[发明专利]一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阈值的方法

权利要求书

1.一种计算输电线路走廊山火烟雾浓度报警阈值的方法，其特征在于：采用活体树枝和干草作为燃料模拟山火，以棒与板间隙模拟实际情况下导线与大地间隙，其包括以下步骤：

1)将导线与大地间隙之间的初始高度设置为H₁；

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_max，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，则缓慢升高电源电压，直至间隙发生击穿为止，记录激光后向散射光子数的最大值，重复升降压试验多次，取这几次试验测得激光后向散射光子数最大值的平均值，记为n₁；

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，同样取这多次试验测得激光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H₁，H₂，H₃…H_n下分别对应的n₁，n₂，n₃…n_n值；

6)建立激光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激光后向散射光子数的数量进行求解计算，这个求解计算到的激光后向散射光子数的数量值能够表征山火烟雾的浓度，亦能够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的激光后向散射光子数达到了根据灰色预测模型求解到的相同导线高度下的激光后向散射光子数的数量值就设置报警信号，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阈值的方法，其特征在于，所述步骤6)包括以下步骤：

6.1)建立灰色预测模型

将测得的激光后向散射光子数作为已知数据列，建立导线高度与激光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⁽⁰⁾＝(n⁽⁰⁾(1)，n⁽⁰⁾(2)，…，n⁽⁰⁾(n))，做1次累加生成数列：

n⁽¹⁾＝(n⁽¹⁾(1)，n⁽¹⁾(2)，…，n⁽¹⁾(n))

＝(n⁽¹⁾(1)，n⁽¹⁾(1)+n⁽⁰⁾(2)，…，n⁽¹⁾(n-1)+n⁽⁰⁾(n))

其中求均值数列：

z⁽¹⁾(k)＝0.5n⁽¹⁾(k)+0.5n⁽¹⁾(k-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⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b,k＝2,3,…,n

相应的白化微分方程为：

$\frac{{\mathrm{dn}}^{\left(1\right)}}{dt}+{\mathrm{an}}^{\left(1\right)}\left(t\right)=b$

令u＝(a,b)^T,Y＝(n⁽⁰⁾(2),n⁽⁰⁾(3),…,n⁽⁰⁾(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＝(B^TB)^-1B^TY

再求解白化微分方程，得：

$n^{\left(1\right)}(k+1)=\left(n^{\left(0\right)}\right(1)-\frac{b}{a})e^{-ak}+\frac{b}{a},k=1,2,...,n-1$

n⁽¹⁾(k+1)为所得的累加的预测值，将预测值还原，即为：

n⁽⁰⁾(k+1)＝n⁽¹⁾(k+1)-n⁽¹⁾(k),(k＝1、2、3…n-1)

则n⁽⁰⁾(k+1)为需要预测的激光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⁽⁰⁾＝(n⁽⁰⁾(1)，n⁽⁰⁾(2)，…，n⁽⁰⁾(n))，计算数列的级比：

$\mathrm{\λ}\left(k\right)=\frac{n^{\left(0\right)}(k-1)}{n^{\left(0\right)}\left(k\right)},k=2,3,...,n$

如果所有的级比都落在可容覆盖范围内，则数列n⁽⁰⁾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n⁽⁰⁾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⁽⁰⁾(k)＝n⁽⁰⁾(k)+c，k＝1,2,…，n

使数列m⁽⁰⁾＝(m⁽⁰⁾(1)，m⁽⁰⁾(2)，…，m⁽⁰⁾(n))的级比：

${\mathrm{\λ}}_m\left(k\right)=\frac{m^{\left(0\right)}(k-1)}{m^{\left(0\right)}\left(k\right)}\∈X,k=2,3,...,n$

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：

$\left\{\begin{array}{c}{n}^{\left(0\right)}=\left(n^{\left(0\right)}\right(1),n^{\left(0\right)}\left(2\right),...,n^{\left(0\right)}\left(n\right))\\ n^{\left(1\right)}(k+1)=\left(n^{\left(0\right)}\right(1)-\frac{b}{a})e^{-ak}+\frac{b}{a},k=1,2,...,n-1\\ n^{\left(0\right)}(k+1)=n^{\left(1\right)}(k+1)-n^{\left(1\right)}\left(k\right),(k=1,2,3...n-1)\end{array}\right.$

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激光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激光后向散射光子数的数量，预测得到的激光后向散射光子数的数量值能够表征山火烟雾的浓度，亦能够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的激光后向散射光子数达到了根据灰色预测模型求解到的相同导线高度下的激光后向散射光子数的数量值就设置报警信号，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。