劉萬招

（深圳市深聯(lián)創(chuàng)展科技開發(fā)有限公司，廣東深圳 518028）

受到氣候環(huán)境、地理環(huán)境等影響，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。類似山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，對(duì)周圍居民、生態(tài)環(huán)境造成了較大的影響[1]。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)過程中，以人工為主，檢測(cè)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)代表一切，缺乏科學(xué)合理的檢測(cè)方法，從而無法做到地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)警[2]。輸電線路所處的環(huán)境較為復(fù)雜，以山區(qū)、濕地為主，極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，不僅影響周圍人們的安全用電效果，還會(huì)危害周圍居民的人身與財(cái)產(chǎn)安全。

輸電線路的線路較長(zhǎng)，分布范圍較廣，普遍為跨區(qū)、跨市的分布方式[3]。因此，輸電線路地勢(shì)環(huán)境復(fù)雜多變，電力企業(yè)無法保證每條輸電線路的安全。一旦輸電線路其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，危害的將會(huì)是整條線路周圍的用電環(huán)境[4]。因此，文章在輸電線路周圍布設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用多傳感器融合的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害情況[5]。并結(jié)合多傳感器融合技術(shù)，縮短輸電線路地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警時(shí)間，為人們提供更加穩(wěn)定的輸電環(huán)境。

1 基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法設(shè)計(jì)

1.1 采集輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

主要利用多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)融合的方式，對(duì)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。在輸電線路的相應(yīng)位置上，設(shè)置地表位移傳感器、固定測(cè)斜儀、土壤含水率傳感器、土壓力傳感器組件、雨量傳感器、溫濕度傳感器等多個(gè)傳感器[6]。分別采集地表位移數(shù)據(jù)、地面傾斜數(shù)據(jù)、土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、土壤受到的壓力數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)、空氣溫度與濕度數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)采集過程如圖1所示。多傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換之后，即可進(jìn)入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，得出的數(shù)據(jù)就是最為精準(zhǔn)有效的數(shù)據(jù)。

圖1 數(shù)據(jù)采集融合過程

1.2 基于多傳感器融合處理地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)

輸電線路周圍區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的過程中，按照災(zāi)害威脅程度，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類地質(zhì)災(zāi)害。其中，Ⅰ類災(zāi)害為危害較大的災(zāi)害，Ⅳ類災(zāi)害為危害最輕的災(zāi)害[7]。在此基礎(chǔ)上，文中將多傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。公式如下：

式（1）中，δ（a）為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)；a為采集到的數(shù)據(jù)類型；b1、b2、b3、b4分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)特征。其中，a作為多傳感器采集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在δ（a）=（a-b1）/（b1-b2）的情況下，與b1、b2的關(guān)系為b1≤a≤b2；在δ（a）=1 的情況下，b2≤a≤b3；在δ（a）=（a-b4）/（b3-b4）的情況下，b3≤a≤b4；在δ（a）=0 的情況下，a與b1、b2、b3、b4的關(guān)系不一定[8]。根據(jù)此轉(zhuǎn)換函數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，公式如下：

式（2）中，V（a）為處理之后的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)；為多傳感器數(shù)據(jù)融合系數(shù)；為歸一化操作數(shù)值。

將處理完成的數(shù)據(jù)分量用δ、θ、ε、λ表示，數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)著Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類災(zāi)害類型，則地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的優(yōu)化量為：

式（3）中，b為地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的整體特征；c為優(yōu)化參數(shù)；d為覆蓋系數(shù)；cf為多傳感器融合的四元分量；xa為四元分量的增量系數(shù)；dc為數(shù)據(jù)融合姿態(tài)估計(jì)值；ma為單位化的數(shù)據(jù)磁量。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后，文中將其帶入到實(shí)時(shí)預(yù)警模型中，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行綜合預(yù)警。

1.3 構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警模型

為了實(shí)現(xiàn)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)警，文章在得到多傳感器融合數(shù)據(jù)之后，利用數(shù)據(jù)多樣性，構(gòu)建出實(shí)時(shí)預(yù)警模型，表達(dá)式如下：

式（4）中，N為實(shí)時(shí)預(yù)警模型表達(dá)式；N1、N2、Nn-1、Nn為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警特征；δa為Ⅰ類地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)分量預(yù)警程度；θb為Ⅱ類地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)分量預(yù)警程度；εc為Ⅲ類地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)分量預(yù)警程度；λd為Ⅳ類地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)據(jù)分量預(yù)警程度。在輸電線路區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，多傳感器能夠立即回傳數(shù)據(jù)，并使監(jiān)測(cè)終端接收到回傳預(yù)警信號(hào)。再根據(jù)預(yù)警信號(hào)的地點(diǎn)、時(shí)間、事件，形成并發(fā)預(yù)警功能。并且，此種方法能夠直接固定傳感器的位置，數(shù)據(jù)流量較小。輸電線路終端位置，可以根據(jù)預(yù)警地點(diǎn)、類型、等級(jí)等數(shù)據(jù)，反映歷史災(zāi)害情況。因此，該預(yù)警方法并不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)警信號(hào)接收延遲的現(xiàn)象，真正意義上做到實(shí)時(shí)預(yù)警。

2 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證文章設(shè)計(jì)的預(yù)警方法是否具有實(shí)用價(jià)值，對(duì)上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以傳統(tǒng)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法，與文章設(shè)計(jì)的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法對(duì)比的形式呈現(xiàn)。。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

文中在輸電線路地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域布設(shè)多個(gè)傳感器，傳感器類型為地表位移傳感器、固定測(cè)斜儀、土壤含水率傳感器、土壓力傳感器組件、雨量傳感器、溫濕度傳感器。通過對(duì)地表位移、地表傾斜程度、土壤水分、土壤壓力、雨量大小、空氣中溫濕度等條件的監(jiān)測(cè)，對(duì)輸電線路發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。輸電線路現(xiàn)場(chǎng)傳感單元相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)傳感單元相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

表1中，文章按照上述傳感器傳回來的消息，將地質(zhì)災(zāi)害分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級(jí)。已知在災(zāi)害等級(jí)為Ⅰ級(jí)處，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)為42；在災(zāi)害等級(jí)為Ⅱ級(jí)處，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)為36；在災(zāi)害等級(jí)為Ⅲ級(jí)處，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)為68；在災(zāi)害等級(jí)為Ⅳ級(jí)處，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)為85。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的四個(gè)災(zāi)害等級(jí)中，災(zāi)害區(qū)域均能得到完整的預(yù)警，預(yù)警精度較高，可以應(yīng)對(duì)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)警環(huán)境。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，隨機(jī)選取出8個(gè)輸電線路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將其編號(hào)成DZZH_a～DZZH_h。在其他條件均一致的情況下，將傳統(tǒng)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法的預(yù)警時(shí)間，與文章設(shè)計(jì)的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法的預(yù)警時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2中，文章選取的DZZH_a～DZZH_h 共8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，輸電線路的位置不同，均布設(shè)在常見地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域。一般情況下，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警時(shí)間在0～0.01 ms，可以保證預(yù)警的實(shí)時(shí)性，維護(hù)輸電線路的安全。在周圍溫度、濕度等其他條件一致的情況下，傳統(tǒng)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法的預(yù)警時(shí)間較長(zhǎng)，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)DZZH_c 與DZZH_h 出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，預(yù)警時(shí)間分別為0.018 ms 與0.012 ms，超過1.0×10-2ms的基礎(chǔ)線，實(shí)時(shí)性效果不佳，輸電線路安全性無法保障。而文章設(shè)計(jì)的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法的預(yù)警時(shí)間相對(duì)較短，均在1.0×10-2ms的基礎(chǔ)線以內(nèi)，可以保證地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)警效果，維護(hù)輸電線路安全，符合文章研究目的。

3 結(jié)束語

近些年來，輸電線路所處環(huán)境較為復(fù)雜，為邊遠(yuǎn)山區(qū)帶去了光明的同時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害也逐漸增加。由于輸電線路導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害分布范圍較廣、危害較大，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成了較大的威脅。因此，利用多傳感器，設(shè)計(jì)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警方法。從采集災(zāi)害數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、構(gòu)建實(shí)時(shí)預(yù)警模型等方面，提高預(yù)警精度，縮短預(yù)警時(shí)間，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供保障。