一种输电线路常见灾害危害程度分布图谱绘制方法

技术领域：

本发明属于输电线路灾害危害预防控制技术，尤其涉及一种输电线路常见灾害危害程度分布图谱绘制方法。

背景技术：

改革开放以来，我国经济持续高速发展，电力系统的稳定发展给国家和社会提供了强劲的发展动力，同时电力系统也越来越多地面临着内外部高危或突发事件。如果造成大面积停电，极有可能酿为现代社会重大灾难，并引发各种次生灾害存在于自然环境和社会环境中各个国家的电力系统，难免受到极端自然条件的挑战和社会环境有意或无意的破坏，随时都可能面临着超过设防水平的电网突发事件带来的大面积停电威胁。电网系统灾难再次凸显了电力安全可靠供应对经济社会发展和保障民生的重要作用。这些事件给全世界电力系统的安全防范敲响了警钟。电力系统作为国家的重要基础设施，其安全稳定运行关系到国家经济和人民生活，在电网络系统内加强电网灾害的监测预警，做好电网灾害的防范工作十分必要。

输电线路灾害危害程度分布图对于新线路设计、现有线路运维具有很好的指导作用，对于保障电网的安全稳定运行，保障社会用电安全和经济稳定发展具有重要作用。目前这对于输电线路的各种灾害，都有着相关的国标或行业标准，获取或绘制单个输电线路风险图相对容易。但在实际的输电线路运维工作中，尤其是在特殊时期制定运维策略时，需要根据灾害的实际情况有针对性的对某 块输电线路区域进行重点运维。而目前的运维策略大多根据经验或已经发生灾害时再来制定，带有很强的主观性和滞后性，目前急切需要充分发掘输电线路各风险灾害数据来为运维策略服务。

目前对于输电线路灾害危害程度分布图谱的绘制方法的研究不多，普遍还是针对单一灾害来制定输电线路运维策略，且输电线路灾害危害程度分布图谱的绘制方法还存在难点：如灾害种类无法从定量的角度来进行提取、地灾专题图还没有相关的绘制标准、各灾害之间的相对重要程度难以确定、且在不同时期各灾害之间的相对关系也不一样、如何对各灾害进行等级选择和风险分级、叠置分析如何体现灾害严重程度的差异性等。

发明内容：

本发明要解决的技术问题：提供一种输电线路常见灾害危害程度分布图谱绘制方法，以解决现有技术中输电线路运维策略在制定时对输电线路灾害不能进行统筹考虑和充分利用，制定的运维策略不能真实反映输电线路运维区域的重点，也无法针对特运特维时期提供可靠的支撑服务等技术问题。

发明技术方案：

一种输电线路常见灾害危害程度分布图谱绘制方法，它包括：

步骤1、常见灾害类型筛选：根据运维区域内的灾害类型、灾害危害程度以及输电线路在此区域内的运维情况筛选出区域内输电线路常见灾害类型；

步骤2、常见灾害风险图数据获取：根据筛选出来的输电线路常见灾害类型，获取到对应的灾害风险图；

步骤3、对筛选的灾害类型进行风险重分级：在对输电线路各灾害类型进行叠置分析之前，依据灾害不同等级对输电线路的危害程度，对筛选后的灾害风险图进行风险重分级；

步骤4、灾害数据平均权重值计算：将常见灾害类型构造灾害相互之间的对比矩阵，利用权向量和一致性检验指标进行验证；若通过，则进行层次总排序 并进行一致性检验，从而获取到各灾害类型对输电线路危害程度的权重值，并再次对计算结果进行一致性检验，若通过则得出各灾害风险的权重值；

步骤5、制订重分级灾害风险图叠置分析规则；

步骤6、对各个灾害风险图按照规则进行预处理：依据步骤5制订的分析规则，分别对各个重分级后的灾害风险图进行处理，得到用于进行叠置分析的灾害风险图；

步骤7、各灾害风险图叠置分析：在对各灾害风险图进行预处理后，利用地理信息软件进行叠置分析和可视化处理；

步骤8、生成平均灾害危害程度分布图：在对常见灾害风险图进行叠置分析后，加入行政区划图、输电线路矢量数据、影像数据和电子地图数据，最后生成完整的输电线路常见灾害危害程度分布图。

它还包括特运特维时期灾害危害程度分布图，其灾害危害程度分布图与平均灾害危害程度分布图的绘制方法相同。

步骤1所述的常见灾害类型为雷灾、冰灾、风灾、污灾和地灾。

步骤4所述灾害数据平均权重值计算，其计算方法包括

步骤4.1、构造系统的递阶层次结构；

步骤4.2、构造成对比较矩阵；

步骤4.3、利用权向量与一致性指标检验比较矩阵；

步骤4.4、对层次总排序通过一致性指标检验；

步骤4.5、通过则得到各灾害风险的权重值。

步骤5所述制订重分级灾害风险图叠置分析规则它包括：重分级后的灾害危害的严重程度利用属性字段值来区分；灾害危害的严重程度利用颜色来区分；每种灾害的分级情况相同；用灾害的权重值来反映各灾害对输电线路的总体威 胁值。

步骤7所述利用地理信息软件进行叠置分析是指：将筛选后并赋予了权重值的灾害风险图进行合并分析，通过生成新的风险灾害危害程度分布矢量图，通过新建属性字段值用来表达各区域中的灾害危害严重程度。

本发明有益效果：

本发明筛选输电线路中的灾害类型，并根据国家标准或行业标准对风险类型进行重分级。既考虑了影响输电线路正常运维的常见灾害类型，也针对整体运维的需要进行必要的处理和调整，利用预处理后的灾害数据，结合各灾害之间的权重分析结果，利用GIS软件来实现危害程度分布图以及特运特维时期灾害危害程度分布图的可视化。进而解决目前在进行输电线路运维策略制定时，不能很好的利用输电线路灾害数据，也无法针对特运特维时期制定应急预案，真正达到利用常见灾害危害程度分布数据提高输电线路运维策略制定的科学性和可靠性，从而为电力系统的安全运行提供保障。此外，根据GIS软件实现的可视化展示绘制后的输电线路灾害危害程度分布图，可以为输电线路改线或新线路设计工作提供帮助。由此可见，绘制常见灾害危害程度分布图的意义重大。

本发明主要考虑了在当前输电线路灾害类别众多的条件下，通过提取影响输电线路常见灾害类别并进行针对性的处理，确保了通过分析这些灾害并进行分析，最大限度的反馈出输电线路在运维过程中受到的最主要威胁，并实现了综合利用灾害数据进行整体分析，杜绝了孤立分析线路运维的问题，从而为线路运维策略制定以及线路设计提供支撑，解决运维策略制定不合理等问题。本发明解决了现有技术输电线路运维策略在制定时对输电线路灾害不能进行统筹考虑和充分利用，制定的运维策略不能真实反映输电线路运维区域的重点，也无法针对特运特维时期提供可靠的支撑服务等技术问题。

具体实施方式：

下面结合实例对本发明作进一步细化说明：

一种输电线路常见灾害危害程度分布图谱绘制方法，它包括下述步骤：

步骤1、常见灾害类型筛选：根据运维区域内的灾害类型、灾害危害程度以及输电线路在此区域内的运维投入情况来筛选出区域内对输电线路危害比较大的灾害类别。

在绘制输电线路运维区域内的常见灾害危害程度分布图谱时，输电线路的灾害类别多种多样，对输电线路造成的危害形式各不相同，危害程度也有着很大的差异。而各个地区之间因地形地势、气候条件、经纬度环境、人文环境等都存在很大的差异。根据对历年来输电线路运维数据的统计，对输电线路产生的侵扰和危害比较严重的有覆冰、雪凝、雷电、外力破坏等。且绝大多数输电设备地理跨越距离长、分布范围广，户外工作环境十分恶劣，雷电、暴雨、洪涝、冰雹、大风、强降温、降雪、凝冻等几乎所有的气象灾害都会对输电设备的安全运行构成影响，甚至引发大面积停电等事故。通过对这些事故数据进行统计，可以反映出哪些事故类别对线路运维造成的危害较大，为制定运维策略提供支撑。同时结合输电线路预防灾害的运维投入，本发明提取出主要灾害类型为雷灾、冰灾、风灾、污灾、地灾等。

步骤2、常见灾害风险图数据获取：根据筛选出来的输电线路灾害类型，整理出各灾害风险图，本实施例中也称为灾害专题图。

对于已有的灾害专题图，可直接对灾害专题图进行分析。而对于尚不存在绘制规则的灾害专题图，可参照现有其他风险专题图绘制规则进行绘制。如地灾专题图，由于没有现成的国家标准或行业标准，结合地灾的实际情况，参照雷区分级标准与雷区分布图绘制规则进行绘制。

步骤3、对筛选的灾害进行风险重分级：各灾害风险图的绘制范围往往是非常大的，这就不可避免的会导致专题图中存在对输电线路威胁很小的灾害区域，这些区域对于我们进行运维策略制定意义不大。因而，在对输电线路各灾害进行叠置分析之前，本发明依据灾害不同等级对输电线路的危害程度，对筛选后的风险专题图进行风险重分级。

在影响输电线路的常见灾害中，都需要根据实际需要首先对各风险进行重分级，以剔除各风险灾害中对输电线路影响较小的等级范围。

(1)冰区重分级

根据《南方电网冰区分布图绘制方法》，按照电力设计等级进行设计习惯划分，覆冰量级归类标准设定如下：

1)无覆冰区 实际覆冰 0

2)5mm 轻冰区 实际覆冰 0-7.5mm

3)10mm 轻冰区 实际覆冰 7.5-12.5mm

4)15mm 中冰区 实际覆冰 12.5-17.5mm

5)20mm 重冰区 实际覆冰 17.5-25mm

6)30mm 重冰区 实际覆冰 25-35mm

7)40mm 重冰区 实际覆冰 35mm-45mm

8)≥50mm 重冰区 实际覆冰＞45mm

注：20mm以下5mm为一个等级；20mm以上10mm为一个等级，覆冰严重地区的40mm、50mm

等级可单独说明标示。

针对上述划分归类标准，冰区风险图选择中冰区以上的等级，即选择15mm以上的区域。

(2)污区重分级

根据《DLT 374-2010电力系统污区分布图绘制方法》，污秽等级划分从非常轻到非常重共五个程度：

a———非常轻；

b———轻；

c———中；

d———重；

e———非常重。

注：该字母等级不直接与有关标准中的数字等级对应。

针对上述划分标准，污区风险图选择c级及以上的区域，即选择中等污秽等级区域。

(3)雷区重分级

根据《QGDW672-2011雷区分级标准与雷区分布图绘制规则》，将雷电活动频度从弱到强分为4个等级，7个层级：

a)A级——N_g＜0.78次/(km²·a)；

b)B1级——0.78次/(km²·a)≤N_g＜2.0次/(km²·a)；

c)B2级——2.0次/(km²·a)≤N_g＜2.78次/(km²·a)；

d)C1级——2.78次/(km²·a)≤N_g＜5.0次/(km²·a)；

e)C2级——5.0次/(km²·a)≤N_g＜5.78次/(km²·a)；

f)D1级——7.98次/(km²·a)≤N_g＜11.0次/(km²·a)；

g)D2级——N_g≥11.0次/(km²·a)；

其中：A级为少雷区，对应的平均年雷暴日数不超过15；B1级和B2级为中雷区，对应的平均年雷暴日数超过15但不超过40；C1级和C2级为多雷区，对应的平均年雷暴日数超过40但不超过90；D1级和D2级为强雷区，对应的年雷暴日数超过90。结合雷灾风险的特性，我们在对雷电灾害等级进行筛选时，选择C2级及以上的灾害等级进行统计分析。

(4)风区重分级

根据《QGDW11005-2013风区分级标准和风区分布图绘制规则》，风区分级标准规定的23.5m/s、25m/s、27m/s、29m/s、31m/s、33m/s、35m/s、37m/s、39m/s、41m/s、43m/s、45m/s、50m/s、＞50m/s分为14个等级，基本风速小于23.5m/s时统一按照23.5m/s考虑。风区风险图选择风速在23.5m/s及以上的区域。

(5)地灾风险图

地质灾害分布图相对较为特殊，目前没有针对电网地质灾害绘制规范，且目前统计的地质灾害数据为已发生地质灾害的点数据。根据地质灾害数据特征，利用地质灾害点数据与划分后的运维网格进行空间分析来进行辅助判断网格大小划分。鉴于地质灾害数据为统计已发生的灾害数据，因此可以直接利用地灾数据进行分析。

步骤4、灾害数据平均权重值计算：各灾害的等级不同，对输电线路的威胁程度也不同，因而需要对各灾害数据之间的权重值进行分析。权重值是为了评估各灾害对输电线路的危害程度。

通过对上面提取的常见灾害类型构造灾害相互之间的对比矩阵，利用权向量、一致性检验等指标进行验证。若通过，则进行层次总排序及一致性检验，从而获取到各灾害对输电线路危害程度的权重值，并再次对计算结果进行一致性检验，若通过则能得出各灾害风险的权重值，再将权重值带入到叠置分析中绘制灾害危害程度分布图。

(1)构造系统的递阶层次结构

构造出一个有层次的结构模型。在筛选出影响输电线路风险类型之后，需要构建灾害与输电线路安全运维之间的层次结构，如需要进一步精细化分析，可以构建风险源诱发因素、风险源与输电线路安全运维之间的层次结构。层次结构中既要包括分析问题的预定目标或理想结果，也要包含为实现目标所涉及的中间环节以及为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等。

(2)构造成对比较矩阵

在确定了比较准则后，需要比较若干风险灾害因素对输电线路安全运维的影响，从而确定它们在目标中占的比重。层次结构反映了因素之间的关系，各风险灾害因素在输电线路安全运维目标中所占的比重并不一定相同。依据心理学研究得出的“人区分信息等级的极限能力为7±2”的结论，在对指标的相对重要性进行评判时，引入九分位的比例标度，见下表。

相对重要性的比例尺度

要比较n个因素Y＝{y₁，y₂，…，y_n}对同一目标的影响，每次取两个因素y_i和y_j，a_ij表示y_i与y_j对目标影响程度之比，其中a_ij的取值由1-9值法决定：且矩阵A＝(a_ij)_n*m满足(1)a_ij>0；(2)a_ji＝1/a_ij(i,j＝1，2，…，n)此矩阵成为正互反矩阵。

(3)权向量与一致性指标

构造成对比较判断矩阵的办法能减少其它因素的干扰，较客观地反映出各因素对目标影响力的差别。但综合全部比较结果时，其中难免包含一定程度的非一致性。如果比较结果是前后完全一致的，则矩阵A的元素还应当满足式7：

满足上述关系的正互反矩阵称为一致矩阵。

定理：n阶正互反矩阵A为一致矩阵当且仅当其最大特征根n＝λ_max，且当正互反矩阵A非一致时，必有λ_max>n。

根据定理，我们可以由λ_max是否等于n来检验判断矩阵A是否为一致矩阵。由于特征根连续地依赖于a_ij，故λ_max比n大得越多，A的非一致性程度也就越严重，λ_max对应的标准化特征向量也就越不能真实地反映出X＝{x₁，x₂，…，x_n}在对因素Z的影响中所占的比重。因此，对决策者提供的判断矩阵有必要作一次一致性检验，以决定是否能接受它。

对判断矩阵的一致性检验的步骤如下：

(1)计算一致性指标CI

(2)查找相应的平均随机一致性指标RI。对n＝1，2，…，9，下表给出了RI的值：

平均随机一致性指标

RI的值是这样得到的，用随机方法构造500个样本矩阵：随机地从1～15及其倒数中抽取数字构造正互反矩阵，求得最大特征根的平均值λ’_max，并定义：

(3)计算一致性比例CR

当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正。

(4)层次总排序及一致性检验

设共有A₁，A₂，…，A_m共m个绘制分布图的影响因素，它们的层次总排序权重分别为a₁，a₂，…，a_m。又设下一层次(B层)包含n个影响因素B₁，B₂，…，B_n，它们关于A_j的层次单排序权重分别为b_1j，b_2j，…，b_nj(当B_i与A_j无关联时，b_ij＝0)。现求B层中各因素关于总目标的权重，即求B层各因素的层次总排序权重b₁，b₂，…，b_n，计算按下表所示方>

求A层与B层总排序权值

对层次总排序也需作一致性检验，设B层中与A_j相关的因素的成对比较判断矩阵在单排序中经一致性检验，求得单排序一致性指标为CI(j)，(j＝1，2，…，m)，相应的平均随机一致性指标为RI(j)(CI(j)、RI(j)已在层次单排序时求得)，则B层总排序随机一致性比例为:

当CR<0.10时，认为层次总排序结果具有较满意的一致性并接受该分析结果。

步骤5、重分级风险图叠置分析规则制定：各个风险灾害有单独的绘制标准，如果不制定统一的规则来进行规范化，是无法直接进行叠置分析的，也达不到统筹分析的目的。

利用输电线路灾害风险图进行叠置分析，是为了找出输电线路受灾害威胁较为严重的区域来为运维策略制定做支撑。而各个风险灾害类型的划分等级及绘制标准不一样，在进行实际的风险图叠置分析前，需要对重分级后的风险图进行叠置分析前的预处理。预处理的基本原则框架为：

①重分级后的灾害危害的严重程度利用属性字段值来区分；

②灾害危害的严重程度利用颜色来区分。如绿色表达灾害危害较轻，红色表达灾害危害较重；

③每种灾害的分级情况应相同，如按照严重、中等、一般，在对灾害重分级后自身等级大于三种的需要进行合并，少于三种则与分级情况对应；

④利用灾害的权重值来反映各灾害对输电线路的总体威胁值；

基于上述的叠置分析规则基本框架，可根据实际绘制过程中的需要进行增减或修改。

步骤6、对各个风险图按照规则进行预处理：依据上面建立的规则，分别对各个重分级后的灾害专题图进行处理，得出可用于进行叠置分析的风险图。

对重分级后的所有灾害类别进行预处理主要指基于重分级风险图叠置分析处理的基本原则框架基础上，结合输电线路灾害的情况，对筛选出来的灾害进行分级处理。下面结合贵州省输电线路常见灾害实例来进行说明：

(1)冰区重分级

利用步骤3的冰灾重分级结果，我们选择中等冰区以上的等级，即选择15mm以上的区域。按照预处理的基本原则框架，划分为严重、中等、一般三个级别，考虑冰区风险图的绘制标准以及贵州省范围内冰区分布图的覆冰等级情况，将覆冰等级为15mm的覆冰区域划分为一般，20mm的覆冰区域划分为中等，大于等于30mm的覆冰区域划分为严重。

(2)污区重分级

利用步骤3的污区重分级结果，污区风险图选择c级及以上的区域，即选择中等污秽等级区域。考虑到贵州省范围内的污区分布图，提取之后的污区分布图等级有c和d级两种。按照预处理的基本原则框架，划分为严重、中等两个级别。

(3)雷区重分级

利用步骤3的雷区重分级结果，考虑到贵州省雷区分布图的实际情况，我们在对雷电灾害等级进行筛选时，选择C2级及以上的灾害等级进行统计分析。按照预处理的基本原则框架，划分为严重、中等、一般三个级别，即将雷区C2级划分为一般，D1级划分为中等，D2级划分为严重级别。

(4)风区重分级

利用步骤3的风区重分级结果，结合贵州省内的风速分布基本情况，风区风险图选择风速在23.5m/s及以上的区域。按照预处理的基本原则框架，划分为严重、中等、一般三个级别，而风区没有等级划分，只有按照风速来进行划分的14个等级。因此，风速在23.5m/s～33.0m/s划分为一般，35.0m/s～45.0m/s划分为中等，大于等于50.0m/s的范围划分为严重。

(5)地灾风险图

利用步骤3的地灾重分级结果，地质灾害分布图相对较为特殊，目前没有针对电网地质灾害绘制规范，因而我们参照雷区分布图绘制规范来进行地灾分布图的绘制，同样以地灾发生密度来进行绘制，不以预处理基本原则来进行处理。

步骤7、各风险图叠置分析：在对风险图按照指定的规则进行预处理后，利用地理信息软件进行叠置分析和可视化处理。

叠置分析是将筛选后并赋予了权重值的风险图来进行合并分析，通过生成新的风险灾害危害程度分布矢量图，通过新建属性字段值用来表达各区域中的灾害危害严重程度。利用前面步骤中预处理好的各风险数据，我们利用ArcGIS对贵州省范围内的灾害数据进行叠置分析得到灾害危害程度分布图，当区域内灾害严重程度越高，反映在该灾害严重程度分布图上的颜色就会越偏向红色。

步骤8、平均灾害危害程度分布图：在对常见灾害进行叠置分析后，根据需要可加入行政区划图、输电线路矢量数据、影像数据、电子地图数据等，最后生成完整的输电线路常见灾害危害程度分布图，当区域内风险类型越多、危害程度越高时该区域内的严重程度越高。

步骤9、特运特维时期灾害危害程度分布图：此阶段绘制的灾害危害程度分布图与平均灾害危害程度分布图的绘制方法相同，是作为平均灾害危害程度分布图的重要补充，共同服务于输电线路运维策略的制定工作之中。特运特维时期灾害危害程度分布图的绘制流程与平均灾害危害程度分布图的绘制流程相同，同样需要针对区域内该时期的情况，重新对灾害类型进行筛选，并对灾害图进行风险重分级，计算灾害之间的权重值，确定叠置分析的规则后进行叠置分析和分布图绘制。