过GIS测距、定位、展示等功能，为电力部门判断电网山火灾情提供有效的信息支撑；本发明相较于以往的山火蔓延分析对输电线路方法具有更强的针对性；本发明可计算火点到输电线路山火蔓延速度，并根据山火蔓延速度，通过时间来判断输电线路的预警等级，相较于以往按火点到输电线路空间距离的判断方法，具有更高的准确性和实用性。该预警方法对电力部门预防因山火引起的输电线路跳闸以及应急决策具有着重要的实际应用意义和推广价值，对维护电网的安全稳定及减轻灾害损失有重要作用。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取火点坐标；

步骤2，基于所述火点坐标，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度；

步骤3，根据所述蔓延速度，计算出所述火点经过蔓延时间后在蔓延方向上的直线位置，得到蔓延坐标；

步骤4，根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区；

步骤5，根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警。

2.根据权利要求1所述的结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，其特征在于：蔓延方向具体为所述火点的正东、正南、正西、正北、东南、西南、西北和东北方向。

3.根据权利要求1或2所述的结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，其特征在于：步骤2中，计算出所述火点蔓延方向的蔓延速度的方法具体为：

以所述火点为圆心，以王正非林火蔓延模型为基础，结合风速风向、坡度、和植被三个影响因子，计算出所述火点在蔓延方向上的所述蔓延速度；得到所述蔓延速度的方法为：

其中R₀为初始蔓延速度；K_s为可燃物配置格局系数；ν为风速的大小；θ为风的方向与火蔓延的方向的夹角；φ为坡度的方向与火蔓延方向的夹角；为坡度的大小。

4.根据权利要求1所述的结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，其特征在于，步骤4，根据所述蔓延坐标，计算出所述火点的蔓延区为采用边界插值法，形成所述火点的蔓延区，具体实现方法为：

设函数y＝f(x)表示蔓延曲线内在规律的数量关系，x表示要求的插值点；x_i和x_i+1表示x两边的已知采样节点；y_i和y_i+1为x_i和x_i+1的函数值；[a,b]表示蔓延曲线的集合，[a,b]上的一系列节点xi的函数值为y_i＝f(x_i)(i＝0,1,...n)，y_i在区间[x_n-1,x_n]，[a,b]表示蔓延边界分布点的集合；f(x)表示蔓延曲线函数；表示f(x)在[a,b]上的分段线性插值多项式，满足如下计算公式：

[a,b]蔓延边界分布点的集合所连成的折线封闭区域即为该时刻的火点蔓延区。

5.根据权利要求1所述的结合公网气象的输电线路山火蔓延预警方法，其特征在于，步骤5，根据所述蔓延时间，对所述蔓延区中的输电线路进行预警等级定义，并发布预警的具体方法为：

当所述蔓延时间为一小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为一级并发布红色预警；

当所述蔓延时间为两小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为二级并发布黄色预警；

当所述蔓延时间为三小时，对所述蔓延区中的输电线路的预警定义为三级并发布蓝色预警。