[发明专利]一种输电线路山火准确预警的方法

摘要

一种输电线路山火准确预警的方法，包括收集火点信息、风速信号分解、信号去噪和输电线路山火预警4个步骤。本发明改变了落后、陈旧的人工监测和预警模式，具有计算方便、效果显著等特点，适用于不同海拔、不同地区的输电线路山火预测及告警；本发明为科学和准确的预警输电线路山火信息提供了帮助，当出现山火信息初期时，就可以作到有的放矢，避免了由于盲目预测和告警所造成的线路损耗。

主权项

一种输电线路山火准确预警的方法，其特征在于，包括收集火点信息、风速信号分解、信号去噪和输电线路山火预警4个步骤：S1：采用HJ‑1B卫星数据或遥感识别技术收集火点信息将半径大于等于1m的火点判断为火点信息；S2：风速信号分解风速风向的一般检测采用现有技术的风向风速传感器，将其安装在输电线路下方，为到达最小成本获得最佳经济效益，每一个传感器相距10km，每天进行风速和风向采样；采用经典山火数学模型将风速数据时间序列中真实存在的不同尺度或趋势分量逐级分解出来，产生一系列具有相同特征尺度的数据序列，分解后的序列与风速原始数据序列相比获得规律性；风速信号分解分为以下3个步骤：S2.1：根据采集到的风速序列x(t)的所有极大值点和所有极小值点利用样条插值分别获得上包络信号x₁(t)和下包络信号x₂(t)，并计算上包络和下包络信号的平均值，如式(1)：$m\left(t\right)=\frac{1}{2}(x_1\left(t\right)+x_2\left(t\right))---\left(1\right)$S2.2：计算x(t)与m(t)的差值h(t)，将h(t)作为新的x(t)，重复以上操作，直到所得IMF的h(t)满足以下两个条件时：①对整个分析数据而言，极值点数和零点数相差不大于1；②在任何时间点上，由局部极大值点形成的包络线和由局部极小值点形成的包络线的平均值为零，即IMF的均值趋于零；记c₁(t)＝h(t)，则c₁(t)为第一个IMF分量，它包含了原始序列中的最短周期分量；S2.3：从x(t)中减去分离出来的第一个IMF信号c₁(t)，得到余差信号r(t)，即式(2)：r(t)＝x(t)‑c₁(t)           (2)将r(t)作为新的x(t)，重复以上过程，依次得到c₂(t)，c₃(t)，...，c_N(t)，直到r(t)基本成单调趋势或者|r(t)|≤δ(t)，δ(t)为限定的标准差；因此，原始序列x(t)可以分解为式(3)：$x\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\left(t\right)+r\left(t\right)---\left(3\right)$该方法可以将风速数据时间序列中真实存在的不同尺度或趋势分量逐级分解出来，产生一系列具有相同特征尺度的数据序列，分解后的序列与风速原始数据序列相比具有更强的规律性，可以提高预测的可信性和准确性；S3：信号去噪采用以下5个步骤进行信号去噪：S3.1：令平方可积风速函数空间X(R)的一系列闭子空间{V_j}_j∈Z是X(R)的一个多分辨率分解(或无限逼近)，若φ(t)∈X(R)为尺度函数，为j尺度空间V_j的规范正交基，空间W_j为V_j在V_j+1中的正交补空间，即函数为空间W_j的规范正交基，则这种子空间可以分解为式(4)：$V_J=V_{J-1}\⊕W_{J-1}=V_{J-2}\⊕W_{J-2}\⊕W_{J-1}=\·\·\·---\left(4\right)$S3.2：对任意信号x(t)∈L(R)，都可以用分辨率分解为式(5)：其中，J表示分解的层数，c₀(k)为尺度系数，d_j(k)是系数，若尺度函数是一组正交基，则c_j(k)、d_j(k)可分别表示为式(6)：S3.3：由双尺度方程式(7)可知：$\left.\begin{array}{c}{c}_{j-1}\left(k\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}h(n-2k)c_j\left(n\right)\\ d_{j-1}\left(k\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}g(n-2k)c_j\left(n\right)\end{array}\right\}---\left(7\right)$其中，h(k)、g(k)分别称为低通滤波器系数和高通滤波器系数，且满足：g(k)＝(‑1)^kh(1‑k)              (8)初始的尺度系数c_J(k)可由信号x(t)直接采样获得；如果信号的采样频率大于奈奎斯特频率，那么c_j(k)就可以很好的逼近信号x(t)，也就是说，在该尺度下完全不需要系数d_j(k)；S3.4：由以上分析和推导，得到了信号分解的各频率成分的系数，可以表示成矩阵的形式，如下式(9)所示：C_signal＝[c₀,d₀,d₁,…,d_J‑1]           (9)式中，J表示分解层数；根据测量噪声的特点，设置各个系数的阈值，高于设定阈值的部分保留，低于设定阈值的部分置为0，获得重构用的系数C'_signal＝[c'₀,d'₀,d'₁,…,d'_J‑1]                (11)S3.5：将式(11)代入重构方程即可滤除风速原始信号中的多项噪声；S4：输电线路山火预警；最大火蔓延速度为式(14)：v＝v₀(1+ψ_V)                     (14)只要将风速x'(t)的公式表达式(12)代入式(14)，就可计算得出山火传播和蔓延的速度，对输电线路山火进行准确预警。