一种高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法

技术领域

本发明属于雷电灾害风险区域划技术领域，具体涉及一种高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法。

背景技术

雷电灾害是被联合国相关组织列为最严重的十种灾害之一，近年来，随着高铁日益成为人们越来越主要的出行方式，其安全稳定的运行需求也变得越来越重要，实现对高铁沿线雷电灾害风险区域与等级划分，将更有利于帮助高铁运营者在高铁运行面临雷电灾害时，系统科学做好雷电防护，保障高铁运行安全。

从目前来看，高铁沿线的雷电灾害形式主要有雷电直接击中接触网或者支柱，以及雷电击中高铁附近大地引起高铁相关设备产生感应雷过电压，这种雷害因子主要和区域内的雷电活动强度相关，也受到高铁接触网绝缘强度，高架桥高度等因素影响，因此在开展高铁沿线雷害风险区域与等级划分时，如果继续沿用原来标准中的雷暴日作为致灾因子评估的话，并不能准确体现高铁沿线雷害风险区域，所以需要利用广域雷电定位监测系统记录的雷电活动数据，对高铁沿线区域进行划分，只考虑可能在该区域内发生的雷电对高铁接触网的威胁，从而更加有针对性的开展高铁接触网沿线雷害风险与等级划分。

中国发明专利文献《一种高速铁路牵引网防雷性能评估方法》(CN102967785A)、《一种基于层次分析法的高速铁路牵引网雷害风险评估方法》(CN103777094A)均对高速铁路附近雷电风险评估进行了研究，它们分别都根据雷电活动数据，高铁牵引网相关特征信息，提出了相应的计算模型与风险评估流程，实现了对高铁牵引网雷电防护性能的评估，但以上在雷电风险评估时，未能考虑高铁沿线附近孕灾因子、承灾因子以及防灾救灾因子等因素，对于实际高铁沿线运行的区域，无法综合考虑多种因子，精细化开展雷害风险区域与等级划分。

中国发明专利《一种配电线路雷害风险评估方法》(CN107067183A)，其通过对配电线路跨越的地形地貌信息、雷电活动密度分布、历史跳闸数据等因素开展雷害风险评估，并采用线路差异化防雷评估与治理技术，但是并没有针对配电线路引雷以及雷击跳闸风险开展计算，而是依靠历史数据以及雷电活动密度来评估风险等级，并且也未考虑到配电线路跨越地区更广，依靠几种地形因素无法准确完整的对整条配电线路开展雷害风险评估，也无法指导高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分工作。

综上所述，鉴于高速铁路跨越区域广袤，且各区域雷电活动情况差别较大，因此需要在科学雷电风险评估的基础上，考虑高铁沿线附近孕灾因子、承灾因子以及防灾救灾因子等因素，将高铁沿线区域面临雷击风险区别划分，发现其雷害薄弱处，进一步帮助高铁运营者在恶劣雷电天气下，做出相应决策。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法。主要包括如下步骤：

步骤S1：确定作为研究主体对象的高铁线路，利用广域雷电监测预警系统获取该条高铁沿线附近1kM雷电活动数据信息，按照高铁线路长一公里，在高铁线路左右两侧0.5公里，组成的1×1的正方形栅格作为栅格数据，获取衡量高铁沿线附近雷电活动强度大小的地闪密度，用NG表示，单位为次每平方千米每年，并收集高铁线路特征信息，利用上述信息计算高铁沿线雷击跳闸次数，以此作为该区域致灾因子数据信息；

步骤S2：对孕灾因子数据信息计算，收集高铁沿线海拔信息，沿线地形信息，高铁沿线河床密度信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内孕灾因子进行计算；

步骤S3：对承灾因子数据信息计算，收集高铁沿线客流量信息，高铁里程数信息，高铁沿线牵引供电站信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内承灾因子进行计算；

步骤S4：对防灾救灾因子数据信息计算，收集高铁沿线地区人均GDP信息，区域内雷电风险预警能力信息，以及该区域高铁接触网雷电防护装置数量信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并分别确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内防灾救灾因子进行计算；

步骤S5：对高铁沿线雷电灾害风险指数计算，根据所述步骤S1中的致灾因子数据，所述步骤S2中的孕灾因子数据，所述步骤S3中的承灾因子数据和所述步骤S4中的防灾救灾因子数据构建出高铁沿线雷电灾害风险区划模型：LDRI＝(RH×QH)×(RE×QE)×(RF×QF)×(1-RR×QR)；

其中，RH、RE、RF、RR分别是归一化以后的致灾因子数据，孕灾因子数据，承灾因子数据和防灾救灾因子数据，QH、QE、QF、QR分别为致灾因子，孕灾因子，承灾因子和防灾救灾因子的权重系数；

步骤S6：进行高铁沿线雷电灾害风险区划，根据所述步骤S5中计算的高铁沿线雷电灾害风险指数，对所述步骤S1中的每个栅格面临的雷害等级划分为ABCD四个等级，对应低风险，中风险，高风险和极高风险四种级别，从而得到高铁沿线雷电灾害风险分布情况。

进一步地，所述步骤S1的致灾因子总权重系数为0.6038。

进一步地，所述步骤S2的孕灾因子总权重系数为0.2115。

进一步地，所述步骤S3承灾因子总权重系数为0.0985。

进一步地，所述步骤S4防灾救灾因子总权重系数为0.0862。

进一步地，所述步骤S1中的高铁线路特征信息包括高铁线路基本结构信息、绝缘强度信息。

有益效果：

本发明在传统仅考虑雷击跳闸率作为高铁线路雷电灾害风险评估指标的基础上，增加了包括孕灾因子，致灾因子，承灾因子，救灾因子等多种影响因素，提出了综合高铁雷电灾害概率与自然灾害评估指标相结合的风险区域与等级划分方法，对地域广阔的高铁线路雷电灾害评估提供差异化决策支持，更有利于当地政府或者高铁经营者应对风险，保障人民财产安全。

附图说明

图1为本发明的高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法，包括如下步骤：

步骤S1：选择某高铁为研究主体对象，按照高铁线路长一公里，在高铁线路左右两侧0.5公里，组成的1×1的正方形栅格作为栅格数据，获取衡量高铁沿线附近雷电活动强度大小，即地闪密度，用NG表示，单位次每平方千米每年，并收集高铁线路特征信息，包括高铁线路基本结构信息，绝缘强度信息等，利用上述信息计算高铁沿线雷击跳闸次数，以此作为该区域致灾因子(RH)数据信息。按照TB/T3551—2019《高速铁路牵引供电系统雷电防护技术导则》划分致灾因子数据信息，即分别为0-2次/百公里·年(低风险区)，2-4次/百公里·年(中风险区)，4-8次/百公里·年(高风险区)，8次/百公里·年以上(危风险区)，并按照专家打分获得各个等级的权重系数；各个风险等级权重系数分别为0.0623，0.1548，0.2497，0.4387，该致灾因子总权重系数为0.6038；

步骤S2：对孕灾因子数据信息计算，收集高铁沿线海拔信息，包括山地，平原，丘陵的沿线地形信息，高铁沿线河床密度信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并按照专家打分方法分别确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内孕灾因子进行计算；其分权重系数分别为0.5408，0.2246，0.2346；该孕灾因子总权重系数为0.2115；

步骤S3：对承灾因子数据信息计算，收集高铁沿线客流量信息，高铁里程数信息，高铁沿线牵引供电站信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并按照专家打分方法分别确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内承灾因子进行计算；其分权重系数分别为0.6015，0.2437，0.1458；该承灾因子总权重系数为0.0985；

步骤S4：对防灾救灾因子数据信息计算，收集高铁沿线地区人均GDP信息，区域内雷电风险预警能力信息，以及该区域高铁接触网雷电防护装置数量等信息，采取归一化处理的方式，对上述数据信息进行处理，并按照专家打分方法分别确定其对应的权重系数，进而对所述步骤S1中各个栅格区域内防灾救灾因子进行计算；其分权重系数分别为0.1113，0.5634，0.3253；该防灾救灾因子总权重系数为0.0862；

步骤S5：对高铁沿线雷电灾害风险指数计算，根据所述步骤S1中的致灾因子数据，所述步骤S2中的孕灾因子数据，所述步骤S3中的承灾因子数据和所述步骤S4中的防灾救灾因子数据构建出高铁沿线雷电灾害风险区划模型：LDRI＝(RH×QH)×(RE×QE)×(RF×QF)×(1-RR×QR)。其中，RH、RE、RF、RR分别是归一化以后的致灾因子数据，孕灾因子数据，承灾因子数据和防灾救灾因子数据，QH、QE、QF、QR分别为致灾因子，孕灾因子，承灾因子和防灾救灾因子的权重系数。

步骤S6：高铁沿线雷电灾害风险区划，根据所述步骤S5中计算出来的高铁沿线雷电灾害风险指数，对所述步骤S1中每个栅格面临的雷害等级划分为ABCD四个等级，对应低风险，中风险，高风险和极高风险四种级别，从而得到高铁沿线雷电灾害风险分布情况。

本发明基于灾害学理论，提出一种涵盖致灾因子、孕灾因子、承灾因子和防灾救灾因子的高铁接触网沿线雷电灾害风险区域与等级划分方法。考虑高铁沿线附近孕灾因子、承灾因子以及防灾救灾因子等因素，将高铁沿线区域面临雷击风险区别划分，发现其雷害薄弱处，进一步帮助高铁运营者在恶劣雷电天气下，做出相应决策。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。