基于多传感器的输电线路地质灾害实时预警方法
时间：2023-06-19 22:20:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘万招
（深圳市深联创展科技开发有限公司，广东深圳 518028）
受到气候环境、地理环境等影响，我国地质灾害频发。类似山体滑坡等地质灾害现象，对周围居民、生态环境造成了较大的影响[1]。传统地质灾害检测过程中，以人工为主，检测技术人员的经验代表一切，缺乏科学合理的检测方法，从而无法做到地质灾害的有效预警[2]。输电线路所处的环境较为复杂，以山区、湿地为主，极易发生地质灾害，不仅影响周围人们的安全用电效果，还会危害周围居民的人身与财产安全。
输电线路的线路较长，分布范围较广，普遍为跨区、跨市的分布方式[3]。因此，输电线路地势环境复杂多变，电力企业无法保证每条输电线路的安全。一旦输电线路其中一个节点出现问题，危害的将会是整条线路周围的用电环境[4]。因此，文章在输电线路周围布设多个监测点，利用多传感器融合的方式，实时监测输电线路地质灾害情况[5]。并结合多传感器融合技术，缩短输电线路地质灾害预警时间，为人们提供更加稳定的输电环境。
1.1 采集输电线路地质灾害实时数据
主要利用多个传感器数据融合的方式，对输电线路地质灾害数据进行采集。在输电线路的相应位置上，设置地表位移传感器、固定测斜仪、土壤含水率传感器、土压力传感器组件、雨量传感器、温湿度传感器等多个传感器[6]。分别采集地表位移数据、地面倾斜数据、土壤水分数据、土壤受到的压力数据、降雨量数据、空气温度与湿度数据等。数据采集过程如图1所示。多传感器采集到的数据，进行A/D 转换之后，即可进入数据预处理模块，得出的数据就是最为精准有效的数据。
图1 数据采集融合过程
1.2 基于多传感器融合处理地质灾害数据
输电线路周围区域发生地质灾害的过程中，按照灾害威胁程度，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类地质灾害。其中，Ⅰ类灾害为危害较大的灾害，Ⅳ类灾害为危害最轻的灾害[7]。在此基础上，文中将多传感器采集到的数据进行处理。公式如下：
式（1）中，δ（a）为数据转换函数；
a为采集到的数据类型；
b1、b2、b3、b4分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类地质灾害的数据特征。其中，a作为多传感器采集到的基础数据。
在δ（a）=（a-b1）/（b1-b2）的情况下，与b1、b2的关系为b1≤a≤b2；
在δ（a）=1 的情况下，b2≤a≤b3；
在δ（a）=（a-b4）/（b3-b4）的情况下，b3≤a≤b4；
在δ（a）=0 的情况下，a与b1、b2、b3、b4的关系不一定[8]。根据此转换函数，对数据进一步处理，公式如下：
式（2）中，V（a）为处理之后的地质灾害数据；
为多传感器数据融合系数；
为归一化操作数值。
将处理完成的数据分量用δ、θ、ε、λ表示，数据分别对应着Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类灾害类型，则地质灾害数据的优化量为：
式（3）中，b为地质灾害数据的整体特征；
c为优化参数；
d为覆盖系数；
cf为多传感器融合的四元分量；
xa为四元分量的增量系数；
dc为数据融合姿态估计值；
ma为单位化的数据磁量。经过数据处理之后，文中将其带入到实时预警模型中，对地质灾害情况进行综合预警。
1.3 构建地质灾害实时预警模型
为了实现输电线路地质灾害的有效预警，文章在得到多传感器融合数据之后，利用数据多样性，构建出实时预警模型，表达式如下：
式（4）中，N为实时预警模型表达式；
N1、N2、Nn-1、Nn为地质灾害预警特征；
δa为Ⅰ类地质灾害的数据分量预警程度；
θb为Ⅱ类地质灾害的数据分量预警程度；
εc为Ⅲ类地质灾害的数据分量预警程度；
λd为Ⅳ类地质灾害的数据分量预警程度。在输电线路区域发生地质灾害时，多传感器能够立即回传数据，并使监测终端接收到回传预警信号。再根据预警信号的地点、时间、事件，形成并发预警功能。并且，此种方法能够直接固定传感器的位置，数据流量较小。输电线路终端位置，可以根据预警地点、类型、等级等数据，反映历史灾害情况。因此，该预警方法并不会出现数据预警信号接收延迟的现象，真正意义上做到实时预警。
为了验证文章设计的预警方法是否具有实用价值，对上述方法进行实验验证。实验结果以传统输电线路地质灾害实时预警方法，与文章设计的基于多传感器融合的输电地质灾害实时预警方法对比的形式呈现。。
2.1 实验过程
文中在输电线路地质灾害区域布设多个传感器，传感器类型为地表位移传感器、固定测斜仪、土壤含水率传感器、土压力传感器组件、雨量传感器、温湿度传感器。通过对地表位移、地表倾斜程度、土壤水分、土壤压力、雨量大小、空气中温湿度等条件的监测，对输电线路发生地质灾害情况进行预测分析。输电线路现场传感单元相关技术指标见表1。
表1 现场传感单元相关技术指标
表1中，文章按照上述传感器传回来的消息，将地质灾害分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等级。已知在灾害等级为Ⅰ级处，地质灾害点数为42；
在灾害等级为Ⅱ级处，地质灾害点数为36；
在灾害等级为Ⅲ级处，地质灾害点数为68；
在灾害等级为Ⅳ级处，地质灾害点数为85。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的四个灾害等级中，灾害区域均能得到完整的预警，预警精度较高，可以应对输电线路地质灾害的实时预警环境。
2.2 实验结果
在上述实验条件下，随机选取出8个输电线路监测点，并将其编号成DZZH_a～DZZH_h。在其他条件均一致的情况下，将传统输电线路地质灾害实时预警方法的预警时间，与文章设计的基于多传感器融合的输电地质灾害实时预警方法的预警时间进行对比，实验结果见表2。
表2 实验结果
表2中，文章选取的DZZH_a～DZZH_h 共8 个监测点，输电线路的位置不同，均布设在常见地质灾害的区域。一般情况下，地质灾害预警时间在0～0.01 ms，可以保证预警的实时性，维护输电线路的安全。在周围温度、湿度等其他条件一致的情况下，传统输电线路地质灾害实时预警方法的预警时间较长，在监测点DZZH_c 与DZZH_h 出现地质灾害时，预警时间分别为0.018 ms 与0.012 ms，超过1.0×10-2ms的基础线，实时性效果不佳，输电线路安全性无法保障。而文章设计的基于多传感器融合的输电地质灾害实时预警方法的预警时间相对较短，均在1.0×10-2ms的基础线以内，可以保证地质灾害的实时预警效果，维护输电线路安全，符合文章研究目的。
近些年来，输电线路所处环境较为复杂，为边远山区带去了光明的同时，地质灾害也逐渐增加。由于输电线路导致的地质灾害分布范围较广、危害较大，对电网的运行造成了较大的威胁。因此，利用多传感器，设计输电线路地质灾害实时预警方法。从采集灾害数据、处理数据、构建实时预警模型等方面，提高预警精度，缩短预警时间，为电网安全运行提供保障。
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