CN113222341A - 基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统 - Google Patents

基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统，该方法包括以下步骤：获取输电线路的山火隐患点的山火相关数据以及经纬度坐标；根据输电线路山火隐患点的预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数指数、历史山火跳闸指数计算隐患点风险值；将待部署区域均匀划分N*M个网格，计算将直升机分别部署在(N‑1)*(M‑1)个网格中的部署直升机产生风险降低值Ed，选择风险降低值最大的网格K，且K满足(1<K<(N‑1)*(M‑1))，作为直升机的部署点。本发明能确保直升机的部署能效益最大化，节省投资。

Description

基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统
技术领域
本发明涉及电网防山火技术领域，尤其涉及一种基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统。
背景技术
随着国民经济持续增长，输电线路的大量建设使得电力走廊的紧张形势日益严峻，许多输电线路的走廊不可避免地建设在山火高发区。近年来，输电线路山火频发，给中国电力系统带来严重威胁。根据电网公司的统计数据显示，山火导致输电线路跳闸的形势愈演愈烈。
电网山火的发生主要以人为用火引发，具有一定的人为随机性。直升机租赁价格昂贵，输电线路狭长，电网山火点多面广，不能通过多租赁直升机来覆盖所有山火潜在发生区域，从而只能选择重点防护区域，但是目前都是根据历史全年山火发生情况评价防护区域，没有综合考虑特定时期山火发生指数、线下植被等实际情况，防护区域不精准。其次，直升机扑救输电线路山火具有其特殊性，一是停靠点、加油点均有一定的限制条件，二是直升机具有最大应急距离范围，尤其是处置电网山火灾害需要来回取水灭火，假如超范围应急，则可能发生在返回路途中航空燃油消耗殆尽，甚至在灭火过程中消耗完毕，因此，不能超范围应急，导致直升机部署区域未覆盖重点区域。
综上所述，尚不知如何找到输电线路山火重点防护区域，也不能尽可能多地覆盖输电线路山火重点防护区域。
发明内容
本发明提供了一种基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统，用以解决目前缺乏针对无法有效统计输电线路山火重点防护区域和直升机部署效益不高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，包括以下步骤：
获取输电线路的山火隐患点的山火相关数据以及经纬度坐标；
根据输电线路山火隐患点的预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数指数、历史山火跳闸指数计算隐患点风险值；
将待部署区域均匀划分N*M个网格，计算将直升机分别部署在(N-1)*(M-1)个网格中的部署直升机产生风险降低值Ed，计算公式如下：
Figure BDA0003012227810000011
其中，Nh为可供部署的直升机数量，Nf,n为第n架直升机覆盖的隐患点数量，n为第n架直升机，m为第n架直升机覆盖的第m个隐患点；Rh为隐患点风险值，Pd为线路跳闸概率降低值，Ps为救援半径应急可能性，Nf为预测山火发生指数；Lmn为任意2架直升机部署点之间的距离，L100为救援半径应急可能性Ps为100％时对应直升机型号的最大距离；
选择风险降低值最大的网格K，且K满足(1<K<(N-1)*(M-1))，作为直升机的部署点。
作为本发明的进一步改进：
输电线路的山火隐患点的山火相关数据，包括：输电线路名称、电压等级、杆塔号、离杆塔距离、与杆塔方位、植被类型和用火方式；用火方式包括祭祀和烧荒。
山火隐患点的经纬度坐标，根据以下步骤确定：根据输电线路杆塔收集的坐标，匹配隐患点的输电线路名称、杆塔号、方位及距离，找到隐患点的经纬度坐标。
隐患点风险值Rh的计算公式如下：
Rh＝Nf·Vt·Vd·Nhf·Nht (4)
其中，Nf为预测山火发生指数，Vt为植被类型因子，Vd为电压等级因子，Nhf为历史山火次数指数，Nht为历史山火跳闸指数。
其中，历史山火跳闸指数Nht，通过以下步骤得到：
根据输电线路历史山火跳闸信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到山火隐患点最近杆塔的历史跳闸次数N1，获得历史山火跳闸指数：
Figure BDA0003012227810000021
历史山火次数指数Nhf，通过以下步骤得到：
根据输电线路历史山火信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到隐患点的历史山火次数N2，获得历史山火次数指数Nhf；
Figure BDA0003012227810000022
预测山火发生指数Nf，通过以下步骤得到：
根据输电线路山火密度预测网格文件，匹配山火隐患点的经度和纬度，找到隐患点位置的山火密度N3，获得预测山火发生指数：
Figure BDA0003012227810000031
Pd为跳闸降低概率,根据历次输电线路山火从发现至跳闸的时间统计，设定30分钟为“黄金救援时间”，认定30分钟内扑灭山火，线路跳闸概率降低值Pd取值为95％，45分钟内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为80％，1小时内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为50％，并且扑灭山火时间越长，线路跳闸概率降低值Pd越小；Pd取值为L/V，其中L为山火隐患点到直升机部署点的距离，V为对应直升机型号不搭载灭火水剂时飞行速度。
救援半径应急可能性Ps，结合直升机的应急半径确定，直升机部署点到达山火隐患点的距离越近，救援半径应急可能性Ps越高。
本发明还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
本发明的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统，可以有效评估输电线路山火隐患点的跳闸风险，确保不会遗漏山火风险点，也对各山火隐患点的部署直升机后的风险降低值进行了准确评估；可以计算部署在不同地点降低输电线路山火隐患点跳闸风险值，从而确保直升机的部署能效益最大化，节省投资。且方法简单，易于操作。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法的流程示意图；
图2是本发明优选实施例的湖南省的电网山火直升机部署基础数据示意图；
图3是本发明优选实施例的湖南省的电网山火直升机部署后风险覆盖图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本发明的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，包括以下步骤：
S1：获取输电线路的山火隐患点的山火相关数据以及经纬度坐标；
S2：根据输电线路山火隐患点的预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数指数、历史山火跳闸指数计算隐患点风险值；
S3：将待部署区域均匀划分N*M个网格，计算将直升机分别部署在(N-1)*(M-1)个网格中的部署直升机产生风险降低值Ed，计算公式如下：
Figure BDA0003012227810000041
其中，Nh为可供部署的直升机数量，Nf,n为第n架直升机覆盖的隐患点数量，n为第n架直升机，m为第n架直升机覆盖的第m个隐患点；Rh为隐患点风险值，Pd为线路跳闸概率降低值，Ps为救援半径应急可能性，Nf为预测山火发生指数；Lmn为任意2架直升机部署点之间的距离，L100为救援半径应急可能性Ps为100％时对应直升机型号的最大距离；
S4：选择风险降低值最大的网格K，且K满足(1<K<(N-1)*(M-1))，作为直升机的部署点。
通过上述步骤，可以有效评估输电线路山火隐患点的跳闸风险，确保不会遗漏山火风险点，也对各山火隐患点的部署直升机后的风险降低值进行了准确评估；可以计算部署在不同地点降低输电线路山火隐患点跳闸风险值，从而确保直升机的部署能效益最大化，节省投资。且方法简单，易于操作。
实施时，本发明的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，还可进行以下优化：
实施例1：
本实施例的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，包括以下步骤：
S1：获取输电线路的山火隐患点的山火相关数据以及经纬度坐标。
(1)收集输电线路山火隐患点，具体包括输电线路名称、电压等级、杆塔号、离杆塔距离、与杆塔方位、植被类型、用火方式(祭祀、烧荒)；
(2)根据输电线路杆塔收集的坐标，匹配输电线路名称、杆塔号、方位及距离，找到隐患点的经纬度坐标；
S2：根据输电线路山火隐患点的预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数指数、历史山火跳闸指数计算隐患点风险值。
(3)根据输电线路历史山火跳闸信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到隐患点最近杆塔的历史跳闸次数N1，获得历史山火跳闸指数；
Figure BDA0003012227810000051
(4)根据输电线路历史山火信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到隐患点的历史山火次数N2，获得历史山火次数指数Nhf；
Figure BDA0003012227810000052
(5)根据输电线路山火密度预测网格文件，山火隐患点的经度和纬度，找到山火隐患点位置的山火密度N3，获得预测山火发生指数；
Figure BDA0003012227810000053
(6)根据输电线路预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数、历史跳闸次数计算隐患点风险值：
Rh＝Nf·Vt·Vd·Nhf·Nht (4)
其中，
Vt为植被类型因子，用于表征根据湖南电网输电线路山火跳闸中统计的比例获得，当植被为茅草时取值为2，当为灌木时取值1.5，当为纯乔木时取值0.2，当植被为茅草、灌木、乔木阶梯可燃物时，取值为3；
Vd为电压等级因子，当受威胁线路的电压等级为500kV时，取值2.5，当电压等级为220kV时取值为1，当电压等级为±500kV或±800kV时，取值为8。
S3：计算风险降低值Ed。
(7)根据湖南电网历次输电线路山火从发现至跳闸的时间统计分布，定义30分钟为输电线路山火的“黄金救援时间”，即认定30分钟内扑灭山火，线路跳闸概率降低值Pd取值为95％，45分钟内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为80％，1小时内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为50％，并且扑灭山火时间越长，线路跳闸概率降低值Pd越小；Pd取值为L/V，其中L为山火隐患点到直升机部署点的距离，V为对应直升机型号不搭载灭火水剂时飞行速度。
(8)结合直升机的应急半径(常规K32直升机吊桶灭火应急距离180km、小松鼠直升机吊桶灭火应急距离100km)，50km以内救援半径应急可能性Ps为100％，80km以内救援半径应急可能性Ps为80％，100km以内应急Ps为30％。设置L100<Lmn的目的是避免两架直升机过于靠近，未发挥直升机的作用，但是也不能太远，实际距离与直升机型号有关，如国内常规使用的K32直升机灭火装置应急距离180km，80km以内救援半径应急可能性P1为100％，120km以内救援半径应急可能性P2为60％，180km以内救援半径应急可能性P3为30％。小松鼠直升机灭火装置应急距离100km，50km以内救援半径应急可能性P1为100％，80km以内救援半径应急可能性P2为60％，100km以内救援半径应急可能性P3为30％。
(9)将部署区域网格均匀划分N*M个网格，计算将直升机分别部署在(N-1)*(M-1)个网格中计算部署直升机产生风险降低值Ed，计算公式如下：
Figure BDA0003012227810000061
其中，其中，Nh为可供部署的直升机数量，Nf,n为第n架直升机覆盖的隐患点数量，n为第n架直升机，m为第n架直升机覆盖的第m个隐患点；Rh为隐患点风险值，Pd为线路跳闸概率降低值，Ps为救援半径应急可能性，Nf为预测山火发生指数；Lmn为任意2架直升机部署点之间的距离，L100为救援半径应急可能性Ps为100％时对应直升机型号的最大距离。
S4：确定直升机的部署点。
(10)选择风险降低值最大的网格K(1<K<(N-1)*(M-1))，作为直升机的部署点。
实施例2：
本实施例以湖南省为例，步骤与实施例1基本相同：
(1)参见图2，收集湖南电网清明期间输电线路山火隐患点4640处，具体包括输电线路名称、电压等级、杆塔号、离杆塔距离、与杆塔方位、植被类型、用火方式(祭祀、烧荒)。
(2)根据收集的66.675万基220kV及以上输电线路杆塔坐标，匹配输电线路名称、杆塔号、方位及距离，找到4640处隐患点的经纬度坐标。
(3)根据2016-2020年56处输电线路历史山火跳闸信息，匹配步骤(1)中输电线路名称和杆塔号，找到隐患点最近杆塔的历史跳闸次数N1，按照公式(1)获得历史山火跳闸指数Nht。
(4)根据输电线路历史山火信息，匹配步骤(1)中输电线路名称和杆塔号，找到隐患点的历史山火次数N2，按照公式(2)获得历史山火次数指数Nhf。
(5)根据输电线路山火密度预测网格文件，匹配步骤(2)获得的隐患点经度和纬度，找到隐患点位置的山火密度N3，按照公式(3)获得预测山火发生指数。
(6)根据输电线路山火隐患点预测山火密度值、植被类型、电压等级、历史山火次数、历史跳闸次数，按照公式(4)计算隐患点风险值。
(7)根据湖南电网历次输电线路山火从发现至跳闸的时间统计分布，定义30分钟为输电线路山火的“黄金救援时间”，按照实施例1的方法得到线路跳闸概率降低值Pd。
(8)结合直升机的应急半径(常规K32直升机吊桶灭火应急距离180km、小松鼠直升机吊桶灭火应急距离100km)，按照实施例1的方法得到救援半径应急可能性Ps。
(9)将部署区域网格划分，计算将直升机分别部署在(N-1)*(N-1)个网格中计算部署直升机产生风险降低值，计算公式为公式(5)。
(10)选择风险降低值最大的网格K(1<K<(N-1)*(N-1))，作为直升机的部署点。
参见图3，本实施例的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法及系统，部署后经实践证明可靠可行，完全达到防山火实际需求，且操作简单。通过将该方法及系统获得的输电线路山火高发区直升机部署结果用于电网山火的防治，在2019年-2020年期间，使用部署直升机防火期间未发生过山火跳闸，效果良好。
本发明实施例还提供一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例的步骤。
综上可知，本发明通过多因素计算山火隐患点的风险值，根据风险值以及各网格的部署后的风险降低值计算，可快速找到输电线路山火重点防护区域，直升机部署后，可尽可能多地覆盖输电线路山火重点防护区域。输电线路山火直升机部署方法可以计算部署在不同地点降低输电线路山火隐患点跳闸风险值，从而确保直升机的部署能效益最大化，节省投资。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取输电线路的山火隐患点的山火相关数据以及经纬度坐标；
根据输电线路山火隐患点的预测山火发生指数、植被类型、电压等级、历史山火次数指数、历史山火跳闸指数计算隐患点风险值；
将待部署区域均匀划分N*M个网格，计算将直升机分别部署在(N-1)*(M-1)个网格中的部署直升机产生风险降低值Ed，计算公式如下：
Figure FDA0003012227800000011
其中，Nh为可供部署的直升机数量，Nf,n为第n架直升机覆盖的隐患点数量，n为第n架直升机，m为第n架直升机覆盖的第m个隐患点；Rh为隐患点风险值，Pd为线路跳闸概率降低值，Ps为救援半径应急可能性，Nf为预测山火发生指数；Lmn为任意2架直升机部署点之间的距离，L100为救援半径应急可能性Ps为100％时对应直升机型号的最大距离；
选择风险降低值最大的网格K，且K满足(1<K<(N-1)*(M-1))，作为直升机的部署点。
2.根据权利要求1所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，输电线路的山火隐患点的山火相关数据，包括：输电线路名称、电压等级、杆塔号、离杆塔距离、与杆塔方位、植被类型和用火方式；所述用火方式包括祭祀和烧荒。
3.根据权利要求1所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述山火隐患点的经纬度坐标，根据以下步骤确定：根据输电线路杆塔收集的坐标，匹配隐患点的输电线路名称、杆塔号、方位及距离，找到隐患点的经纬度坐标。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述隐患点风险值Rh的计算公式如下：
Rh＝Nf·Vt·Vd·Nhf·Nht (4)
其中，Nf为预测山火发生指数，Vt为植被类型因子，Vd为电压等级因子，Nhf为历史山火次数指数，Nht为历史山火跳闸指数。
5.根据权利要求4所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，其中，所述历史山火跳闸指数Nht，通过以下步骤得到：
根据输电线路历史山火跳闸信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到山火隐患点最近杆塔的历史跳闸次数N1，获得历史山火跳闸指数：
Figure FDA0003012227800000021
6.根据权利要求4所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述历史山火次数指数Nhf，通过以下步骤得到：
根据输电线路历史山火信息，匹配输电线路名称和杆塔号，找到隐患点的历史山火次数N2，获得历史山火次数指数Nhf；
Figure FDA0003012227800000022
7.根据权利要求4所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述预测山火发生指数Nf，通过以下步骤得到：
根据输电线路山火密度预测网格文件，匹配山火隐患点的经度和纬度，找到隐患点位置的山火密度N3，获得预测山火发生指数：
Figure FDA0003012227800000023
8.根据权利要求1-3中任一项所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述Pd跳闸概率降低值,根据历次输电线路山火从发现至跳闸的时间统计，设定30分钟为“黄金救援时间”，认定30分钟内扑灭山火，线路跳闸概率降低值Pd取值为95％，45分钟内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为80％，1小时内扑灭山火的线路跳闸概率降低值Pd取值为50％，并且扑灭山火时间越长，线路跳闸概率降低值Pd越小；Pd取值为L/V，其中L为山火隐患点到直升机部署点的距离，V为对应直升机型号不搭载灭火水剂时飞行速度。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的基于电网山火隐患点风险的灭火直升机部署方法，其特征在于，所述救援半径应急可能性Ps，结合直升机的应急半径确定，直升机部署点到达山火隐患点的距离越近，救援半径应急可能性Ps越高。
10.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至9任一所述方法的步骤。
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