劉振國(guó)， 于海， 封士光， 張禹

（1. 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

煤礦開采各個(gè)環(huán)節(jié)中都應(yīng)用了大量電氣設(shè)備，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電氣設(shè)備工作的可靠性、煤礦生產(chǎn)的安全性及礦山建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性[1]。在礦區(qū)電力供應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，供電架空線路因其分布范圍廣、工作環(huán)境惡劣等原因受到外部損壞的可能性極高，是礦區(qū)安全生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)[2]。礦區(qū)開采活動(dòng)復(fù)雜，威脅線路穩(wěn)定運(yùn)行的因素眾多，現(xiàn)有的線路巡檢方案僅能在事故后發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，無法避免事故發(fā)生[3]。為在事故發(fā)生前排除風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)警[4-5]。

目前，常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法按照評(píng)估結(jié)果可分為定性評(píng)估方法、定量評(píng)估方法、半定量評(píng)估方法[6]。定性評(píng)估方法基于研究者的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)進(jìn)行評(píng)估，能夠結(jié)合歷史教訓(xùn)等非量化指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷，結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于評(píng)估者的水平，存在誤判的可能，且無法量化風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，難以與其他評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較，較少用于綜合評(píng)價(jià)[7-8]。定量評(píng)估方法使用精確的數(shù)量指標(biāo)來表述評(píng)估結(jié)果，評(píng)估結(jié)果直觀，不受評(píng)價(jià)者主觀因素影響[9-10]，但其需要大量的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，多用于數(shù)據(jù)易獲得的評(píng)價(jià)對(duì)象。此外，在將復(fù)雜具體問題進(jìn)行量化的過程中可能導(dǎo)致受評(píng)因素簡(jiǎn)單化，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度產(chǎn)生不利影響[6]。

半定量評(píng)估方法融合了定量和定性評(píng)估的優(yōu)點(diǎn)[11-12]，既能通過評(píng)價(jià)者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)某些難以量化的指標(biāo)進(jìn)行靈活判斷，適應(yīng)不同的評(píng)估對(duì)象，又能夠降低數(shù)據(jù)量的需求、數(shù)據(jù)收集和處理的成本和難度。因此，半定量評(píng)估方法在電氣領(lǐng)域應(yīng)用較廣[13–17]。其中作業(yè)條件危險(xiǎn)性分析（Likelihood Exposure Consequence，LEC）法能夠?qū)ψ鳂I(yè)環(huán)境中危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)程度做出評(píng)價(jià)，與架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)目標(biāo)相適應(yīng)。但由于LEC法在應(yīng)用時(shí)需要依靠評(píng)價(jià)者的經(jīng)驗(yàn)來對(duì)危險(xiǎn)程度等進(jìn)行人為賦值及劃定危險(xiǎn)程度等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果受主觀影響較大。

為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)線路外破風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)估，本文借助圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)LEC法的賦值方案進(jìn)行改進(jìn)，提高評(píng)估結(jié)果的客觀性，實(shí)現(xiàn)對(duì)單一外破風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；應(yīng)用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）綜合衡量不同種類外破風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)礦區(qū)架空線路的疊加影響，從而得到實(shí)際運(yùn)行中的礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)水平。

1 礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系建立

為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)估，需要明確主要存在的外破風(fēng)險(xiǎn)種類，分析不同外破風(fēng)險(xiǎn)可能帶來的影響及嚴(yán)重程度，為后續(xù)進(jìn)行外破風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供依據(jù)。通過實(shí)地考察并走訪礦區(qū)相關(guān)工作人員，總結(jié)出礦區(qū)架空線路主要外破事故如下。

1） 車輛碰線事故。礦區(qū)內(nèi)常有各種車輛及大型機(jī)械活動(dòng)，對(duì)礦區(qū)架空線路及桿塔造成威脅。礦區(qū)常見車輛、機(jī)械：① 吊斗鏟。吊斗鏟臂長(zhǎng)達(dá)100 m以上，對(duì)礦區(qū)架空線路造成較大威脅。② 挖掘機(jī)。礦區(qū)為了提升開采效率，往往采用規(guī)格大的挖掘機(jī)，其較大的體積和較長(zhǎng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致碰線事故。③ 其他車輛。礦區(qū)常見的車輛有卡車、推土機(jī)，這類車輛的高度較小，發(fā)生碰線事故的概率較低，但由于經(jīng)常在礦區(qū)內(nèi)移動(dòng)，可能發(fā)生撞擊桿塔事故，造成桿塔傾斜甚至倒塌，對(duì)架空線路的安全運(yùn)行帶來隱患。

2） 漂浮異物碰線事故。礦區(qū)架空線路可能被塑料袋、氣球或樹枝等異物纏繞懸掛，造成跳閘，影響正常供電。礦區(qū)也會(huì)使用無人機(jī)作為線路巡檢的補(bǔ)充方式，但礦區(qū)架空線路交錯(cuò)復(fù)雜，存在無人機(jī)碰線的可能。

3） 火災(zāi)。礦區(qū)架空線路可能設(shè)立在植被茂密區(qū)域，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，會(huì)波及輸電線路、移動(dòng)變電站等供電設(shè)備，影響礦區(qū)正常供電。

4） 人身安全事故。礦區(qū)常有相關(guān)人員進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，應(yīng)視為人口密集地區(qū)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，導(dǎo)線與地面的最小距離為6.5 m，為防止人員觸及或接近帶電體造成事故，人員不應(yīng)該出現(xiàn)在離架空線路過近的空間。

參照Q/GDW 173—2008《架空輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，構(gòu)建礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1所示。對(duì)車輛碰線事故、漂浮異物碰線事故、火災(zāi)、人身安全事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將形成各類事故的風(fēng)險(xiǎn)源作為事故的一級(jí)指標(biāo)，并根據(jù)事故成因進(jìn)一步細(xì)化得出相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)。

圖1 礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系Fig. 1 Risk assessment index system for external breakage of overhead lines in mining area

2 改進(jìn)LEC法

2.1 傳統(tǒng)LEC法

LEC法是一種對(duì)有潛在危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中的危險(xiǎn)源開展半定量的安全評(píng)定方法[18]。LEC法評(píng)價(jià)某種危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的計(jì)算公式如下。

式中：R為所評(píng)估系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)值；L為事故發(fā)生的概率；E為在危險(xiǎn)環(huán)境中暴露的頻繁度；C為事故發(fā)生后產(chǎn)生的后果。

若風(fēng)險(xiǎn)值R大，說明該受評(píng)系統(tǒng)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需要采取防范措施，直至其調(diào)整到可控范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的LEC法因其易學(xué)習(xí)、易操作，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分清晰，在企業(yè)中應(yīng)用廣泛。但在實(shí)際使用中，LEC法主要是根據(jù)人員經(jīng)驗(yàn)來對(duì)L，E，C進(jìn)行賦值，評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確程度較為依賴評(píng)價(jià)者的個(gè)人水平。由于礦區(qū)架空線路的環(huán)境中不可控因素較多，在采取LEC法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)人員很難針對(duì)事故發(fā)生的概率L給出明確結(jié)果。此外，給定的L，E，C取值范圍及風(fēng)險(xiǎn)值R的分段范圍不一定與實(shí)際情況相符，量化參考值的描述不夠清晰。因此，需要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，改進(jìn)L，E，C的賦值方法，標(biāo)定風(fēng)險(xiǎn)值R的可接受區(qū)間。

2.2 針對(duì)礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的LEC法改進(jìn)方案

為貼合礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合實(shí)際獲取的信息，對(duì)LEC法中的L，E，C進(jìn)行重新定義：L為風(fēng)險(xiǎn)源存在分值；E為風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值；C為事故傾向度分值。

礦區(qū)架空線路大多架設(shè)在溝壑縱橫的山梁上，地形復(fù)雜、環(huán)境惡劣，分布地域廣而分散，加之礦區(qū)各種采掘設(shè)備、車輛常隨著工作面的推進(jìn)而移動(dòng)，使得礦區(qū)架空線路的外破風(fēng)險(xiǎn)程度與環(huán)境密切相關(guān)。這使得L，E取值受環(huán)境影響大，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)。而人工采集所獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較差，且數(shù)據(jù)量不足，無法做到風(fēng)險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)判斷，不能表現(xiàn)出某一時(shí)刻架空線路所處環(huán)境的真實(shí)危險(xiǎn)程度。因此，利用在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)源存在分值L賦值方案

礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)多來源于施工機(jī)械、漂浮物等具體實(shí)物，均在圖像中有所體現(xiàn)，通過目標(biāo)檢測(cè)算法可實(shí)現(xiàn)對(duì)外破風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別。與其他經(jīng)典的目標(biāo)檢測(cè)算法相比，YOLOv5在檢測(cè)精度和速度方面取得了良好的平衡[19-20]。

每輸入YOLOv5網(wǎng)絡(luò)1張圖像，網(wǎng)絡(luò)都會(huì)生成一系列預(yù)測(cè)錨框，錨框中包含置信度與條件類別概率。置信度表示當(dāng)前錨框中有目標(biāo)的概率，取值為[0，1]，置信度越大，說明錨框中有目標(biāo)的概率越高。置信度僅關(guān)注有無目標(biāo)而不關(guān)注目標(biāo)的類別，通常設(shè)置一閾值，低于該閾值則視為未檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)源。條件類別概率則關(guān)注錨框中物體分別屬于每一類的概率。作為一個(gè)多分類網(wǎng)絡(luò)，YOLOv5網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的不同類別目標(biāo)不是互斥的，最終輸出結(jié)果是經(jīng)過SiLU激活函數(shù)處理的概率矩陣，一般取概率值最高的類別作為輸出的預(yù)測(cè)類。定義目標(biāo)可信度d為置信度I與條件類別概率矩陣中元素最大值Qmax的乘積，表示錨框中存在外破風(fēng)險(xiǎn)源的可信程度。

在線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，可將YOLOv5網(wǎng)絡(luò)輸出的目標(biāo)可信度對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為風(fēng)險(xiǎn)源存在分值。當(dāng)識(shí)別到外破風(fēng)險(xiǎn)源的可信度小于等于0.5時(shí)，視作誤檢，不計(jì)入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，大于0.5時(shí)，根據(jù)目標(biāo)可信度所處的區(qū)間將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源存在分值L，見表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)源存在分值L賦值Table 1 Assignment of risk source presence score L

2.2.2 風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值E賦值方案

通過一定時(shí)期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源的出現(xiàn)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)來對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值E進(jìn)行賦值。借助YOLOv5對(duì)所拍攝的圖像進(jìn)行辨識(shí)，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)及場(chǎng)景內(nèi)的外破風(fēng)險(xiǎn)源類型和數(shù)量，若連續(xù)幾次拍攝的圖像中均存在相同數(shù)量、相同類別的外破風(fēng)險(xiǎn)源，則可判定該類風(fēng)險(xiǎn)源持續(xù)存在，即風(fēng)險(xiǎn)源出現(xiàn)的頻繁度升高。以60 min為評(píng)估尺度，即每次對(duì)1個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)估時(shí)，向前查找60 min內(nèi)的記錄，對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)源出現(xiàn)的頻繁度進(jìn)行打分。將外破風(fēng)險(xiǎn)源持續(xù)存在的時(shí)長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值E，見表2。

表2 風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值E賦值Table 2 Assignment of risk source frequency score E

2.2.3 事故傾向度分值C賦值方案

當(dāng)某一外破風(fēng)險(xiǎn)源出現(xiàn)時(shí)，有多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)要素會(huì)影響風(fēng)險(xiǎn)源最終是否會(huì)發(fā)展為外破事故。以車輛碰線事故為例，其風(fēng)險(xiǎn)要素見表3。風(fēng)險(xiǎn)源與對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行組合即構(gòu)成相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。

表3 風(fēng)險(xiǎn)要素及其對(duì)應(yīng)編號(hào)Table 3 Risk elements and their corresponding numbers

“預(yù)警區(qū)間”指人為在架空線路及桿塔周圍劃定的預(yù)警區(qū)域，當(dāng)檢測(cè)到的外破風(fēng)險(xiǎn)源錨框有部分面積與預(yù)警區(qū)域重疊時(shí)，視作該風(fēng)險(xiǎn)源在預(yù)警區(qū)間內(nèi)。“風(fēng)險(xiǎn)源持續(xù)向預(yù)警區(qū)間移動(dòng)”的判定方法：每當(dāng)檢測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)源錨框中心到預(yù)警區(qū)域中心的像素距離，若2次拍攝的場(chǎng)景中出現(xiàn)相同的風(fēng)險(xiǎn)源，且本次計(jì)算出的距離較上一次減小，則視作風(fēng)險(xiǎn)源持續(xù)向預(yù)警區(qū)間移動(dòng)。由于2次記錄的場(chǎng)景不可能完全相同，同一風(fēng)險(xiǎn)源的錨框位置可能存在差異，為防止誤判，設(shè)置當(dāng)2張圖像中同一風(fēng)險(xiǎn)源錨框中心的像素距離差異大于65時(shí)（約為橫縱向距離差異2%時(shí)，兩點(diǎn)間的歐氏距離），視作風(fēng)險(xiǎn)源在移動(dòng)；差異小于65時(shí)，視作合理誤差，認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)源沒有移動(dòng)。

火焰及煙霧形狀大小不固定，難以判斷其與預(yù)警區(qū)間的距離關(guān)系，且影響火災(zāi)發(fā)展的主要是氣象因素，因此不考慮火災(zāi)與預(yù)警區(qū)間的關(guān)系，直接對(duì)火焰及煙霧場(chǎng)景進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，使用風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)K對(duì)火災(zāi)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值R進(jìn)行修正。礦區(qū)部分場(chǎng)景下存在大量植被，參考LY/T 1 172—1995《全國(guó)森林火險(xiǎn)天氣等級(jí)》、GB/T 36 743—2018《森林火險(xiǎn)氣象等級(jí)》及文獻(xiàn)[21]，各氣象因素的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)取值見表4。表中Kt，Kh，Kw分別為溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速對(duì)于火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)。

表4 不同氣象因素的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)取值Table 4 The values of risk adjustment coefficient for different meteorological factors

當(dāng)檢測(cè)到火焰及煙霧風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)天氣狀況確定風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)K，從而計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值。

將車輛、漂浮異物、火焰及煙霧、人員活動(dòng)4種外破風(fēng)險(xiǎn)分別編號(hào)為A，B，G，D，得到25種待評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，見表5。表中A1，X1，Y1表示圖像識(shí)別到的風(fēng)險(xiǎn)源為吊斗鏟，位置在預(yù)警區(qū)間內(nèi)且持續(xù)向預(yù)警區(qū)間移動(dòng)。對(duì)不同場(chǎng)景的事故傾向度進(jìn)行打分，打分范圍從1至10，分?jǐn)?shù)越高，說明在該場(chǎng)景下對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源越容易發(fā)展成為外破事故。共收集了5位專家意見，每種場(chǎng)景的事故傾向度分值C取5位專家打分的均值，見表5。

表5 事故傾向度分值C賦值Table 5 Assignment of accident propensity score C

在獲得L，E，C賦值后，可根據(jù)式（1）與式（4）共求出625個(gè)外破風(fēng)險(xiǎn)值R。5位專家對(duì)各分值對(duì)應(yīng)的線路外破風(fēng)險(xiǎn)程度分別進(jìn)行判斷，當(dāng)專家意見不一致時(shí)，以多數(shù)專家意見為主。最終將單一風(fēng)險(xiǎn)源的事故風(fēng)險(xiǎn)劃分為4個(gè)等級(jí)，并分別定義各等級(jí)下對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)得分，見表6。

表6 不同風(fēng)險(xiǎn)值對(duì)應(yīng)的事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及風(fēng)險(xiǎn)得分Table 6 Accident risk level and risk score corresponding to different risk values

3 礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

在實(shí)際運(yùn)行中，線路可能同時(shí)受到多個(gè)外破風(fēng)險(xiǎn)源威脅，其外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要考慮各類風(fēng)險(xiǎn)帶來的疊加影響。但由于不同外破風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)礦區(qū)線路影響的嚴(yán)重程度可能并不相同，不能簡(jiǎn)單地對(duì)LEC評(píng)價(jià)得出的單一風(fēng)險(xiǎn)源基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)得分相加求和，需要為其設(shè)置特定權(quán)重。因此使用AHP確定各種外破風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

3.1 基于AHP的權(quán)重設(shè)定

3.1.1 層次結(jié)構(gòu)模型建立

建立礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。目標(biāo)層為礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；準(zhǔn)則層為影響目標(biāo)的因素，需要考慮車輛、漂浮異物、火焰及煙霧和人員活動(dòng)4種外破風(fēng)險(xiǎn)源；方案層為劃定的某場(chǎng)景下礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分為正常（Ⅰ）、低風(fēng)險(xiǎn)（Ⅱ）、中風(fēng)險(xiǎn)（Ⅲ）、高風(fēng)險(xiǎn)（Ⅳ）4種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

圖2 礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型Fig. 2 Hierarchical structure model of risk assessment for external breakage of overhead lines in mining area

3.1.2 判斷矩陣構(gòu)造

判斷矩陣是通過對(duì)同一層中各指標(biāo)之間的重要程度兩兩打分的方式確定的，反映準(zhǔn)則層中各個(gè)因素相對(duì)于上一層次的重要性。構(gòu)建的判斷矩陣為

式中：lij為指標(biāo)i相對(duì)于指標(biāo)j的重要程度，使用1—9標(biāo)度法進(jìn)行模糊標(biāo)度，取值見表7；n為準(zhǔn)則層的元素個(gè)數(shù)。

表7 判斷矩陣標(biāo)度含義Table 7 Meaning of judgment matrix scale

根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)打分，得到礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型中車輛、漂浮異物、火焰及煙霧和人員活動(dòng)4種一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的判斷矩陣：

3.1.3 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

需要通過一致性檢驗(yàn)的方式保證權(quán)值的有效性和準(zhǔn)確性。一致性指標(biāo)S和一致性比例F為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；m為判斷矩陣的階數(shù)；rI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值僅與m有關(guān)，見表8。

表8 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值Table 8 The value of average random consistency index

若滿足F＜0.1，則表示判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)，否則，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直至滿足一致性要求。

求出判斷矩陣H的最大特征值λmax=4.217 3，H的一致性指標(biāo)S=0.066 7，一致性比例F=0.074 9＜0.1，滿足一致性檢驗(yàn)。

3.1.4 判斷矩陣的權(quán)重計(jì)算

根據(jù)判斷矩陣，采用算數(shù)平均法計(jì)算出各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，得到權(quán)重向量。先對(duì)判斷矩陣H進(jìn)行歸一化：

式中ωk為第k個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

判斷矩陣H的權(quán)重向量為

計(jì)算出判斷矩陣H對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量W=[0.2602 0.12730.56560.0469]。

為方便計(jì)算及更直觀地評(píng)估，在各個(gè)權(quán)重比例不變的基礎(chǔ)上將其近似轉(zhuǎn)換為整數(shù)，見表9。

表9 不同外破風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)應(yīng)權(quán)重Table 9 The weights corresponding to different external breakage risk sources

3.2 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

定義某單一風(fēng)險(xiǎn)源基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)得分為pq（q=1，2，...，z，z為待評(píng)估場(chǎng)景中的風(fēng)險(xiǎn)源總數(shù)），則單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)得分p′=pqωk，某一待評(píng)估場(chǎng)景下的線路外破總風(fēng)險(xiǎn)值為

考慮到不同風(fēng)險(xiǎn)源造成的風(fēng)險(xiǎn)在整體場(chǎng)景中所占的權(quán)重不同，將表6的基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)得分乘以對(duì)應(yīng)的權(quán)重，得到單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)得分，見表10。

表10 不同風(fēng)險(xiǎn)源單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)得分Table 10 Individual weighted scores of different risk sources

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)中綜合考慮了單一風(fēng)險(xiǎn)源與環(huán)境中多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源累計(jì)造成的影響，不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的處置措施，見表11。表中p'max為某一待評(píng)估場(chǎng)景中單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)得分的最大值。

表11 線路外破風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)Table 11 Risk level assessment criteria for external breakage of lines

若出現(xiàn)Rt與不在同一等級(jí)的情況，按較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的處置措施進(jìn)行處理。

4 案例分析

為驗(yàn)證本文方法的有效性，以國(guó)能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司黑岱溝露天煤礦11號(hào)監(jiān)控點(diǎn)位2022年8月7日11:00拍攝的圖像為待評(píng)估場(chǎng)景（圖3），對(duì)其進(jìn)行外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

圖3 待評(píng)估場(chǎng)景Fig. 3 Scenario to be assessed

經(jīng)識(shí)別發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景中存在車輛和火焰2種風(fēng)險(xiǎn)源，其中車輛包括2輛推土機(jī)和1輛挖掘機(jī)。對(duì)圖3中存在的4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行標(biāo)號(hào)，從左至右分別為1—4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源。使用改進(jìn)的LEC法對(duì)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行量化。

首先計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)源存在分值L。圖3中各類風(fēng)險(xiǎn)源錨框上的數(shù)值表示目標(biāo)可信度，根據(jù)表1，將可信度轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)源存在分值，可得1—4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源存在分值分別為L(zhǎng)1=7，L2=6，L3=5，L4=5。

其次計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值E，此時(shí)需要向前倒推1 h內(nèi)的監(jiān)控情況。獲取從8月7日10:00至11:00期間11號(hào)監(jiān)控點(diǎn)位拍攝的所有圖像，如圖4所示。經(jīng)識(shí)別發(fā)現(xiàn)，2號(hào)和3號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源在過去的1 h內(nèi)一直存在，1號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源在10:40時(shí)的圖像中才出現(xiàn)，而4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源在10:50時(shí)的圖像中首次出現(xiàn)。根據(jù)表2可得1—4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源頻繁度分值分別為E1=5，E2=8，E3=8，E4=5。

圖4 不同時(shí)刻待評(píng)估場(chǎng)景Fig. 4 Scenario to be assessed at different moments

然后計(jì)算事故傾向度分值C。對(duì)于車輛這類風(fēng)險(xiǎn)源，需要考慮其與預(yù)警區(qū)間的關(guān)系及位置變化趨勢(shì)。在本次評(píng)估的場(chǎng)景中，1—3號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源都向預(yù)警區(qū)間移動(dòng)。監(jiān)控點(diǎn)位的預(yù)警區(qū)間為架空線路桿塔附近，1號(hào)和2號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源不在預(yù)警區(qū)間內(nèi)，3號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源處在預(yù)警區(qū)間內(nèi)，因此1—3號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源分別屬于場(chǎng)景（A3，X2，Y2），（A3，X2，Y2）和（A4，X1，Y2）。4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源為火焰。對(duì)照表5可得，1—4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源事故傾向度分值分別為C1=2.3，C2=2.3，C3=6.3，C4=9.5。

最后根據(jù)以上結(jié)果，按照式（1）計(jì)算1—3號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值，分別為R1=80.5，R2=110.4，R3=252。在計(jì)算火焰及煙霧類風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，需要考慮風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)系數(shù)K。查詢?cè)u(píng)估礦區(qū)所在地區(qū)當(dāng)天的天氣情況，氣溫為25 ℃，相對(duì)濕度為30%，風(fēng)速約為2 m/s。結(jié)合表5，可得4號(hào)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值R4=L4E4C4（1+5%+5%）=261.25。最終計(jì)算出的各風(fēng)險(xiǎn)源分值見表12。

表12 待評(píng)估場(chǎng)景中各風(fēng)險(xiǎn)源分值Table 12 Score of each risk source in the scenario to be assessed

查詢表6和表10可知，4種風(fēng)險(xiǎn)源所屬的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分別為Ⅱ，Ⅱ，Ⅳ，Ⅳ，對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)得分分別為4，4，10，10，單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)得分分別為24，24，60，120，待評(píng)估場(chǎng)景的總風(fēng)險(xiǎn)值Rt=228。查詢表11可知該場(chǎng)景的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)，與專家評(píng)價(jià)結(jié)果一致。

5 結(jié)論

1） 基于煤礦實(shí)際運(yùn)行情況，分析了架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)的來源，建立了能夠反映架空線路外破危險(xiǎn)程度的評(píng)估指標(biāo)體系。

2） 結(jié)合礦區(qū)實(shí)際條件，為L(zhǎng)EC法的L，E，C制定新的賦值標(biāo)準(zhǔn)，借助在線監(jiān)測(cè)裝置的圖像辨識(shí)結(jié)果直接為L(zhǎng)，E，C賦值，實(shí)現(xiàn)了外破風(fēng)險(xiǎn)水平的實(shí)時(shí)判斷，提高了評(píng)估結(jié)果的客觀性。

3） 為了衡量多個(gè)外破風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)架空線路的疊加影響，應(yīng)用AHP獲得了不同風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了某一具體場(chǎng)景架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估。

4） 實(shí)際案例分析證明，礦區(qū)架空線路外破風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法能夠?qū)崟r(shí)對(duì)具體場(chǎng)景中的線路外破風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行有效評(píng)估，可提高線路運(yùn)維工作的針對(duì)性，有助于實(shí)現(xiàn)線路外破修理工作由“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”向“主動(dòng)預(yù)防”轉(zhuǎn)變。