架空輸電線路的山火密度的預測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種架空輸電線路的山火密度的預測方法，包括步驟：S1：將架空輸電線路通過的目標區(qū)域劃分為網(wǎng)格；S2：根據(jù)每個網(wǎng)格的歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度，預測每個網(wǎng)格未來同期的熱點密度。本發(fā)明利用最新數(shù)據(jù)滾動預測同期山火密度，不斷吐舊納新，預測準確率高，可開展電網(wǎng)山火精細化預測，預測空間分辨率可達2.5×2.5km，可有效指導電網(wǎng)山火防治。
【專利說明】
架空輸電線路的山火密度的預測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)防災減災技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及架空輸電線路的山火密度的預 測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 架空輸電線路走廊廣泛穿越人類活動頻繁的山區(qū)田地，受人民燒荒、上墳等生產(chǎn) 生活用火習俗的影響，線路走廊極易發(fā)生大范圍山火，造成多條線路同時跳閘停電，嚴重時 引發(fā)電網(wǎng)崩潰?，F(xiàn)有的山火處置方式大都在山火發(fā)生以后被動開展，難以及時抽調(diào)足夠的 人力物力進行防治，處置效率不高。為了提高電網(wǎng)應對突發(fā)山火的反應能力，亟需開展電網(wǎng) 山火預測預警工作。
[0003] 目前，氣象部門或林業(yè)部門對森林火災的預測主要從天氣因素出發(fā)，判斷未來某 大范圍區(qū)域火災發(fā)生的可能性。而架空輸電線路山火由于以下兩個原因，不能僅從天氣角 度進行大范圍預測：其一，山火發(fā)生點多面廣，線路分布錯綜復雜，對大片區(qū)域進行籠統(tǒng)預 測，無法切實指導具體山火防治工作；其二，山火發(fā)生受人為火源因素影響極大，相對天氣 條件這個眾所周知的因素而言，人們更關(guān)注的是人為火源因素。
[0004] 因此，為了實現(xiàn)架空線路山火的精細化預測，需要將預測區(qū)域網(wǎng)格細化，提高預測 空間分辨率。同時，將山火發(fā)生"可能性"量化為山火發(fā)生"次數(shù)"，以將預測的實用性進一步 增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種架空輸電線路的山火密度的預測方法，以解決目前的森 林火災的預測主要從天氣因素出發(fā)指導性不強且不能預測人為火源因素技術(shù)問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種架空輸電線路的山火密度的預測方法，包括 以下步驟：
[0007] S1:將架空輸電線路通過的目標區(qū)域劃分為網(wǎng)格；
[0008] S2:根據(jù)每個網(wǎng)格的歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度，預測每個網(wǎng)格未來同期的熱點密度。
[0009] 作為本發(fā)明的方法的進一步改進：
[0010] 步驟S2完成后，方法還包括：
[0011] S3:依據(jù)未來同期的熱點密度，并按照架空輸電線路山火分級原則，發(fā)布電網(wǎng)山火 預警信息。
[0012] 架空輸電線路山火分級原則包括以下五級：
[0013] -級，日均熱點密度〇~1個? 10-4 .km-2,無危險區(qū)；
[0014] 二級，日均熱點密度1~2個? 10-4. km-2,低危險區(qū)；
[0015]三級，日均熱點密度2~5個? 10-4 ? km-2,較危險區(qū)；
[0016]四級，日均熱點密度5~10個? l(T4.knf2,危險區(qū)；
[0017]五級，日均熱點密度1〇~。個.10-4.km-2,高危險區(qū)。
[0018] 步驟SI，包括以下步驟：
[0019] S101:依據(jù)架空輸電線路通過的目標區(qū)域的形狀，增加周邊區(qū)域?qū)⒛繕藚^(qū)域補充 為矩形；
[0020] S102:將矩形分為m行n列，得到mXn個y X y經(jīng)煒度的網(wǎng)格，底邊煒度為y〇。
[0021] 步驟S2包括以下步驟：
[0022] S201:設一個網(wǎng)格在某天氣、下墊面特征條件下的衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)為f，該值同期 歷史值為fhft，. . .，ft，...，按數(shù)據(jù)順序逐點推移求出M個數(shù)的平均數(shù)，得到移動平均數(shù)：
[0024]其中，M為移動平均項數(shù)，M<t，；F〇reCat為第t周期的移動平均數(shù);ft為第t周期熱 點數(shù)的觀測值。
[0025] 式（1)中，當t前移一個周期，就增加一個新數(shù)據(jù)，去掉一個舊數(shù)據(jù)，不斷更替得預 測公式為：
[0026] f(t + V)^Foreca(t) (2)
[0027] S202:根據(jù)第m行每個網(wǎng)格的面積Sm，結(jié)合公式(2)，得到第m行每個網(wǎng)格預測熱點 密度^V〇+i)為：
[0029] 式中，地球平均半徑辦=63711〇]1，^^?,"(『+ 1)為預測熱點密度，單位為個*1〇]1-2。
[0030] 第m行每個網(wǎng)格的面積由如下公式計算得到：
[0031] S^ajhn =0,30BjtE0/2(cos(70 + (m -1)/) + cos( yfi 4- ；;//)) (8 )
[0032] 其中，L為第m行中每個網(wǎng)格的均寬，am為第m行中每個網(wǎng)格的邊長。
[0033] M彡10。
[0034] 在一次預測完成后，根據(jù)實際衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)對預測熱點密度也5義7(《+ 1)進行修 正，修正值den/ (t+1)參與下一次預測。
[0035]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0036] 本發(fā)明的架空輸電線路的山火密度的預測方法，利用最新數(shù)據(jù)滾動預測同期山火 密度，不斷吐舊納新，預測準確率高，可開展電網(wǎng)山火精細化預測，預測空間分辨率可達2.5 X 2.5km，可有效指導電網(wǎng)山火防治。
[0037] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0038] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0039] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的架空輸電線路的山火密度的預測方法的流程示意圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的目標區(qū)域的網(wǎng)格劃分的示意圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的1°X1°經(jīng)煒度網(wǎng)格(北半球)的邊長計算示意圖；
[0042] 圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的架空輸電線路山火發(fā)生密度精細化預測模型示意圖； [0043]圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的架空輸電線路山火發(fā)生密度精細化預測原理示意圖；
[0044] 圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的2014年4月4日電網(wǎng)山火密度預報計算結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0045] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0046] 參見圖1，本發(fā)明的架空輸電線路的山火密度的預測方法，包括以下步驟：
[0047] S1:將架空輸電線路通過的目標區(qū)域劃分為網(wǎng)格；
[0048] S2:根據(jù)每個網(wǎng)格的歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度，預測每個網(wǎng)格未來同期的熱點密度。
[0049] 衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)主要受天氣、時間段、下墊面特征影響，因此在相似的天氣、下墊 面特征條件下，可以根據(jù)歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度來預測未來同期熱點密度。上述步驟利用 最新數(shù)據(jù)（歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度數(shù)據(jù)不斷更新)滾動預測同期山火密度，不斷吐舊納新， 預測準確率高，可開展電網(wǎng)山火精細化預測，預測空間分辨率可達2.5 X 2.5km，可有效指導 電網(wǎng)山火防治。
[0050] 在實際應用中，該方法還可擴充如下：
[0051] S1:參見圖2,依據(jù)架空輸電線路通過的目標區(qū)域的形狀，增加周邊區(qū)域?qū)⒛繕藚^(qū) 域補充為矩形;將矩形分為m行n列，得到mXn個y X y經(jīng)煒度的網(wǎng)格，底邊煒度為y〇。預測 每個網(wǎng)格內(nèi)未來火點數(shù)，即可得未來山火發(fā)生密度。
[0052] S2:設一個網(wǎng)格在某天氣、下墊面特征條件下的衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)為f，該值同期歷 史值為. . .，ft，...，按數(shù)據(jù)順序逐點推移求出M個數(shù)的平均數(shù)，得到移動平均數(shù)：
[0054] 其中，M為移動平均項數(shù)，M彡t，通常取M彡10;Forecat為第t周期的移動平均數(shù);ft 為第t周期熱點數(shù)的觀測值。
[0055] 式（1)中，當t前移一個周期，就增加一個新數(shù)據(jù)，去掉一個舊數(shù)據(jù)，不斷更替得預 測公式為：
[0056] f (t +1) ~ Forecast) (2)
[0057] 將地球視為標準球體，隨著煒度的增加，煒度圈不斷縮小，而經(jīng)度圈大小固定。已 知地球平均半徑Ro = 6371km。忽略地面起伏度的影響，由幾何知識可知，沿地球表面任一經(jīng) 度線跨越1°煒度經(jīng)過的距離cU為常數(shù)(如附圖3所示）：
(3)
[0059] 沿地球表面任一煒度線跨越1°經(jīng)度所經(jīng)過的距離d2與煒度a有關(guān)： (4)
[0061] 由式(3)可知，第m行中，每個網(wǎng)格邊*am為：
[0062] am=di y ^111 y (5)
[0063] 忽略單個網(wǎng)格上邊長與下邊長的長度差別，由式(4)可知，第m行中，每個網(wǎng)格下邊 寬bml和上邊寬bm2分別為：
(6)
[0065]則第m行中，每個網(wǎng)格均寬為：
(7)
[0067]則第m行每個網(wǎng)格的面積為：
[0068] ：：：0.3087iR〇y2(^ -i- (m -1)/) + cos(/0 + my)) (8)：
[0069] 根據(jù)第m行每個網(wǎng)格的面積Sm，結(jié)合公式（2)，得到第m行每個網(wǎng)格預測熱點密度 說"為：
(9)
[0071 ]式中，+ 1)為預測熱點密度，單位為個? knf2。
[0072]根據(jù)計算機的運算能力與應用需求選擇y的大小。例如，令y =0.0225°，預測空 間分辨率可達2.5 X 2.5km，這是目前業(yè)務化預測的最高精度。
[0073] 為了保持后續(xù)預測的準確性，每一次預測的時段過后應當根據(jù)實際衛(wèi)星監(jiān)測熱點 數(shù)對+ 1)進行修正，修正值den/ (t+1)參與下一次預測。預測模型及原理圖分別如圖 4、圖5所示。
[0074] S3:依據(jù)未來同期的山火發(fā)生密度（即預測的熱點密度+ 并按照架空 輸電線路山火分級原則，發(fā)布電網(wǎng)山火預警信息。
[0075] 架空輸電線路山火分級原則參照表1:
[0077]采用上述方法于2014年清明節(jié)期間湖南、江西、湖北等省份架空輸電線路山火預 測。
[0078] 2014年清明期間，國網(wǎng)湖南省電力公司防災減災中心向國家電網(wǎng)公司發(fā)布了湖 南、江西兩省的山火橙色預警，并有針對性地給出了建議措施，有效指導了國網(wǎng)公司清明節(jié) 期間的架空輸電線路山火防治工作。湖南省在山火預報的指導下，及時采取了現(xiàn)場滅火措 施，創(chuàng)造了無雨日清明期間全省電網(wǎng)山火零跳閘的記錄。具體過程如下：
[0079]分析天氣發(fā)現(xiàn)，2014年清明節(jié)期間湖南、江西天氣晴好，利用歷史10年(M=10)清 明期間天氣晴好條件下的湖南、江西日熱點密度數(shù)據(jù)，對相同下墊面特性地區(qū)采用山火發(fā) 生密度時間序列預測模型，計算兩省各地山火發(fā)生密度。令y =0.0225°，由式（5)可知，am ~2.5km，即預測空間分辨率可達2.5X2.5km。
[0080] 利用電網(wǎng)山火密度預報超算中心(計算速度130萬億次/秒)算得湖南除張家界、湘 西、長沙外的大部分地區(qū)，以及江西中南部大部分地區(qū)在4月4至5日日均山火發(fā)生密度在二 級以上，很多地區(qū)超過了5個? 1(T4 ? knf2(四級），局地超過了 10個? 1(T4 ? knf2(五級），如附 圖6所示。
[0081] 于是，結(jié)合兩省祭祀風俗，給出了預警建議：由于湖南、江西4月4至5日天氣晴好， 恰逢清明祭祖高發(fā)期，架空線路附近發(fā)生山火可能性大，建議湖南、江西兩省發(fā)布架空線路 山火橙色預警。后經(jīng)驗證，實際山火發(fā)生情況與預警結(jié)論十分吻合。
[0082] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，包括以下步驟： Sl:將架空輸電線路通過的目標區(qū)域劃分為網(wǎng)格； S2:根據(jù)每個網(wǎng)格的歷史衛(wèi)星監(jiān)測熱點密度，預測所述每個網(wǎng)格未來同期的熱點密度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，所述步驟 S2完成后，所述方法還包括： S3:依據(jù)所述未來同期的熱點密度，并按照架空輸電線路山火分級原則，發(fā)布電網(wǎng)山火 預警信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，所述架空 輸電線路山火分級原則包括以下五級： 一級，日均熱點密度O~1個· KT4 · knf2,無危險區(qū)； 二級，日均熱點密度1~2個· KT4 · knf2,低危險區(qū)； 三級，日均熱點密度2~5個· KT4 · knf2,較危險區(qū)； 四級，日均熱點密度5~10個· KT4 · knf2,危險區(qū)； 五級，日均熱點密度10~①個· KT4 · knf2,高危險區(qū)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在 于，所述步驟Sl，包括以下步驟： S101:依據(jù)架空輸電線路通過的目標區(qū)域的形狀，增加周邊區(qū)域?qū)⑺瞿繕藚^(qū)域補充 為矩形； S102:將矩形分為m行η列，得到mXn個γ X γ經(jīng)煒度的網(wǎng)格，底邊煒度為γ〇。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，所述步驟 S2包括以下步驟： S201:設一個網(wǎng)格在某天氣、下墊面特征條件下的衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)為f，該值同期歷史 值為fhft，. . .，ft，...，按數(shù)據(jù)順序逐點推移求出M個數(shù)的平均數(shù)，得到移動平均數(shù)：其中，M為移動平均項數(shù)Kt5Forecat為第t周期的移動平均數(shù);ft為第t周期熱點數(shù)的 觀測值。 式（1)中，當t前移一個周期，就增加一個新數(shù)據(jù)，去掉一個舊數(shù)據(jù)，不斷更替得預測公 式為： /'(/ + I) = Forecaif) 、2) S202:根據(jù)第m行每個網(wǎng)格的面積Sm，結(jié)合公式（2)，得到第m行每個網(wǎng)格預測熱點密度 晶",(?+ 1)為：式中，地球平均半徑R〇 = 6371km，c/c5O + 1)為預測熱點密度，單位為個· knf2。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，所述第m 行每個網(wǎng)格的面積由如下公式計算得到：其中，石w為第m行中每個網(wǎng)格的均寬，~為第m行中每個網(wǎng)格的邊長。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，所述M多 10。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的架空輸電線路的山火密度的預測方法，其特征在于，在一次預 測完成后，根據(jù)實際衛(wèi)星監(jiān)測熱點數(shù)對所述預測熱點密度必(? + 1)進行修正，修正值 denn/ (t+Ι)參與下一次預測。
【文檔編號】G08B17/00GK105931408SQ201610355448
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】陸佳政, 劉毓, 熊蔚立, 李波, 羅晶
【申請人】國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司防災減災中心, 國家電網(wǎng)公司