一种北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置的制作方法

本发明涉及电力气象灾害预警，具体为一种北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置。

背景技术：

1、电力气象灾害会导致输电线路断线倒塔、变电设备损毁，引发大面积停电，影响居民生活、工业生产及交通通信等城市核心功能运转，而且暴雨洪涝阻断抢修道路，延长停电恢复时间，同时造成工业停产、设备更换及抢险费用等直接与间接经济损失，进而需要进行电力气象灾害的预警，电力气象灾害预警能提前识别风险，为设备加固和人员撤离争取时间，减少设备损坏与人员伤亡；同时辅助调度部门提前部署抢修力量、优化电网运行方式，缩短停电时间，降低经济损失，进而需要使用到电力气象灾害预警系统，如申请号为202211739217.5，申请日为2022-12-30的中国发明专利申请，基于精细化预测的电力气象预警方法，它综合考虑了电力气象灾害发生概率及其风险危害程度；最后建立一个基于气象预报精细化数据的电力气象灾害预警系统，实现对监测电网进行分区域、逐级更新电力气象灾害风险等级的提前预警，为科学地进行电力气象灾害影响评估奠定了技术基础，对于快速启动电力气象灾害应急响应和提高电网供电可靠性、提升电网防灾减灾能力具有重要意义；还有申请号为202411135143.3，申请日为2024-08-19的中国发明专利申请，智能化电力设施气象灾害风险预警系统，它利用传感器网络、自动气象站和遥感技术实时监测并收集电力设施所在地区的各种气象相关数据，并采用改进的transformer生成模型对气象相关数据进行综合分析，生成灾害预测模型，提高气象灾害预测的实时性和准确性；同时，在改进的transformer生成模型中添加多尺度局部注意力机制减少无关信息的影响，同时捕获不同因素的上下级依赖关系，确保在气象灾害来临前能够及时、准确地发出预警，保护电力基础设施免受损害；

2、而在系统运行的过程中，由于不同杆塔所处地形、微气候环境和自身结构强度差异较大，相同气象条件下受损风险各不相同，所以需要细化预警颗粒度至单基杆塔级别，并关联其设计抗灾参数与实时微气象数据，若是不具备杆塔级差异化风险评估能力，会导致高风险杆塔漏报而低风险杆塔过度响应，抢修资源投放精准度下降，灾害真正严重的位置得不到优先处置，停电范围扩大、恢复时间显著延长。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置，以解决上述背景技术中提出的不具备杆塔级差异化风险评估能力，会导致高风险杆塔漏报而低风险杆塔过度响应，抢修资源投放精准度下降，灾害真正严重的位置得不到优先处置，停电范围扩大、恢复时间显著延长的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置，包括多源数据感知与融合层、北斗与ai灾害预警分析层、应急调度决策与优化层和可视化展示与运维保障层，所述多源数据感知与融合层工作时，解决数据孤岛问题，实现天、地、空一体化数据采集；所述北斗与ai灾害预警分析层基于融合数据进行短临预警、趋势推演和风险量化；所述应急调度决策与优化层为行动中枢，将预警转化为可执行、可追踪的调度方案，尤其适用于大面积受灾场景；所述可视化展示与运维保障层提供灾害态势与调度状态的可视化界面，并监控系统自身运行健康。

3、优选的，所述多源数据感知与融合层包括北斗卫星实时观测子模块和气象多要素感知子模块，其中北斗卫星实时观测子模块实现了北斗高精度定位功能，还具有北斗短报文通信功能，在地面4g、5g中断时，作为应急数据回传通道，还具有北斗授时同步功能，为全网设备提供统一时间基准，保证时序数据一致性。

4、优选的，所述多源数据感知与融合层还包括电力专网与物联网子模块和外部数据接入子模块；

5、其中电力专网与物联网子模块通过输电线路微气象传感器监测导线舞动、覆冰厚度监测，外部数据接入子模块接收气象局数值天气预报、接入地质灾害隐患点数据库和历史灾情案例库。

6、优选的，所述北斗与ai灾害预警分析层包括基于北斗时空基准的灾害关联子模块、多灾种智能识别子模块、灾害影响预测与风险热力学子模块和预警可信度评估子模块；

7、其中基于北斗时空基准的灾害关联子模块内置时空对齐引擎，将气象数据、地理数据、电网设备坐标统一至北斗坐标系，同时进行灾害动静态叠加分析，将动态气象灾害与静态设备脆弱性叠加分析，涉及到公式，表示目标坐标系cgcs2000下的坐标，表示北斗原始坐标系下的坐标，表示两坐标原点在方向的平移量，表示两坐标系之间的旋转角，表示北斗原始坐标系下的坐标，两坐标系原点在方向的平移量；

8、所述多灾种智能识别子模块内置暴雨洪涝预警子单元，用于积水深度与变电站地势关联模型的建立，内置大风、台风预警子单元，工作时基于风速与杆塔抗风等级匹配，内置大风、台风预警子单元，工作时基于风速与杆塔抗风等级匹配，同时内置雷电预警子单元，工作时结合大气电场仪与北斗电离层扰动，内置导线覆冰厚度估算公式，其中公式中的表示等效覆冰厚度，单位毫米，表示导线当前实测张力，单位牛顿，表示无冰无风时导线基准张力，单位牛顿，表示风速对张力的影响系数，表示当前风速，单位m/s，表示冰密度，为重力加速度，表示导线档距；

9、同时内置杆塔风载荷计算公式，表示杆塔所受风载荷，单位牛顿，空气密度，为风速m/s，为杆塔迎风面积m2，为形状阻力系数。

10、优选的，所述灾害影响预测与风险热力学子模块工作时，通过设备失效概率公式进行基于故障树与贝叶斯网络的电网设备受损概率计算，公式为，其中，为在时间t内失效的概率，为暴露于灾害下的时长，单位小时，为特征寿命参数，单位小时，为形状参数，为自然指数函数，同时结合地理信息，预测可能停电区域，最终通过风险等级公式，自动生成可视化风险等级-红、橙、黄、蓝四色，风险等级公式为，其中，综合风险值，设备失效概率，失效后果严重度；

11、所述预警可信度评估子模块工作时进行多模型一致性校验，同时基于历史反馈持续优化阈值判断，进行误报和漏报的自学习修正，涉及到多模型一致性校验公式，为两模型输出间的皮尔逊相关系数，为模型在第个样本点的输出值，为模型所有输出值的算术平均值，为模型在第个样本点的输出值，为模型所有输出值的算术平均值。

12、优选的，所述应急调度决策与优化层包括抢修资源最优调度子模块、负荷转移与孤岛运行子模块、多部门协同指挥子模块和灾中动态重评估子模块；

13、其中抢修资源最优调度子模块工作时基于北斗定位的抢修队伍、车辆、无人机实时位置管理，同时内置路径规划算法，进行道路积水、塌方阻断，动态避障，之后进行物资匹配-根据灾损类型自动推荐所需物料清单，涉及到dijkstra算法公式，其中为从起点到节点的当前最短距离，单位公里，为起点到节点的已知最短距离，单位公里，为节点到节点之间的道路实际通行距离，为当前已确定最短路径的节点编号，为待更新的相邻节点编号；

14、所述负荷转移与孤岛运行子模块工作时基于微电网、分布式电源快速切离与并网策略，生成关于医院、通信、防汛设施重要负荷优先级保供方案。

15、优选的，所述多部门协同指挥子模块具有应急指令一键下发功能，通过北斗短报文、短信、语音广播，同时具有任务执行状态可视化管理的功能，还设置有与政府应急办、气象局、交通部门的预留接口；

16、所述灾中动态重评估子模块具有灾害发展过程中每15分钟刷新预警等级的功能，而且工作时基于最新实时数据进行调度方案的滚动修正，涉及到动态预警指数平滑更新公式，其中为当前时刻平滑后的预警等级数值，为平滑系数，为当前时刻实测数据计算的瞬时预警等级数值，为上一时刻平滑后的预警等级数值，当前时间步，每15分钟一次。

17、优选的，所述可视化展示与运维保障层属于人机交互层，包括三维数字沙盘子模块、移动端指挥哨兵子模块、系统健康自检子模块和灾后复盘与知识库子模块；

18、所述三维数字沙盘子模块工作时，基于gis、北斗高精地图，展示电网、气象、地形、人口密集区叠加图，同时进行灾害演进动画模拟，支持时间轴拖拽回放；

19、所述移动端指挥哨兵子模块工作时面向现场抢修人员的轻量化app，接收预警、上报现场图片、视频，同时支持离线模式，在无信号时通过北斗短报文收发简讯。

20、优选的，所述系统健康自检子模块工作时进行数据源的质量监控，包括异常值、延迟和丢包率检测，同时进行模型运行状态的监控，包括cpu、gpu负载、推理耗时。

21、优选的，所述灾后复盘与知识库子模块工作时生成灾情全链路时序报告，预警-响应-恢复，同时自动提取典型案例，更新应急预案库。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用新型的结构设计，实时采集北斗定位、微气象传感器及气象卫星等多源数据，经时空统一后输入ai预警模型，逐杆塔计算覆冰、风偏等灾害概率与风险等级，生成精细化预警并自动匹配抢修方案，实现杆塔级灾害精准预警，抢修响应时间大幅缩短；依托北斗短报文保障极端天气下通信畅通，避免盲目巡线；优化资源调度路径，有效减少停电范围和时长，降低经济损失，提升电网抗灾韧性，其具体内容如下：

23、（1）该北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置，多源数据感知与融合层工作时，通过集成北斗高精度定位、微气象传感器、雷达卫星云图及物联网监测设备，实现了对电网设备状态与周边气象环境的广覆盖、高密度实时采集。该模块的有益效果在于：打破了传统单一数据源的局限，为上层预警模型提供了完整、可靠的数据底座，同时借助北斗短报文解决了地面通信中断时的数据回传难题，确保了极端天气下信息不中断，为后续精准预警和科学调度奠定了坚实基础。

24、（2）该北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置，北斗与ai灾害预警分析层工作时，通过北斗高精度时空基准统一多源数据，结合ai模型逐杆塔计算覆冰、风偏、洪涝等灾害概率与风险等级，将预警从区域级提升至杆塔级，有效解决传统预报位置模糊、时效滞后的问题，显著降低误报和漏报率，为抢修决策提供精准可靠的风险清单和优先级排序，从源头减少盲目巡线和无效出动，最大程度压缩灾害响应窗口期。

25、进一步的，应急调度决策与优化层工作时，基于北斗实时定位与路网动态数据，自动计算抢修队伍的最优通行路径，并智能匹配所需物料和装备，避免因道路积水或塌方导致的绕行延误；同时根据灾损评估结果快速生成负荷转移与保供方案，确保医院、通信等关键用户优先恢复供电；滚动重评估机制持续跟踪灾害发展态势，动态修正调度指令，显著缩短停电恢复时间，降低次生损失，提升整体抢修效率。

26、（3）该北斗融合多源数据的电力气象灾害预警装置，可视化展示与运维保障层工作时，将灾害预警、设备状态、抢修进度及资源位置等信息以三维数字沙盘形式直观呈现，辅助决策者快速掌握全局态势，减少信息阅读和研判耗时；同时提供移动端现场作业支撑，实现指令下发与现场反馈的闭环管理；系统健康自检功能持续监控数据质量与模型运行状态，确保预警结果可靠；灾后自动生成全链路复盘报告，为预案优化和经验积累提供数据支撑。