CN113177857B - 一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法。为了克服现有技术预估台风危害提高灾后运维效率，但是无法减少台风带来的损害的问题；本发明包括以下步骤：S1：根据台风信息结合各级电网抗台设备措施水平，预判台风灾害带来的损失；S2：根据各级电网的资源分布情况结合各级电网的区域特性，计算确定抗台的资源需求量；S3：根据计算得到的各级区域电网的抗台资源需求量，结合区域信息分别确定灾前、灾后的物资储存转移点以及弹性调配点；S4：制定执行灾前物资调配方案。预估台风危害以及各区域的物资储备，计算各级电网的资源需求量，结合区域信息确定物资储备点进行灾前物资调配及灾后运维处理，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。

Description

一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法
技术领域
本发明涉及一种抗灾资源调配方法领域，尤其涉及一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法。
背景技术
地球温室效应和生态环境的不断恶化，导致风涝灾害等极端自然灾害呈现越来越高发的态势。其中，台风是影响我国沿海地区最严重的自然灾害，我国台风灾害多发生在夏秋两季，具有突发性强、破坏力大的特点，给我国沿海地区各省市造成了严重的社会、经济危害。
台风灾害对电网造成的影响具有时空属性、多维、多尺度、不确定、周期性强、属性相关度高等特点，仅用传统方法对气象环境数据进行分析和处理会遇到不少困难。现有的台风灾害物资调配方法通常仅估算台风灾害后的损失，以此进行物资调配。例如，一种在中国专利文献上公开的“配电网应急抢修所需资源调度方法与系统”，其公告号CN104281983B，包括获取台风数据和配电网数据，并对其进行解析，配电网的承灾体基础数据，根据这些数据对台风灾害对配电网的损失进行预测，获取配电网损失预测结果，再计算当前所需抢修资源数据，根据当前所需抢修资源数据，对台风灾害下的配电网应急抢修所需资源进行调度。但是台风灾害具有不确定性，与预测结果并不完全相同，且依据预测结果提高灾后运维效率，但是依旧无法减少台风带来的损害。
发明内容
本发明主要解决现有技术预估台风危害提高灾后运维效率，但是无法减少台风带来的损害的问题；提供一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，预估台风危害以及各区域的物资储备，确定物资储备点进行灾前物资调配及灾后运维处理，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，包括以下步骤：
S1：根据台风信息结合各级电网抗台设备措施水平，预判台风灾害带来的损失；
S2：根据各级电网的资源分布情况结合各级电网的区域特性，计算确定抗台的资源需求量；
S3：根据计算得到的各级区域电网的抗台资源需求量，结合区域信息分别确定灾前、灾后的物资储存转移点以及弹性调配点；
S4：制定执行灾前物资调配方案。
本方案预估台风危害以及各区域的物资储备，计算各级电网的资源需求量，结合区域信息确定物资储备点进行灾前物资调配及灾后运维处理，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
作为优选，所述的步骤S1包括以下步骤：
S11：从气象台获取台风信息，台风信息包括台风路径L、台风强度SP和经过台风路径L的概率pL；
S12：获取各级电网的抗台设备措施水平GA，各级电网包括地市级、县区级和网格级；
S13：预判台风灾害为各级电网带来的损失DA；
DA＝pL*d*SP-GA
s.t.A∈L
其中，d为计算对象离台风中心距离；A为计算对象的所在区域。
预估计算台风对各级电网带来的损害。
作为优选，所述的步骤S2包括以下步骤：
S21：获取各级电网的资源分布情况，资源包括但不限于生活必需品、加固材料和备用电源；
S22：获取各级电网的区域特性，区域特性包括人口、重要级、设备数量和易损系数；
S23：计算抗台的资源需求量R；
Figure BDA0003001297620000021
其中，Ri为该电网历史平均第i种资源需求量；P为人口系数；I为重要级系数；M为设备数量系数；V为易损系数；Zi为第i种资源现有储量；N为资源种类总数。
预估以目前资源存储量，应对台风仍需的资源需求量，依次为基础调度资源。
作为优选，所述的区域信息包括交通T、关联性C和物资余量Y；
针对台风区域中各个计算对象Ak，遍历计算其周围的储存待定点Apj，确定其物资存储转移点Akp；
灾前物资存储转移点Akpb的确定：
Figure BDA0003001297620000022
其中，Vk为计算对象Ak的易损系数；pL为台风路径经过计算对象Ak的概率；Tj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的交通情况；dj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的距离；Cj为计算对象Ak与其周围第j个储存待定点Apj的关联性；Yj为第j个储存待定点Apj的物资余量；J为储存待定点Apj的总数；
灾后的物资储存转移点Akpa的确定：
Figure BDA0003001297620000031
其中，Dakd为台风对计算对象Ak造成的损失。
针对预估的台风受灾区的各级电网，遍历计算周围各储存待定点，根据灾前抗台所需物资运输来确定灾前物资储存转移点，根据灾后维护所需物资来确定灾后物资储存转移点。更具有针对性，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
作为优选，根据计算资源需求量R确定弹性调配点；
Figure BDA0003001297620000032
其中，Re为需求量阈值，资源需求量小于需求量阈值表示资源存在富余；Cm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的关联性；Lm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的距离；K为需求对象总量。
弹性调配点作为预测的容错手段，当预测出现误差时，从弹性调配点进行调度，减少因为台风不确定而存在的预测误差带来的损失。
作为优选，经过台风路径L的概率pL通过台风路径聚类中包含的台风路径数量来确定；采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，获取不同台风路径之间的距离矩阵D，台风路径的集合为L，任意两条台风路径x与y之间的距离dxy为：
Figure BDA0003001297620000033
Figure BDA0003001297620000034
Figure BDA0003001297620000035
其中，
Figure BDA0003001297620000036
为具有Y个点的台风路径y到具有X个点的台风路径x的距离；
Figure BDA0003001297620000037
为具有X个点的台风路径x到具有Y个点的台风路径y的距离；drs为某台风路径上第r个点到另一台风路径上第s个点的距离；
在获取台风路径距离矩阵D后，采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，具体步骤如下：
Step 1：拟定情景类别数量或数量区间，并随机选取或指定相应数量的台风路径作为初始化聚类中心；
Step 2：根据距离矩阵，将台风路径划分到与聚类中心距离最近的类；
Step 3：遍历某类的所有样本，寻找新的聚类中心使得该类中不同台风路径与其距离之和最小；
Step 4：重复Step 2和Step 3，直至各类不发生变化；获得最终的聚类结果。
通过台风路径聚类中包含的台风路径数量来确定台风路径经过的概率，提高预估结果的准确性。
作为优选，所述的步骤S4包括以下步骤：
S41：进行内部资源调配，同一县区级电网所属的网格级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算县区级电网的资源需求量R；
S42：同一地市级电网所属的县区级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算地市级电网的资源需求量R；
S43：从步骤S3中计算得到的灾前物资存储转移点Akpb调配物资，进行灾前预防工作。
通过内部的资源调配来进行抗台，充分利用自身资源，减少资源调配带来的损失。
作为优选，所述的方法还包括以下步骤：
S5：实时监测台风动向以及受灾地区电网的运行情况，实时进行资源弹性调配；
S6：灾后信息收集及灾后维护；
收集台风路径区域的电网受灾情况，包括电网设备损失情况、停电范围和停电时间，从计算获得的灾后的物资储存转移点Akpa中进行灾后运维物资的调度。
分别进行灾前预防调配，灾中实时监测防护，灾后及时运维，分节点进行针对性地资源调配，提高抗台和灾后维护效率。
本发明的有益效果是：
本方案预估台风危害以及各区域的物资储备，计算各级电网的资源需求量，结合区域信息确定物资储备点进行灾前物资调配及灾后运维处理，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
附图说明
图1是本发明的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：根据台风信息结合各级电网抗台设备措施水平，预判台风灾害带来的损失。
S11：从气象台获取台风信息，台风信息包括台风路径L、台风强度SP和经过台风路径L的概率pL。
经过台风路径L的概率pL通过台风路径聚类中包含的台风路径数量来确定。
采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，获取不同台风路径之间的距离矩阵D，台风路径的集合为L，任意两条台风路径x与y之间的距离dxy为：
Figure BDA0003001297620000051
Figure BDA0003001297620000052
Figure BDA0003001297620000053
其中，
Figure BDA0003001297620000054
为具有Y个点的台风路径y到具有X个点的台风路径x的距离；
Figure BDA0003001297620000055
为具有X个点的台风路径x到具有Y个点的台风路径y的距离；drs为某台风路径上第r个点到另一台风路径上第s个点的距离。
在获取台风路径距离矩阵D后，采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，具体步骤如下：
Step 1：拟定情景类别(簇)数量或数量区间，并随机选取或指定相应数量的台风路径作为初始化聚类中心。
Step 2：根据距离矩阵，将台风路径划分到与聚类中心距离最近的类。
Step 3：遍历某类的所有样本，寻找新的聚类中心使得该类中不同台风路径与其距离之和最小。
Step 4：重复Step 2和Step 3，直至各类不发生变化。
根据最终的聚类结果，以台风路径的数量区分发生概率。
S12：获取各级电网的抗台设备措施水平GA，各级电网包括地市级、县区级和网格级。
S13：预判台风灾害为各级电网带来的损失DA；
DA＝pL*d*SP-GA
s.t.A∈L
其中，d为计算对象离台风中心距离；A为计算对象的所在区域。
在本实施例中，分别计算以地市级、县区级和网格级为单位的电网损失。
S2：根据各级电网的资源分布情况结合各级电网的区域特性，计算确定抗台的资源需求量。
S21：获取各级电网的资源分布情况，资源包括但不限于生活必需品、加固材料和备用电源。分别以地市级、县区级和网格级为单位，具体获取给地市级的电网资源总量，其下属县区级的电网资源总量；以及各县区级电网下属的网格资源分布。
S22：获取各级电网的区域特性，区域特性包括人口、重要级、设备数量和易损系数。
S23：计算抗台的资源需求量R；
Figure BDA0003001297620000061
其中，Ri为该电网历史平均第i种资源需求量；P为人口系数；I为重要级系数；M为设备数量系数；V为易损系数；Zi为第i种资源现有储量；N为资源种类总数。
预估以目前资源存储量，应对台风仍需的资源需求量，以此为基础调度资源。
S3：根据计算得到的各级区域电网的抗台资源需求量，结合区域信息分别确定灾前、灾后的物资储存转移点以及弹性调配点。
区域信息包括交通T、关联性C和物资余量Y。
针对台风区域中各个计算对象Ak，遍历计算其周围的储存待定点Apj，确定其物资存储转移点Akp；
灾前物资存储转移点Akpb的确定：
Figure BDA0003001297620000062
其中，Vk为计算对象Ak的易损系数；pL为台风路径经过计算对象Ak的概率；Tj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的交通情况；dj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的距离；Cj为计算对象Ak与其周围第j个储存待定点Apj的关联性；Yj为第j个储存待定点Apj的物资余量；J为储存待定点Apj的总数；
灾后的物资储存转移点Akpa的确定：
Figure BDA0003001297620000071
其中，Dakd为台风对计算对象Ak造成的损失。
针对预估的台风受灾区的各级电网，遍历计算周围各储存待定点，根据灾前抗台所需物资运输来确定灾前物资储存转移点，根据灾后维护所需物资来确定灾后物资储存转移点。更具有针对性，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
根据计算资源需求量R确定弹性调配点。
Figure BDA0003001297620000072
其中，Re为需求量阈值，资源需求量小于需求量阈值表示资源存在富余；Cm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的关联性；Lm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的距离；K为需求对象总量。
S4：制定执行灾前物资调配方案。
S41：进行内部资源调配，同一县区级电网所属的网格级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算县区级电网的资源需求量R；
S42：同一地市级电网所属的县区级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算地市级电网的资源需求量R；
S43：从步骤S3中计算得到的灾前物资存储转移点Akpb调配物资，进行灾前预防工作。在本实施例中包括杆塔的加固和通信保障等。
S5：实时监测台风动向以及受灾地区电网的运行情况。
当台风路径、强度与预测相同时，继续检测台风动向。当台风路径发生偏移时，从台风路径偏向周围的弹性调配点进行资源调配。
S6：灾后信息收集及灾后维护。
收集台风路径区域的电网受灾情况，包括电网设备损失情况、停电范围和停电时间等，从计算获得的灾后的物资储存转移点Akpa中进行灾后运维物资的调度，包括检修人员和维修设备等。
本实施例的方案预估台风危害以及各区域的物资储备，计算各级电网的资源需求量，结合区域信息确定物资储备点进行灾前物资调配及灾后运维处理，不仅保证运维效率，还能减少台风损害。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据台风信息结合各级电网抗台设备措施水平，预判台风灾害带来的损失；
S2：根据各级电网的资源分布情况结合各级电网的区域特性，计算确定抗台的资源需求量；
S3：根据计算得到的各级区域电网的抗台资源需求量，结合区域信息分别确定灾前、灾后的物资储存转移点以及弹性调配点；
S4：制定执行灾前物资调配方案；
区域信息包括交通T、关联性C和物资余量Y；
针对台风区域中各个计算对象Ak，遍历计算其周围的储存待定点Apj，确定其物资存储转移点Akp；
灾前物资存储转移点Akpb的确定：
Figure FDA0003759665880000011
其中，Vk为计算对象Ak的易损系数；pL为台风路径经过计算对象Ak的概率；Tj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的交通情况；dj为计算对象Ak到其周围第j个储存待定点Apj的距离；Cj为计算对象Ak与其周围第j个储存待定点Apj的关联性；Yj为第j个储存待定点Apj的物资余量；J为储存待定点Apj的总数；
灾后的物资储存转移点Akpa的确定：
Figure FDA0003759665880000012
其中，Dakd为台风对计算对象Ak造成的损失。
2.根据权利要求1所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，所述的步骤S1包括以下步骤：
S11：从气象台获取台风信息，台风信息包括台风路径L、台风强度SP和经过台风路径L的概率pL；
S12：获取各级电网的抗台设备措施水平GA，各级电网包括地市级、县区级和网格级；
S13：预判台风灾害为各级电网带来的损失DA；
DA＝pL*d*SP-GA
s.t.A∈L
其中，d为计算对象离台风中心距离；A为计算对象的所在区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：
S21：获取各级电网的资源分布情况，资源包括但不限于生活必需品、加固材料和备用电源；
S22：获取各级电网的区域特性，区域特性包括人口、重要级、设备数量和易损系数；
S23：计算抗台的资源需求量R；
Figure FDA0003759665880000021
其中，Ri为该电网历史平均第i种资源需求量；P为人口系数；I为重要级系数；M为设备数量系数；V为易损系数；Zi为第i种资源现有储量；N为资源种类总数。
4.根据权利要求3所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，根据计算资源需求量R确定弹性调配点；
Figure FDA0003759665880000031
其中，Re为需求量阈值，资源需求量小于需求量阈值表示资源存在富余；Cm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的关联性；Lm为储存待定点Apj与周围第m个需求对象的距离；K为需求对象总量。
5.根据权利要求2所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，经过台风路径L的概率pL通过台风路径聚类中包含的台风路径数量来确定；采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，获取不同台风路径之间的距离矩阵D，台风路径的集合为L，任意两条台风路径x与y之间的距离dxy为：
Figure FDA0003759665880000032
Figure FDA0003759665880000033
Figure FDA0003759665880000034
其中，
Figure FDA0003759665880000035
为具有Y个点的台风路径y到具有X个点的台风路径x的距离；
Figure FDA0003759665880000036
为具有X个点的台风路径x到具有Y个点的台风路径y的距离；drs为某台风路径上第r个点到另一台风路径上第s个点的距离；
在获取台风路径距离矩阵D后，采用k均值聚类算法进行台风路径的聚类，具体步骤如下：
Step 1：拟定情景类别数量或数量区间，并随机选取或指定相应数量的台风路径作为初始化聚类中心；
Step 2：根据距离矩阵，将台风路径划分到与聚类中心距离最近的类；
Step 3：遍历某类的所有样本，寻找新的聚类中心使得该类中不同台风路径与其距离之和最小；
Step 4：重复Step 2和Step 3，直至各类不发生变化；获得最终的聚类结果。
6.根据权利要求1所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，所述的步骤S4包括以下步骤：
S41：进行内部资源调配，同一县区级电网所属的网格级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算县区级电网的资源需求量R；
S42：同一地市级电网所属的县区级电网之间进行资源互补，资源调配后重新计算地市级电网的资源需求量R；
S43：从步骤S3中计算得到的灾前物资存储转移点Akpb调配物资，进行灾前预防工作。
7.根据权利要求1所述的一种基于台风灾害预估的资源弹性调配方法，其特征在于，所述的方法还包括以下步骤：
S5：实时监测台风动向以及受灾地区电网的运行情况，实时进行资源弹性调配；
S6：灾后信息收集及灾后维护；
收集台风路径区域的电网受灾情况，包括电网设备损失情况、停电范围和停电时间，从计算获得的灾后的物资储存转移点Akpa中进行灾后运维物资的调度。
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