一种采动影响区输电线路安全运行风险评估方法及系统与流程

本发明提供一种采动影响区输电线路安全运行风险评估方法及系统，属于采动影响区输电线路安全运行风险评估。

背景技术：

1、采动影响区因地下煤层开采引发地表移动变形，对地表输电线路杆塔基础产生附加应力，严重时可导致杆塔倾斜、基础开裂甚至倒塔事故，因此对于输电线路杆塔的安装地段在施工前应当做出充分的风险评估。

2、然而目前针对采动区输电线路的风险评估仍然存在以下缺陷或不足：

3、第一，现有方法多聚焦于单一的地质采矿条件或仅依赖insar沉降监测，未将杆塔本体结构属性、动态气象水文条件与采动变形过程进行系统融合，导致风险评估维度单一，评估结果不客观，误差大；

4、第二，在权重确定方面，传统层次分析法主观性强，难以适应不同采动阶段风险主控因子的动态变化，而采用纯客观的熵权法虽能反映数据分布，却可能偏离物理机理；现有线性加权融合方式未能有效处理主客观权重之间的冲突与折衷；

5、第三，现有加权求和模型为线性结构，难以刻画多因子在极端工况下的非线性耦合效应，例如强降雨与高位移速率同时出现时风险突变的“1+1>2”特征；

6、第四，大多数评估方法仅建立静态评估模型，无法利用新增的隐患核实数据反向优化权重与阈值，模型长期使用后精度下降；

7、第五，现有技术输出单一风险评分，缺少对数据噪声和模型误差导致的不确定性分析，不利于运维决策中的分层级风险处置。

8、此外，公告号为cn113902314b的专利公开一种基于专家评分法的输电线路地质灾害风险评估方法，其因子权重固定，难以适应不同地质条件下的动态变化；公告号为cn114200447b的专利公开一种基于insar技术的输电线路沉降监测方法，侧重于事后监测，缺乏事前预测和综合风险量化模型，均不能解决上述缺陷问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决背景技术中存在的技术问题，采用的技术方案为：提供一种采动影响区输电线路安全运行风险评估方法，包括如下的评估步骤：

2、步骤s1：构建包含地质采矿静态因子、杆塔本体静态因子、气象环境动态因子、时空关联因子的递阶式评估因子体系，对各因子进行量化与归一化处理，得到归一化值ni；

3、步骤s2：采用层次分析法确定主观权重wsi，采用改进熵权法确定客观权重woi，通过求解使组合权重与主客观权重偏差最小的纳什均衡目标函数，得到博弈论组合权重wi；

4、步骤s3：计算初步风险评分，计算公式为：

5、r_pre=σ(wi·ni)；

6、若r_pre≥0.6，则对动态因子集内的各因子权重按照以下计算公式进行提升：

7、wi'=wi·(1 + λ·i(r_pre≥0.6)·i)；

8、其中，i∈动态因子集，λ为变权强度系数，i(·)为指示函数；提升后重新归一化，使所有权重之和为1；

9、步骤s4：采用模糊综合评价法，构建各因子对各风险等级的隶属度函数，利用加权模糊合成算子计算隶属度向量，按最大隶属度原则判定风险等级；

10、提取风险评分的云模型特征参数，包括期望ex、熵en、超熵he，并计算评估置信度conf，计算公式为：

11、conf =1-en/en_max；

12、其中，en_max为最大容许熵；

13、步骤s5：采用滑动窗口在线学习，维护最近m个核实样本，每新增k个样本触发增量熵权计算，更新客观权重woi；

14、进行定期全量更新，每季度或当模型精确率或召回率下降超过设定阈值时，利用全量历史数据库重新执行步骤s2至s4，重构权重与隶属度函数参数；

15、进行变点检测预警，采用cusum算法监测地表位移变化速率和位移加速度的时间序列，当检测到显著性突变时临时提升模型预警等级一级；

16、步骤s6：进行时空推演并实现数字孪生可视化，采用克里金法对非杆塔位置的任意点进行风险估计，生成全域风险热力图，引入时间维度，形成风险时空演变序列。

17、在步骤s1中：

18、所述地质采矿静态因子包括：采深采厚比、杆塔与采空区边界距离、地层倾角、断层影响系数、残坡积层厚度占比、采动充分系数；

19、所述杆塔本体静态因子包括：杆塔重要性系数、基础型式系数、初始坡度、杆塔服役年限折减系数；

20、所述气象环境动态因子包括：有效累计降雨量、土壤含水率饱和度、地表位移变化速率、位移加速度；

21、所述时空关联因子包括：相邻杆塔风险耦合系数和历史风险频次。

22、所述目标函数的表达式为：

23、min||w-ws||²+||w-wo||²；

24、求解得组合权重w。

25、所述步骤s1中采动充分系数的归一化函数采用s型生长曲线函数，表达式为：

26、n= 1/(1+e^(-k·(q-q0)))；

27、其中，q为采宽与临界采宽的比值。

28、所述步骤s1中的位移加速度为地表位移变化速率的二阶差分，当连续三日加速度均值为正且超过阈值时触发风险增强标志。

29、所述步骤s2中采用的改进熵权法具体为：

30、引入信息熵修正公式：

31、e_i=-1/ln(n)·σ(p_ij·ln(p_ij +ε))；

32、其中，ε为极小正数。

33、所述步骤s4中构建的隶属度函数具体为高斯型隶属度函数，表达式为：

34、μ(x) = exp(-(x-c)²/(2σ²))；

35、其中，c为等级中心值，σ为等级宽度参数。

36、为实现采动影响区输电线路安全运行风险评估方法采用的系统，包括：

37、数据采集与边缘预处理模块，部署于端侧的gnss、雨量计、土壤含水率传感器、倾角仪，以及部署于边侧的边缘计算网关，用于实时采集动态因子数据并执行异常剔除与cusum突变检测；

38、因子量化与数据库管理模块，存储地理信息、地质采矿数据、杆塔台账、实时监测数据及历史风险数据，支持新增因子的热插拔配置；

39、博弈论组合权重计算模块，集成层次分析法专家评判界面、改进熵权法自动计算单元及博弈融合计算单元；

40、模糊云风险评估引擎，执行模糊综合评价与云模型特征提取，输出风险等级及置信度；

41、双重进化学习模块，包含滑动窗口管理器、定期重训练触发器及变点检测器；

42、三维数字孪生可视化与决策模块，基于三维gis引擎构建风险热力图、杆塔模型渲染及地表变形场叠加，支持风险仪表盘展示；

43、预警发布与反馈闭环模块，与巡检终端app对接，推送核实任务并接收核实结果，形成正负样本回传。

44、所述三维数字孪生可视化与决策模块还包括多场景预警推送单元，信息推送规则为：

45、当置信度≥0.7且风险等级为高风险或极高风险时，推送确认预警；

46、当置信度＜0.7且风险评分＞0.6时，推送注意预警；

47、当cusum突变检测触发时，推送趋势突变预警。

48、所述边缘计算网关内置cusum算法参数自适应调整单元，根据历史数据方差自动计算检测阈值。

49、本发明的目的在于提供一种能够实现多源异构数据融合、非线性评估、权重动态自适应、不确定性量化及数字孪生可视化的采动影响区输电线路安全运行风险评估方法及系统，相对于现有技术具备以下的有益效果：

50、一、因子体系全面且具有深度：本发明新增采动充分系数、位移加速度、相邻杆塔风险耦合系数及多源一致性指数，能够从程度、速率、趋势、空间关联四个维度刻画采动变形过程；

51、二、权重确定更科学：本发明采用博弈论融合主客观权重，解决了线性加权系数α选择的主观性问题，组合权重更加鲁棒；

52、三、具备风险等级自适应变权能力：本发明在高风险区间自动提升动态因子权重，解决了常规固定权重对突发环境因子响应不足的问题；

53、四、非线性评估更贴近实际：本发明采用模糊综合评价与云模型结合的方式，刻画因子间非线性交互及评估不确定性，输出等级与置信度双重信息；

54、五、模型具备双重进化能力：本发明采用滑动窗口在线更新与定期全量重构的方式，可以使模型精度长期保持，并采用cusum突变检测提升对突发变形的响应速度；

55、六、系统架构先进：本发明采用云-边-端协同降低云端计算压力，边缘端实时突变检测提升预警时效；

56、七、决策信息更丰富：本发明输出风险等级、置信度、主控因子贡献度、时空演变序列等特征，可以支撑分层级预警策略。