压发生器，击穿电压测量采用300kV的多电容分压器和具 有测电压峰值功能的万用表，激光雷达测量山火烟雾后向散射光子数的试验布置如图1所 示。测量步骤如下：
[0060] 1)将导线与大地间隙之间的初始高度设置为氏=2m。
[0061] 2)点燃火堆，可以用适量的酒精引燃，在燃烧过程中可以适量洒一些水，使其产生 浓烈的火焰和大量的烟雾。
[0062] 3)启动激光雷达设备对火堆正上方导线处烟雾进行监测。
[0063] 4)启动工频电压发生器，先逐级加压，至导线与大地间隙发生放电击穿，记录发生 击穿时激光雷达设备显示的激光后向散射光子数的最大值n_，再运用升降法，缓慢降低电 源电压，若间隙发生击穿，则记录激光雷达设备显示的激光后向散射光子数的最大值；若间 隙未发生击穿时，则缓慢升高电源电压，直至间隙发生击穿为止，记录后向散射光子数的最 大值，重复升降压试验10次，取10次试验测得后向散射光子数最大值的平均值，记为IV
[0064] 5)关闭高压电源，以0.lm为步长增加导线高度，即每次增高导线高度后再启动电 源进行10次升降压试验，同样取每10次试验测得后向散射光子数最大值的平均值，受试验 室顶梁高度的限制，将导线高度最大升高至5m，总共测得在高度氏，H2,H3~H3(I下分别对应 的IVn2,rv"n3(l等值。
[0065] 6)建立后向散射光子数与导线高度之间的灰色预测模型，对实际输电线路环境下 各电压等级导线高度下易引起间隙放电的后向散射光子数的数量进行求解计算，该值可表 征山火烟雾的浓度，亦可作为激光雷达监测山火的报警阈值，一旦激光雷达设备监测到后 向散射光子数达到了这个值就设置报警信号，说明输电线路走廊山火规模发展到了威胁线 路安全的程度，要立即采取措施灭火，保障输电线路安全稳定运行。其具体情况如下：
[0066] 6. 1)建立灰色预测模型
[0067] 将测得的后向散射光子数作为已知数据列，建立导线高度与后向散射光子数之间 的GM(1，1)灰色预测模型；
[0068] 已知实验数据列为n(Q) =(n(Q) (1)，n(Q) (2)，. . .，n(Q) (n))，做1次累加生成数列：
[0069] n(1) =(n⑴(1)，n(1) (2)，? ? ?，n(1) (n))
[0070] = (n(1) (1),n(1) (1) +n(0)(2), . . . ,n(1) (n-1) +n(0) (n))
[0071] 其中
求均值数列：
[0072] z(1)(k) = 0. 5n(1) (k) +0. 5n(1) (k~l),k=2, 3,. . . ,n
[0073] 贝丨Jz(1) =(z(1)⑵，z(1) (3)，…z(1) (n))，此时，建立灰微分方程：
[0074] n(0) (k)+az(1) (k) =b,k=2, 3,. . . ,n
[0075] 相应的白化微分方程为：
[0077] 令u= (a，b)T，Y= (n(°)(2)，n(°)(3)，...，n(°)(n))T， 则参数a,b可 ， 由最小二乘法求得，即使J(u) = (Y-Bu)T(Y-Bu)达到最小值时，求解得到：
[0078] u= (a,b)T= (BtB)_1BtY
[0079] 再求解白化微分方程，得：
[0081] n(1) (k+1)为所得的累加的预测值，将预测值还原，即为：
[0082] n(0) (k+1) =n(1) (k+1) _n(1) (k)，（k= 1、2、3. ? ?n_l)
[0083] 则nto) (k+1)为需要预测的后向散射光子数序列值。
[0084] 6. 2)灰色预测方法
[0085] 6. 2.1)数据的预处理
[0086] 为了保证建模方法的可行性，需要对实验数据进行必要的检验处理，对初始实验 数据形成的数列n(Q) =(n(Q) (1)，n(Q) (2)，. . .，n(Q) (n))，计算数列的级比：
[0088] 如果所有的级比都落在可容覆盖范围
内，则数列n?可以作为 GM(1，1)灰色预测模型的原始数据进行预测，否则，需要对数列nto)作必要的变换处理，使 其落入可容覆盖范围X内，取适当常数c，作平移变换：
[0089] m(0) (k) =n(0) (k) +c,k= 1, 2,. . . ,n
[0090] 使数列m(〇) =(m(?) (1)，m(〇) (2)，? ? ?，m(〇) (n))的级比：
[0092] 6. 2. 2)按照上面步骤6. 1)中介绍的方法建立GM(1，1)灰色预测模型：
[0094] 因此，可通过测得不同导线高度下致使导线与大地间隙发生放电击穿的烟雾的后 向散射光子数来预测实际环境中各电压等级导线高度下易引起间隙放电的后向散射光子 数的数量，该值可表征山火烟雾的浓度，亦可作为激光雷达监测山火的报警阈值，一旦激光 雷达设备监测到后向散射光子数达到了这个值就设置报警信号，说明输电线路走廊山火规 模发展到了威胁线路安全的程度，要立即采取措施灭火，保障输电线路安全稳定运行。
[0095] 综上所述，本发明结合激光雷达监测山火烟雾获取的烟雾距离和后向散射光子数 信息，通过模拟试验测得不同高度下导线下方发生山火引起导线与大地间隙放电击穿时烟 雾后向散射光子数的数量，建立计算实际情况下各电压等级对应的输电导线高度下发生山 火会引起击穿的后向散射光子数的预测模型，通过设定这个后向散射光子数作为激光雷达 监测各电压等级输电线路山火烟雾的报警阈值，既能在山火爆发到足够引起导线与大地间 隙放电击穿的规模时进行实时准确的预警，又能避免山火规模不足引起误判而浪费灭火的 人力和物力，具有重大的工程指导意义和经济价值，值得推广。
[0096] 以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范 围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阔值的方法，其特征在于；采用活体树枝 和干草作为燃料模拟山火，W椿与板间隙模拟实际情况下导线与大地间隙，其包括W下步 骤： 1) 将导线与大地间隙之间的初始高度设置为Hi; 2) 点燃火堆，在燃烧过程中洒一些水，使其产生浓烈的火焰和大量的烟雾； 3) 启动激光雷达设备对火堆正上方导线处烟雾进行监测； 4) 启动工频电压发生器，先逐级加压，至导线与大地间隙发生放电击穿，记录发生击 穿时激光雷达设备显示的激光后向散射光子数的最大值n。。,，再运用升降法，缓慢降低电源 电压，若间隙发生击穿，则记录激光雷达设备显示的激光后向散射光子数的最大值；若间隙 未发生击穿时，则缓慢升高电源电压，直至间隙发生击穿为止，记录后向散射光子数的最大 值，重复升降压试验多次，取该几次试验测得后向散射光子数最大值的平均值，记为ni; 5) 关闭高压电源，设定步长增加导线高度，即每次增高导线高度后再启动电源进行多 次升降压试验，同样取该多次试验测得后向散射光子数最大值的平均值，直至导线上升至 最大高度，总共测得在高度Hi, …H。下分别对应的n1，叫，rv''n。等值； 6) 建立后向散射光子数与导线高度之间的灰色预测模型，对实际输电线路环境下各电 压等级导线高度下易引起间隙放电的后向散射光子数的数量进行求解计算，该值可表征山 火烟雾的浓度，亦可作为激光雷达监测山火的报警阔值，一旦激光雷达设备监测到后向散 射光子数达到了该个值就设置报警信号，说明输电线路走廊山火规模发展到了威胁线路安 全的程度，要立即采取措施灭火，保障输电线路安全稳定运行。2. 根据权利要求1所述的一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阔值的方法，其特 征在于，所述步骤6)包括W下步骤： 6. 1)建立灰色预测模型 将测得的后向散射光子数作为已知数据列，建立导线高度与后向散射光子数之间的GM(1，1)灰色预测模型； 已知实验数据列为n? =(n? (1)，n? (2)，…，n? (n))，做1次累加生成数列：n("= (n(i)a)，n("(2)，…，n(i)(n)) = (n(i)a)，n(i)a)+nW(2)，...，n(i)(n-l)+n(0(n)) 其中求均值数列： z(。化）=0. 5n(。化）+0. 5n(。化-1),k= 2, 3,…，n则z(1) =(z(1) (2)，z(1) (3)，…z(1) (n))，此时，建立灰微分方程： n(扣化）+az(i)化）=b,k= 2, 3,…，n 相应的白化微分方程为：令U= (a，b)T，Y= (nW(2)，n(w(3)，…，n(w(n))T， 则参数a, b可由最 小二乘法求得，即使J(u) = (Y-Bu)t(Y-Bu)达到最小值时，求解得到： U= (a，b)T=炬tb)-ibTy 再求解白化微分方程，得：nW化+1)为所得的累加的预测值，将预测值还原，即为；n(扣化+1) =n。）化+1)-n("化），化=1、2、3...n_l) 贝1Jn? (k+1)为需要预测的后向散射光子数序列值； 6. 2)灰色预测方法 6.2. 1)数据的预处理 为了保证建模方法的可行性，需要对实验数据进行必要的检验处理，对初始实验数据 形成的数列n? =(nW(1)，n? (2)，…，n? (n))，计算数列的级比：如果所有的级比都落在可容覆盖范围！内，则数列n?可W作为GM(1，1) 灰色预测模型的原始数据进行预测，否则，需要对数列n?作必要的变换处理，使其落入可 容覆盖范围X内，取所需常数C，作平移变换： m(扣化）=n(扣化）+c，k= 1, 2,…，n 使数列m?= (mW(l)，mW(2)，…，m?(n))的级比：6. 2. 2)按照上面步骤6. 1)中介绍的方法建立GM(1，1)灰色预测模型：因此，可通过测得不同导线高度下致使导线与大地间隙发生放电击穿的烟雾的后向散 射光子数来预测实际环境中各电压等级导线高度下易引起间隙放电的后向散射光子数的 数量，该值可表征山火烟雾的浓度，亦可作为激光雷达监测山火的报警阔值，一旦激光雷达 设备监测到后向散射光子数达到了该个值就设置报警信号，说明输电线路走廊山火规模发 展到了威胁线路安全的程度，要立即采取措施灭火，保障输电线路安全稳定运行。
【专利摘要】本发明公开了一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阈值的方法，主要是结合激光雷达监测山火烟雾获取的烟雾距离和后向散射光子数信息，通过模拟试验测得不同高度下导线下方发生山火引起导线与大地间隙放电击穿时烟雾后向散射光子数的数量，建立计算实际情况下各电压等级对应的输电导线高度下发生山火会引起击穿的后向散射光子数的预测模型，通过设定这个后向散射光子数作为激光雷达监测各电压等级输电线路山火烟雾的报警阈值，既能在山火爆发到足够引起导线与大地间隙放电击穿的规模时进行实时准确的预警，又能避免山火规模不足引起误判而浪费灭火的人力和物力，具有重大的工程指导意义和经济价值。
【IPC分类】G06Q10/04, G08B17/00, G06Q50/06
【公开号】CN104933821
【申请号】CN201510331180
【发明人】谢从珍, 胡长猛, 张敏, 戴栋, 陈锡阳
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月15日