架空输电线路的山火密度的预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种架空输电线路的山火密度的预测方法，包括步骤：S1：将架空输电线路通过的目标区域划分为网格；S2：根据每个网格的历史卫星监测热点密度，预测每个网格未来同期的热点密度。本发明利用最新数据滚动预测同期山火密度，不断吐旧纳新，预测准确率高，可开展电网山火精细化预测，预测空间分辨率可达2.5×2.5km，可有效指导电网山火防治。
【专利说明】
架空输电线路的山火密度的预测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统防灾减灾技术领域，尤其涉及架空输电线路的山火密度的预 测方法。
【背景技术】
[0002] 架空输电线路走廊广泛穿越人类活动频繁的山区田地，受人民烧荒、上坟等生产 生活用火习俗的影响，线路走廊极易发生大范围山火，造成多条线路同时跳闸停电，严重时 引发电网崩溃。现有的山火处置方式大都在山火发生以后被动开展，难以及时抽调足够的 人力物力进行防治，处置效率不高。为了提高电网应对突发山火的反应能力，亟需开展电网 山火预测预警工作。
[0003] 目前，气象部门或林业部门对森林火灾的预测主要从天气因素出发，判断未来某 大范围区域火灾发生的可能性。而架空输电线路山火由于以下两个原因，不能仅从天气角 度进行大范围预测：其一，山火发生点多面广，线路分布错综复杂，对大片区域进行笼统预 测，无法切实指导具体山火防治工作；其二，山火发生受人为火源因素影响极大，相对天气 条件这个众所周知的因素而言，人们更关注的是人为火源因素。
[0004] 因此，为了实现架空线路山火的精细化预测，需要将预测区域网格细化，提高预测 空间分辨率。同时，将山火发生"可能性"量化为山火发生"次数"，以将预测的实用性进一步 增加。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种架空输电线路的山火密度的预测方法，以解决目前的森 林火灾的预测主要从天气因素出发指导性不强且不能预测人为火源因素技术问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种架空输电线路的山火密度的预测方法，包括 以下步骤：
[0007] S1:将架空输电线路通过的目标区域划分为网格；
[0008] S2:根据每个网格的历史卫星监测热点密度，预测每个网格未来同期的热点密度。
[0009] 作为本发明的方法的进一步改进：
[0010] 步骤S2完成后，方法还包括：
[0011] S3:依据未来同期的热点密度，并按照架空输电线路山火分级原则，发布电网山火 预警信息。
[0012] 架空输电线路山火分级原则包括以下五级：
[0013] -级，日均热点密度〇~1个? 10-4 .km-2,无危险区；
[0014] 二级，日均热点密度1~2个? 10-4. km-2,低危险区；
[0015]三级，日均热点密度2~5个? 10-4 ? km-2,较危险区；
[0016]四级，日均热点密度5~10个? l(T4.knf2,危险区；
[0017]五级，日均热点密度1〇~。个.10-4.km-2,高危险区。
[0018] 步骤SI，包括以下步骤：
[0019] S101:依据架空输电线路通过的目标区域的形状，增加周边区域将目标区域补充 为矩形；
[0020] S102:将矩形分为m行n列，得到mXn个y X y经炜度的网格，底边炜度为y〇。
[0021] 步骤S2包括以下步骤：
[0022] S201:设一个网格在某天气、下垫面特征条件下的卫星监测热点数为f，该值同期 历史值为fhft，. . .，ft，...，按数据顺序逐点推移求出M个数的平均数，得到移动平均数：
[0024]其中，M为移动平均项数，M<t，；F〇reCat为第t周期的移动平均数;ft为第t周期热 点数的观测值。
[0025] 式（1)中，当t前移一个周期，就增加一个新数据，去掉一个旧数据，不断更替得预 测公式为：
[0026] f(t + V)^Foreca(t) (2)
[0027] S202:根据第m行每个网格的面积Sm，结合公式(2)，得到第m行每个网格预测热点 密度^V〇+i)为：
[0029] 式中，地球平均半径办=63711〇]1，^^?,"(『+ 1)为预测热点密度，单位为个*1〇]1-2。
[0030] 第m行每个网格的面积由如下公式计算得到：
[0031] S^ajhn =0,30BjtE0/2(cos(70 + (m -1)/) + cos( yfi 4- ；;//)) (8 )
[0032] 其中，L为第m行中每个网格的均宽，am为第m行中每个网格的边长。
[0033] M彡10。
[0034] 在一次预测完成后，根据实际卫星监测热点数对预测热点密度也5义7(《+ 1)进行修 正，修正值den/ (t+1)参与下一次预测。
[0035]本发明具有以下有益效果：
[0036] 本发明的架空输电线路的山火密度的预测方法，利用最新数据滚动预测同期山火 密度，不断吐旧纳新，预测准确率高，可开展电网山火精细化预测，预测空间分辨率可达2.5 X 2.5km，可有效指导电网山火防治。
[0037] 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】
[0038] 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：
[0039] 图1是本发明优选实施例的架空输电线路的山火密度的预测方法的流程示意图；
[0040] 图2是本发明优选实施例的目标区域的网格划分的示意图；
[0041] 图3是本发明优选实施例的1°X1°经炜度网格(北半球)的边长计算示意图；
[0042] 图4是本发明优选实施例的架空输电线路山火发生密度精细化预测模型示意图； [0043]图5是本发明优选实施例的架空输电线路山火发生密度精细化预测原理示意图；
[0044] 图6是本发明优选实施例的2014年4月4日电网山火密度预报计算结果图。
【具体实施方式】
[0045] 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。
[0046] 参见图1，本发明的架空输电线路的山火密度的预测方法，包括以下步骤：
[0047] S1:将架空输电线路通过的目标区域划分为网格；
[0048] S2:根据每个网格的历史卫星监测热点密度，预测每个网格未来同期的热点密度。
[0049] 卫星监测热点数主要受天气、时间段、下垫面特征影响，因此在相似的天气、下垫 面特征条件下，可以根据历史卫星监测热点密度来预测未来同期热点密度。上述步骤利用 最新数据（历史卫星监测热点密度数据不断更新)滚动预测同期山火密度，不断吐旧纳新， 预测准确率高，可开展电网山火精细化预测，预测空间分辨率可达2.5 X 2.5km，可有效指导 电网山火防治。
[0050] 在实际应用中，该方法还可扩充如下：
[0051] S1:参见图2,依据架空输电线路通过的目标区域的形状，增加周边区域将目标区 域补充为矩形;将矩形分为m行n列，得到mXn个y X y经炜度的网格，底边炜度为y〇。预测 每个网格内未来火点数，即可得未来山火发生密度。
[0052] S2:设一个网格在某天气、下垫面特征条件下的卫星监测热点数为f，该值同期历 史值为. . .，ft，...，按数据顺序逐点推移求出M个数的平均数，得到移动平均数：
[0054] 其中，M为移动平均项数，M彡t，通常取M彡10;Forecat为第t周期的移动平均数;ft 为第t周期热点数的观测值。
[0055] 式（1)中，当t前移一个周期，就增加一个新数据，去掉一个旧数据，不断更替得预 测公式为：
[0056] f (t +1) ~ Forecast) (2)
[0057] 将地球视为标准球体，随着炜度的增加，炜度圈不断缩小，而经度圈大小固定。已 知地球平均半径Ro = 6371km。忽略地面起伏度的影响，由几何知识可知，沿地球表面任一经 度线跨越1°炜度经过的距离cU为常数(如附图3所示）：
(3)
[0059] 沿地球表面任一炜度线跨越1°经度所经过的距离d2与炜度a有关： (4)
[0061] 由式(3)可知，第m行中，每个网格边*am为：
[0062] am=di y ^111 y (5)
[0063] 忽略单个网格上边长与下边长的长度差别，由式(4)可知，第m行中，每个网格下边 宽bml和上边宽bm2分别为：
(6)
[0065]则第m行中，每个网格均宽为：
(7)
[0067]则第m行每个网格的面积为：
[0068] ：：：0.3087iR〇y2(^ -i- (m -1)/) + cos(/0 + my)) (8)：
[0069] 根据第m行每个网格的面积Sm，结合公式（2)，得到第m行每个网格预测热点密度 说"为：
(9)
[0071 ]式中，+ 1)为预测热点密度，单位为个? knf2。
[0072]根据计算机的运算能力与应用需求选择y的大小。例如，令y =0.0225°，预测空 间分辨率可达2.5 X 2.5km，这是目前业务化预测的最高精度。
[0073] 为了保持后续预测的准确性，每一次预测的时段过后应当根据实际卫星监测热点 数对+ 1)进行修正，修正值den/ (t+1)参与下一次预测。预测模型及原理图分别如图 4、图5所示。
[0074] S3:依据未来同期的山火发生密度（即预测的热点密度+ 并按照架空 输电线路山火分级原则，发布电网山火预警信息。
[0075] 架空输电线路山火分级原则参照表1:
[0077]采用上述方法于2014年清明节期间湖南、江西、湖北等省份架空输电线路山火预 测。
[0078] 2014年清明期间，国网湖南省电力公司防灾减灾中心向国家电网公司发布了湖 南、江西两省的山火橙色预警，并有针对性地给出了建议措施，有效指导了国网公司清明节 期间的架空输电线路山火防治工作。湖南省在山火预报的指导下，及时采取了现场灭火措 施，创造了无雨日清明期间全省电网山火零跳闸的记录。具体过程如下：
[0079]分析天气发现，2014年清明节期间湖南、江西天气晴好，利用历史10年(M=10)清 明期间天气晴好条件下的湖南、江西日热点密度数据，对相同下垫面特性地区采用山火发 生密度时间序列预测模型，计算两省各地山火发生密度。令y =0.0225°，由式（5)可知，am ~2.5km，即预测空间分辨率可达2.5X2.5km。
[0080] 利用电网山火密度预报超算中心(计算速度130万亿次/秒)算得湖南除张家界、湘 西、长沙外的大部分地区，以及江西中南部大部分地区在4月4至5日日均山火发生密度在二 级以上，很多地区超过了5个? 1(T4 ? knf2(四级），局地超过了 10个? 1(T4 ? knf2(五级），如附 图6所示。
[0081] 于是，结合两省祭祀风俗，给出了预警建议：由于湖南、江西4月4至5日天气晴好， 恰逢清明祭祖高发期，架空线路附近发生山火可能性大，建议湖南、江西两省发布架空线路 山火橙色预警。后经验证，实际山火发生情况与预警结论十分吻合。
[0082] 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。
【主权项】
1. 一种架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl:将架空输电线路通过的目标区域划分为网格； S2:根据每个网格的历史卫星监测热点密度，预测所述每个网格未来同期的热点密度。2. 根据权利要求1所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，所述步骤 S2完成后，所述方法还包括： S3:依据所述未来同期的热点密度，并按照架空输电线路山火分级原则，发布电网山火 预警信息。3. 根据权利要求2所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，所述架空 输电线路山火分级原则包括以下五级： 一级，日均热点密度O~1个· KT4 · knf2,无危险区； 二级，日均热点密度1~2个· KT4 · knf2,低危险区； 三级，日均热点密度2~5个· KT4 · knf2,较危险区； 四级，日均热点密度5~10个· KT4 · knf2,危险区； 五级，日均热点密度10~①个· KT4 · knf2,高危险区。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在 于，所述步骤Sl，包括以下步骤： S101:依据架空输电线路通过的目标区域的形状，增加周边区域将所述目标区域补充 为矩形； S102:将矩形分为m行η列，得到mXn个γ X γ经炜度的网格，底边炜度为γ〇。5. 根据权利要求4所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，所述步骤 S2包括以下步骤： S201:设一个网格在某天气、下垫面特征条件下的卫星监测热点数为f，该值同期历史 值为fhft，. . .，ft，...，按数据顺序逐点推移求出M个数的平均数，得到移动平均数：其中，M为移动平均项数Kt5Forecat为第t周期的移动平均数;ft为第t周期热点数的 观测值。 式（1)中，当t前移一个周期，就增加一个新数据，去掉一个旧数据，不断更替得预测公 式为： /'(/ + I) = Forecaif) 、2) S202:根据第m行每个网格的面积Sm，结合公式（2)，得到第m行每个网格预测热点密度 晶",(?+ 1)为：式中，地球平均半径R〇 = 6371km，c/c5O + 1)为预测热点密度，单位为个· knf2。6. 根据权利要求5所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，所述第m 行每个网格的面积由如下公式计算得到：其中，石w为第m行中每个网格的均宽，~为第m行中每个网格的边长。7. 根据权利要求5所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，所述M多 10。8. 根据权利要求5所述的架空输电线路的山火密度的预测方法，其特征在于，在一次预 测完成后，根据实际卫星监测热点数对所述预测热点密度必(? + 1)进行修正，修正值 denn/ (t+Ι)参与下一次预测。
【文档编号】G08B17/00GK105931408SQ201610355448
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】陆佳政, 刘毓, 熊蔚立, 李波, 罗晶
【申请人】国网湖南省电力公司, 国网湖南省电力公司防灾减灾中心, 国家电网公司