大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法.pdf

本发明介绍了一种大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法，包括下述步骤：(1)、获取输电线路告警山火火点数据；(2)、计量火点与附近杆塔之间的距离；(3)、预测火点的危险性程度；(4)、依序安排灭火：(5)、搜索出灭火设施的储备数据；(6)、生成若干个灭火应急处置决策方案；(7)、从步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案中，择出最优应急处置决策方案即大范围输电线路山火最优应急处置决策方案。本方法：1)、可最大限度利用有限的灭火队伍和物质达到最优的输电线路山火处置效率和效益。2)、可指导提前部署，增强电网山火处置能力。

权利要求书
1.  一种大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法，该方法包括下述步骤：
(1)、使用卫星红外遥感数据接收系统或在线搜索，获取委托输电线路告警山火火点数据；
(2)、计量步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点与附近杆塔之间的距离；
(3)、依据步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点所在地区当地的气象、地理、植被条件，使用常规方法，计算出该火点的关键特征，包括到达告警杆塔跳闸警戒距离的时间、火场面积、烟尘高度、烟尘浓度、火焰高度，预测出该火点的危险性程度；
(4)、依据步骤(3)所测火点的危险性程度，按危险性程度大小由大至小依序安排灭火，所述火点的危险性指标采用下列公式计算：
Ik=Vline·Sfire·Hsmoke·ρsmoke·HfireDfire·Tspread]]>
式中，Ik表示第k个火点的危险性指标；Vline表示输电线路电压等级；Sfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火场面积；Hsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘高度；ρsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘浓度；Hfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火焰高度；Dfire表示火点到告警杆塔跳闸警戒距离的距离；Tspread表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离的时间，归一化处理上述变量的取值；
(5)、在线搜索出灭火物资管理数据库中现有灭火设施的储备数据，包括：高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的灭火性能指标、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的储备数量、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的地理分布位置；
(6)、以步骤(4)所获火点的危险性指标、步骤(5)所搜索出的现有灭火设施的储备数据为依据，使用蒙特卡洛方法生成若干个灭火应急处置决策方案；
(7)、使用TOPSIS决策模型，从步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策 方案中，按下列步骤选择出最优应急处置决策方案：
(7.1)、计算目标函数，以委托输电线路山火跳闸产生的经济损失、灭火物资消耗、灭火物资转运成本为目标，计算出步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案的目标函数值，
(7.2)、计算方案的指标评价值矩阵，设步骤(6)所获灭火应急处置决策方案为m个，评价指标n个，以Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，则步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵为：
X=X11,X12,...,X1nX21,X22,...,X2n...·...·.,.,.,·Xml,Xm2,...,Xmn]]>
式中X为灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵，Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.3)、归一化处理，用以下公式对步骤(7.2)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵进行归一化处理；
rij=XijΣi=1mXij,(i=1,2,···,m;j=1,2,···,n)]]>
式中rij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.4)、确定评价指标的权重，采用专家意见调查法确定所述评价指标的权重Wj；
(7.5)、计算指标加权评价矩阵，以步骤(7.4)所确定的所述评价指标的权重因子Wj，计算步骤(6)所获灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵为：
V=w1r11,w2r12,···,wnr1nw1r21,w2r22···,wnr2n·········,·,·,·w1rm1w2rm2,···wmrmn=v11,v12,···,v1nv21,v22,···,v2n·········,·,·,·vm1,vm2,···,vmn]]>
式中V为灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，wj为第j个指标的权重因子，rij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.6)、计算指标加权评价值，按照下列公式计算出最理想的指标加权评价值和最不理想的指标加权评价值：
A+={v1+,v2+,···,vn+}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
A-={v1-,v2-,···,vn-}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
以上二式中，A+为最理想的指标加权评价值集合，A-为最不理想的指标加权评价值集合，为第j个指标的最理想的指标加权评价值，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.7)、计算距离，按照下列多维欧几里得距离计算公式，计算出步骤(6)所获灭火应急处置决策方案分别与最理想的指标加权评价值的距离和最不理想的指标加权评价值的距离，多维欧几里得距离计算公式为：
Li+=Σj=1n(vij-vj+)2,(i=1,2,···,m)]]>
Li-=Σj=1n(vij-vj-)2,(i=1,2,···,m)]]>
上式中，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，为第j个指标的最理想的指标加权评价值；
下式中，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值；
(7.8)、计算TOPSIS评价值，按照下列公式计算出步骤(6)所获灭 火应急处置决策方案的TOPSIS评价值：
Yi=Li-Li++Li-,(i=1,2,···,m)]]>
式中，Yi为所述方案的TOPSIS评价值，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离；
(7.9)、选出最优应急处置决策方案，依据步骤(7.8)计算出的步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的TOPSIS评价值的大小，选出TOPSIS值最大的应急处置决策方案即为可用于委托输电线路山火的最优应急处置决策方案，亦即大范围输电线路山火最优应急处置决策方案。

说明书大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法。
背景技术
近年来，输电线路附近山火频发，引发了包括特高压交直流线路多次跳闸停运事故，严重威胁到大电网安全稳定运行。在山火高发期例如清明、春节期间，输电线路附近爆发的山火数量高达数百上千，然而灭火队伍和物资十分有限，传统的灭火队伍和灭火物质在应对大范围山火时经常顾此失彼，难以达到灭火范围和灭火效益的最大化，迫切需要提出优化的输电线路山火应急处置智能决策方法，针对输电线路山火频发形势，综合考虑灭火物质储备及其分布特点、输电线路重要程度、山火火行为特征等要素，制定最优的输电线路山火应急处置方案，最大限度地利用有限的灭火队伍和灭火物质，达到最佳的输电线路山火处置效率和效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对输电线路附近山火频发而设备与技术落后的特点，提供一种大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法，使用该方法可以自动生成最优的山火应急处置方案，提高山火处置的效率和效益，要求该方法思路新颖、操作简单、实用性强。
本发明的技术方案是，综合考虑输电线路重要程度、山火危险程度、山火分布特征、山火火行为诸因素，充分利用已有的灭火设施，提供一种大范围输电线路山火应急处置优化智能决策方法，用以提高输电线路山火应急处置的效率和效益。具体来说该方法包括下述步骤：
(1)、使用卫星红外遥感数据接收系统或在线搜索，获取委托输电线路告警山火火点数据；
(2)、计量步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点与附近杆塔之间的距离；
(3)、依据步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点所在地区当地的气象、地理、植被条件，使用常规方法，计算出该火点的关键特征，包括到达告警杆 塔跳闸警戒距离的时间、火场面积、烟尘高度、烟尘浓度、火焰高度，预测出该火点的危险性程度；
(4)、依据步骤(3)所测所述火点的危险性程度，按危险性程度大小由大至小依序安排灭火，所述火点的危险性指标采用下列公式计算：
Ik=Vline·Sfire·Hsmoke·ρsmoke·HfireDfire·Tspread]]>
式中，Ik表示第k个火点的危险性指标；Vline表示输电线路电压等级；Sfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火场面积；Hsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘高度；ρsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘浓度；Hfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火焰高度；Dfire表示火点到告警杆塔跳闸警戒距离的距离；Tspread表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离的时间。由于上述变量的量纲存在较大差异，因此需归一化处理上述变量的取值；
(5)、在线搜索出灭火物资管理数据库中现有灭火设施的储备数据，包括：高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的灭火性能指标、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的储备数量、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的地理分布位置；(1、如果不用在线需告诉详细地址和具体办法找到数据库。2、大型小型会引发多大多小的问题。3、等会引发到底还有哪些灭火物资的问题。)
(6)、以步骤(4)所获火点的危险性指标、步骤(5)所搜索出的现有灭火设施的储备数据为依据，使用蒙特卡洛方法生成若干个灭火应急处置决策方案；
(7)、使用基于综合考虑主客观权重的TOPSIS(英文全称为“Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution”的缩写，中文译文为“理想解逼近排序技术”。)决策模型，从步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案中，按下列步骤选择出最优应急处置决策方案：
(7.1)、计算目标函数。以委托输电线路山火跳闸产生的经济损失、灭火物资消耗、灭火物资转运成本为目标，计算出步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案的目标函数值。
(7.2)、计算方案的指标评价值矩阵。设步骤(6)所获灭火应急处置决策方案为m个，评价指标n个，以Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，则步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵为：
X=X11,X12,...,X1nX21,X22,...,X2n...·...·.,.,.,·Xml,Xm2,...,Xmn]]>
式中X为灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵，Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.3)、归一化处理。由于各个评价指标的量纲不同，为了便于比较，需要用以下公式对步骤(7.2)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵进行归一化处理；
rij=XijΣi=1mXij,(i=1,2,···,m;j=1,2,···,n)]]>
式中rij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.4)、确定评价指标的权重。采用专家意见调查法确定所述评价指标的权重Wj；
(7.5)、计算指标加权评价矩阵。以步骤(7.4)所确定的所述评价指标的权重因子Wj，计算步骤(6)所获灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵为：
V=w1r11,w2r12,···,wnr1nw1r21,w2r22···,wnr2n·········,·,·,·w1rm1w2rm2,···wmrmn=v11,v12,···,v1nv21,v22,···,v2n·········,·,·,·vm1,vm2,···,vmn]]>
式中V为灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，wj为第j个指标的权重因子，rij为第i个应急 处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.6)、计算指标加权评价值。按照下列公式计算出最理想的指标加权评价值和最不理想的指标加权评价值：
A+={v1+,v2+,···,vn+}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
A-={v1-,v2-,···,vn-}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
以上二式中，A+为最理想的指标加权评价值集合，A-为最不理想的指标加权评价值集合，为第j个指标的最理想的指标加权评价值，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.7)、计算距离。按照下列多维欧几里得距离计算公式，计算出步骤(6)所获灭火应急处置决策方案分别与最理想的指标加权评价值的距离和最不理想的指标加权评价值的距离。多维欧几里得距离计算公式为：
Li+=Σj=1n(vij-vj+)2,(i=1,2,···,m)]]>
Li-=Σj=1n(vij-vj-)2,(i=1,2,···,m)]]>
上式中，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，为第j个指标的最理想的指标加权评价值；
下式中，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值；
(7.8)、计算TOPSIS评价值。按照下列公式计算出步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的TOPSIS评价值：
Yi=Li-Li++Li-,(i=1,2,···,m)]]>
式中，Yi为所述方案的TOPSIS评价值，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离；
(7.9)、选出最优应急处置决策方案。依据步骤(7.8)计算出的步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的TOPSIS评价值的大小，选出TOPSIS值最大的应急处置决策方案即为可用于委托输电线路山火的最优应急处置决策方案，亦即大范围输电线路山火最优应急处置决策方案。
本发明的有益效果是：
1)、可快速制定最优的大范围输电线路山火应急处置决策方案，最大限度地利用有限的灭火队伍和灭火物质，达到最优的输电线路山火处置的效率和效益。
2)、可用本方法指导输电线路山火高发地区和高发时段提前部署灭火队伍和灭火物资，增强电网山火处置能力。
具体实施方式
实施例1：
(1)、使用中国国家电网输变电设备防冰减灾技术重点实验室与国家气象卫星中心联合建设的卫星红外遥感数据接收系统获取委托输电线路告警山火火点数据；
(2)、计量步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点与附近杆塔之间的距离；
(3)、依据步骤(1)所获委托输电线路告警山火火点所在地区当地的气象、地理、植被条件，使用常规方法，计算出该火点的关键特征，包括到达告警杆塔跳闸警戒距离的时间、火场面积、烟尘高度、烟尘浓度、火焰高度，预测出该火点的危险性程度；
(4)、依据步骤(3)所测所述火点的危险性程度，按危险性程度大小由大至小依序安排灭火，所述火点的危险性指标采用下列公式计算：
Ik=Vline·Sfire·Hsmoke·ρsmoke·HfireDfire·Tspread]]>
式中，Ik表示第k个火点的危险性指标；Vline表示输电线路电压等级；Sfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火场面积；Hsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘高度；ρsmoke表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的烟尘浓度；Hfire表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离时的火焰高度； Dfire表示火点到告警杆塔跳闸警戒距离的距离；Tspread表示火点蔓延到告警杆塔跳闸警戒距离的时间。归一化处理上述变量的取值；
(5)、在线搜索出灭火物资管理数据库中现有灭火设施的储备数据，包括：高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的灭火性能指标、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的储备数量、高压灭火平台、螺旋式细水雾灭火机、灭火拖把、灭火弹的地理分布位置；
(6)、以步骤(4)所获火点的危险性指标、步骤(5)所搜索出的现有灭火设施的储备数据为依据，使用蒙特卡洛方法生成若干个灭火应急处置决策方案；
(7)、使用TOPSIS决策模型，从步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案中，按下列步骤选择出最优应急处置决策方案：
(7.1)、计算目标函数。以委托输电线路山火跳闸产生的经济损失、灭火物资消耗、灭火物资转运成本为目标，计算出步骤(6)所获若干个灭火应急处置决策方案的目标函数值。
(7.2)、计算方案的指标评价值矩阵。设步骤(6)所获灭火应急处置决策方案为m个，评价指标n个，以Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，则步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵为：
X=X11,X12,...,X1nX21,X22,...,X2n...·...·.,.,.,·Xml,Xm2,...,Xmn]]>
式中X为灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵，Xij表示第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.3)、归一化处理。用以下公式对步骤(7.2)所获灭火应急处置决策方案的指标评价值矩阵进行归一化处理；
rij=XijΣi=1mXij,(i=1,2,···,m;j=1,2,···,n)]]>
式中rij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，Xij表示 第i个应急处置决策方案的第j个指标的评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.4)、确定评价指标的权重。采用专家意见调查法确定所述评价指标的权重Wj；
(7.5)、计算指标加权评价矩阵。以步骤(7.4)所确定的所述评价指标的权重因子Wj，计算步骤(6)所获灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵为：
V=w1r11,w2r12,···,wnr1nw1r21,w2r22···,wnr2n·········,·,·,·w1rm1w2rm2,···wmrmn=v11,v12,···,v1nv21,v22,···,v2n·········,·,·,·vm1,vm2,···,vmn]]>
式中V为灭火应急处置方案的指标加权评价矩阵，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，wj为第j个指标的权重因子，rij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的归一化评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.6)、计算指标加权评价值。按照下列公式计算出最理想的指标加权评价值和最不理想的指标加权评价值：
A+={v1+,v2+,···,vn+}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
A-={v1-,v2-,···,vn-}={maxvij|i=1,2,···,m}]]>
以上二式中，A+为最理想的指标加权评价值集合，A-为最不理想的指标加权评价值集合，为第j个指标的最理想的指标加权评价值，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，m为方案个数，n为评价指标个数；
(7.7)、计算距离。按照下列多维欧几里得距离计算公式，计算出步骤(6)所获灭火应急处置决策方案分别与最理想的指标加权评价值的距离和最不理想的指标加权评价值的距离。多维欧几里得距离计算公式为：
Li+=Σj=1n(vij-vj+)2,(i=1,2,···,m)]]>
Li-=Σj=1n(vij-vj-)2,(i=1,2,···,m)]]>
上式中，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，vij为第i个应急处置决策方案的第j个指标的加权评价值，为第j个指标的最理想的指标加权评价值；
下式中，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离，为第j个指标的最不理想的指标加权评价值；
(7.8)、计算TOPSIS评价值。按照下列公式计算出步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的TOPSIS评价值：
Yi=Li-Li++Li-,(i=1,2,···,m)]]>
式中，Yi为所述方案的TOPSIS评价值，为所述方案与最理想指标加权评价值的距离，为所述方案与最不理想指标加权评价值的距离；
(7.9)、选出最优应急处置决策方案。依据步骤(7.8)计算出的步骤(6)所获灭火应急处置决策方案的TOPSIS评价值的大小，选出TOPSIS值最大的应急处置决策方案即为可用于委托输电线路山火的最优应急处置决策方案，亦即大范围输电线路山火最优应急处置决策方案。
实施例2：
(1)、在线搜索，获取委托输电线路告警山火火点数据；
步骤(2)～(7)同实施例1。