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)害檢測過程中,以人工為主,檢測技術(shù)人員的經(jīng)驗代表一切,缺乏科學(xué)合理的檢測方法,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,還會危害周圍居民的人身與財產(chǎn)安全。
輸電線路的線路較長,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節(jié)點出現(xiàn)問題,危害的將會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)多個監(jiān)測點,利用多傳感器融合的方式,實時監(jiān)測輸電線路地質(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)警時間,為人們提供更加穩(wěn)定的輸電環(huán)境。
主要利用多個傳感器數(shù)據(jù)融合的方式,對輸電線路地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進行采集。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)、土壤水分數(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),進行A/D 轉(zhuǎn)換之后,即可進入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊,得出的數(shù)據(jù)就是最為精準有效的數(shù)據(jù)。
圖1 數(shù)據(jù)采集融合過程
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),對數(shù)據(jù)進一步處理,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,文中將其帶入到實時預(yù)警模型中,對地質(zhì)災(zāi)害情況進行綜合預(yù)警。
為了實現(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)建出實時預(yù)警模型,表達式如下:
式(4)中,N為實時預(yù)警模型表達式;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,多傳感器能夠立即回傳數(shù)據(jù),并使監(jiān)測終端接收到回傳預(yù)警信號。再根據(jù)預(yù)警信號的地點、時間、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、類型、等級等數(shù)據(jù),反映歷史災(zāi)害情況。因此,該預(yù)警方法并不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)警信號接收延遲的現(xiàn)象,真正意義上做到實時預(yù)警。
為了驗證文章設(shè)計的預(yù)警方法是否具有實用價值,對上述方法進行實驗驗證。實驗結(jié)果以傳統(tǒng)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)警方法,與文章設(shè)計的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)警方法對比的形式呈現(xiàn)。。
文中在輸電線路地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域布設(shè)多個傳感器,傳感器類型為地表位移傳感器、固定測斜儀、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,對輸電線路發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害情況進行預(yù)測分析。輸電線路現(xiàn)場傳感單元相關(guān)技術(shù)指標見表1。
表1 現(xiàn)場傳感單元相關(guān)技術(shù)指標
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。已知在災(zāi)害等級為Ⅰ級處,地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)為42;在災(zāi)害等級為Ⅱ級處,地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)為36;在災(zāi)害等級為Ⅲ級處,地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)為68;在災(zāi)害等級為Ⅳ級處,地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)為85。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的四個災(zāi)害等級中,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)對輸電線路地質(zhì)災(zāi)害的實時預(yù)警環(huán)境。
在上述實驗條件下,隨機選取出8個輸電線路監(jiān)測點,并將其編號成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)害實時預(yù)警方法的預(yù)警時間,與文章設(shè)計的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)警方法的預(yù)警時間進行對比,實驗結(jié)果見表2。
表2 實驗結(jié)果
表2中,文章選取的DZZH_a~DZZH_h 共8 個監(jiān)測點,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)警時間在0~0.01 ms,可以保證預(yù)警的實時性,維護輸電線路的安全。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)害實時預(yù)警方法的預(yù)警時間較長,在監(jiān)測點DZZH_c 與DZZH_h 出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害時,預(yù)警時間分別為0.018 ms 與0.012 ms,超過1.0×10-2ms的基礎(chǔ)線,實時性效果不佳,輸電線路安全性無法保障。而文章設(shè)計的基于多傳感器融合的輸電地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)警方法的預(yù)警時間相對較短,均在1.0×10-2ms的基礎(chǔ)線以內(nèi),可以保證地質(zhì)災(zāi)害的實時預(yù)警效果,維護輸電線路安全,符合文章研究目的。
近些年來,輸電線路所處環(huán)境較為復(fù)雜,為邊遠山區(qū)帶去了光明的同時,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,對電網(wǎng)的運行造成了較大的威脅。因此,利用多傳感器,設(shè)計輸電線路地質(zhì)災(zāi)害實時預(yù)警方法。從采集災(zāi)害數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、構(gòu)建實時預(yù)警模型等方面,提高預(yù)警精度,縮短預(yù)警時間,為電網(wǎng)安全運行提供保障。