本發(fā)明涉及電力設(shè)施安全評(píng)估，尤其涉及一種桿塔腐蝕安全評(píng)估系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)中，桿塔作為輸電線路的重要支撐結(jié)構(gòu)，其安全性能至關(guān)重要。然而，由于長期暴露在自然環(huán)境中，桿塔容易受到各種腐蝕因素的影響，如大氣腐蝕、土壤腐蝕、化學(xué)腐蝕等。腐蝕會(huì)導(dǎo)致桿塔的強(qiáng)度降低、結(jié)構(gòu)變形，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、目前，對(duì)于桿塔腐蝕的評(píng)估主要存在以下不足與缺失：

3、評(píng)估方法單一：現(xiàn)有的評(píng)估方案往往采用單一的指標(biāo)或方法進(jìn)行評(píng)估，缺乏全面性和準(zhǔn)確性。例如，僅通過目測(cè)或簡單的儀器測(cè)量來判斷桿塔的腐蝕情況，無法準(zhǔn)確反映桿塔的整體腐蝕狀況。

4、缺乏實(shí)時(shí)性：傳統(tǒng)的評(píng)估方法通常是定期進(jìn)行檢測(cè)，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿塔的腐蝕變化，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。

5、數(shù)據(jù)整合分析不足：現(xiàn)有評(píng)估方案對(duì)獲取的桿塔相關(guān)數(shù)據(jù)整合分析不夠深入，不能充分挖掘數(shù)據(jù)中的潛在信息，難以做出科學(xué)準(zhǔn)確的評(píng)估。

6、預(yù)警機(jī)制不完善：在發(fā)現(xiàn)桿塔腐蝕問題后，缺乏有效的預(yù)警機(jī)制，不能及時(shí)通知相關(guān)人員采取措施，導(dǎo)致問題可能進(jìn)一步惡化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

2、一種桿塔腐蝕安全評(píng)估系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)分析模塊、安全評(píng)估模塊和預(yù)警模塊；

3、所述數(shù)據(jù)分析模塊用以針對(duì)獲取的桿塔相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取、分類評(píng)估和整合分析；

4、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元包括去噪模塊、歸一化模塊和缺失值模塊處理；

5、所述去噪模塊處理獲取桿塔腐蝕的原始數(shù)據(jù)，用以減少對(duì)后續(xù)分析的干擾，具體包括均值濾波、中值濾波、高斯濾波處理：

6、特征提取單元通過提取與腐蝕相關(guān)的特征，能夠有效預(yù)測(cè)或診斷桿塔的腐蝕狀況；

7、均值：描述腐蝕數(shù)據(jù)的整體水平，反映長期腐蝕的平均狀態(tài)，表達(dá)式為：

8、[\mu＝\frac{1}{n}\sum_{i＝1}^{n}x(i)]

9、(\mu)是均值；

10、(x(i))是腐蝕數(shù)據(jù)點(diǎn)。

11、具體為桿塔表面電位的均值反映長期的腐蝕電位變化，均值越大表明腐蝕電位越高；

12、方差，用于衡量數(shù)據(jù)的離散程度，方差越大，表示腐蝕數(shù)據(jù)波動(dòng)越大，可能有突發(fā)性的腐蝕；表達(dá)式為：

13、[\s?igma^2＝\frac{1}{n}\sum_{i＝1}^{n}(x(i)-\mu)^2]

14、(\s?igma^2)是方差；

15、包括不同時(shí)間段的電位或電流波動(dòng)，用方差衡量變化的劇烈程度，較大的方差可能提示腐蝕正在加速；

16、標(biāo)準(zhǔn)差是方差的平方根，反映數(shù)據(jù)的波動(dòng)范圍，表達(dá)式為：

17、[\s?igma＝\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i＝1}^{n}(x(i)-\mu)^2}]

18、標(biāo)準(zhǔn)差用于判斷腐蝕狀態(tài)的穩(wěn)定性，較大的標(biāo)準(zhǔn)差表示數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；

19、最大值、最小值：

20、最大值可以指示腐蝕過程中的峰值，而最小值則指示低谷值，表達(dá)式為：

21、[x_{\text{max}}＝\max(x(i)),\quad?x_{\text{min}}＝\min(x(i))]

22、(x_{\text{max}})和(x_{\text{min}})分別是數(shù)據(jù)的最大值和最小值；

23、包括腐蝕電流的最大值可能對(duì)應(yīng)于腐蝕速率的高峰期，最小值可能對(duì)應(yīng)于腐蝕緩慢期；

24、時(shí)域特征用以反映腐蝕數(shù)據(jù)在時(shí)間上的變化趨勢(shì)；

25、峰值：反映腐蝕電流或電壓的最大幅值；具體表達(dá)式為：

26、[a_p＝\max(x(i))]

27、(a_p)是峰值；

28、(x(i))是腐蝕數(shù)據(jù)點(diǎn)；

29、監(jiān)測(cè)桿塔表面電壓的峰值與局部腐蝕相關(guān)，用來識(shí)別腐蝕點(diǎn)；

30、均值絕對(duì)值：用于反映信號(hào)整體的幅值大小；表達(dá)式為：

31、[a_{\text{mean}}＝\frac{1}{n}\sum_{i＝1}^{n}|x(i)|]

32、(a_{\text{mean}})是均值絕對(duì)值；

33、(x(i))是腐蝕數(shù)據(jù)點(diǎn)；

34、桿塔表面電流的均值絕對(duì)值用于識(shí)別整體腐蝕趨勢(shì)，趨勢(shì)變大提示腐蝕速率增加；

35、(3)分類評(píng)估單元分類評(píng)估單元旨在根據(jù)不同的特征參數(shù)對(duì)桿塔的腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類和評(píng)估，分類評(píng)估單元主要采用以下方法進(jìn)行分類評(píng)估：

36、①大氣腐蝕評(píng)估目標(biāo)：

37、對(duì)與大氣腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，分析大氣中的濕度、溫度、污染物因素對(duì)桿塔腐蝕的影響，并結(jié)合大氣腐蝕模型，計(jì)算大氣腐蝕速率和程度；

38、收集與大氣腐蝕相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；可以利用氣象站記錄的數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的數(shù)據(jù)或者自行安裝傳感器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

39、大氣腐蝕模型計(jì)算

40、將經(jīng)過預(yù)處理的環(huán)境數(shù)據(jù)輸入大氣腐蝕模型的公式中：

41、[c＝a\t?imes?t^n]

42、其中，系數(shù)a與大氣中的濕度、溫度、污染物濃度等因素相關(guān)，可以通過查表或經(jīng)驗(yàn)公式確定。指數(shù)n通常取值在0.6到1之間。

43、腐蝕速率計(jì)算與評(píng)估

44、使用大氣腐蝕模型計(jì)算桿塔表面每年的腐蝕速率(μm/year)，并對(duì)不同區(qū)域的腐蝕速率進(jìn)行對(duì)比分析。

45、②土壤腐蝕評(píng)估目標(biāo)：

46、評(píng)估與土壤腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)，分析土壤的電阻率、酸堿度、含水量的因素對(duì)桿塔基礎(chǔ)部分的腐蝕影響；采用土壤腐蝕模型，計(jì)算腐蝕速率并評(píng)估腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；

47、土壤數(shù)據(jù)采集

48、在桿塔基礎(chǔ)周圍采集土壤樣本，并測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)；

49、土壤腐蝕速率計(jì)算

50、將采集到的土壤數(shù)據(jù)輸入土壤腐蝕模型的公式：

51、[r＝\frac{2\pi?a?v}{i}]

52、其中，r表示土壤電阻率，電阻率較低的土壤腐蝕性較高。土壤電阻率與腐蝕速率成反比關(guān)系，結(jié)合實(shí)際土壤數(shù)據(jù)，使用已有的經(jīng)驗(yàn)公式或標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算腐蝕速率。

53、腐蝕評(píng)估與等級(jí)劃分

54、根據(jù)電阻率、ph值、含水量等參數(shù)，使用土壤腐蝕標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估土壤腐蝕環(huán)境的等級(jí)，包括輕度、中度、嚴(yán)重腐蝕；

55、③化學(xué)腐蝕評(píng)估目標(biāo)：

56、評(píng)估與化學(xué)腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)，分析桿塔周圍的化學(xué)物質(zhì)對(duì)腐蝕的影響。采用化學(xué)腐蝕模型，計(jì)算化學(xué)腐蝕速率并評(píng)估腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；

57、化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)采集

58、重點(diǎn)采集化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括：

59、酸雨數(shù)據(jù)：通過環(huán)境監(jiān)測(cè)獲取酸雨的ph值，尤其關(guān)注ph<5.5的酸雨；

60、工業(yè)廢氣數(shù)據(jù)：評(píng)估工業(yè)區(qū)的二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)等氣體的濃度，結(jié)合風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)分析這些污染物的分布；

61、化學(xué)沉積物：采集桿塔附近土壤或水體中的沉積物，檢測(cè)其是否含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。

62、數(shù)據(jù)預(yù)處理與分類

63、將酸雨、工業(yè)廢氣等化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分類，評(píng)估各類污染物的濃度及其對(duì)腐蝕的潛在影響；

64、化學(xué)腐蝕速率計(jì)算

65、根據(jù)化學(xué)腐蝕模型的公式：

66、[c_{\text{chem}}＝k\t?imes\left(\frac{1}{\text{ph}}\r?ight)

67、\t?imes?t]

68、其中，k是與化學(xué)環(huán)境和材料相關(guān)的常數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定；ph值越低，腐蝕速率越高；根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，計(jì)算化學(xué)腐蝕速率；

69、腐蝕評(píng)估與防護(hù)措施

70、根據(jù)化學(xué)腐蝕速率評(píng)估桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，并提供相應(yīng)的防護(hù)措施建議；

71、(4)整合分析單元

72、整合分析是對(duì)分類評(píng)估后的結(jié)果進(jìn)行整合分析，綜合考慮各種腐蝕因素的影響，得出桿塔的整體腐蝕狀況評(píng)估；

73、安全評(píng)估模塊，用以根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊得出的整體腐蝕狀況評(píng)估結(jié)果，對(duì)桿塔的腐蝕安全狀況進(jìn)行評(píng)估，并劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；

74、預(yù)警模塊，用以根據(jù)桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息，以便相關(guān)人員及時(shí)采取措施，降低電力設(shè)施運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

75、進(jìn)一步地，所述均值濾波，其用于溫度、濕度的外部因素導(dǎo)致的緩慢波動(dòng)的數(shù)據(jù)，通過在數(shù)據(jù)窗口內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)取平均值來平滑數(shù)據(jù)，表達(dá)式為：

76、y(i)＝\frac{1}{n}\sum_{k＝-(n-1)/2}^{(n-1)/2}x(i+k)

77、y(i)是濾波后的數(shù)據(jù)點(diǎn)；

78、x(i+k)是原始數(shù)據(jù)點(diǎn)；

79、n是濾波窗口的大小(即窗口內(nèi)包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量)；

80、(\frac{1}{n})是一個(gè)歸一化系數(shù)，用于確保窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值。它表示每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在計(jì)算均值時(shí)的貢獻(xiàn)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的貢獻(xiàn)之和等于1；

81、中值濾波通過選取窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的中值來去除孤立的尖銳噪聲點(diǎn)，同時(shí)保持信號(hào)的邊緣特征；

82、表達(dá)式為：

83、[y(i)＝\text{med?ian}(x(i-(n-1)/2),\ldots,x(i+(n-1)/2))]

84、n是窗口大??；

85、\text{med?ian}表示取窗口內(nèi)所有數(shù)據(jù)的中值；

86、(x(i-(n-1)/2))到(x(i+(n-1)/2))表示原始數(shù)據(jù)點(diǎn)在一個(gè)窗口范圍內(nèi)的一系列值；

87、(n)是濾波窗口的大小(通常為奇數(shù)，如3,5,7等)；

88、“\ldots”代表窗口中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的連續(xù)范圍；

89、因此，“(\ldots)”表示在給定的窗口范圍內(nèi)，從起始點(diǎn)(x(i-(n-1)/2))到結(jié)束點(diǎn)(x(i+(n-1)/2))的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)；這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的中值(即排序后處于中間位置的值)用于計(jì)算新的濾波后的數(shù)據(jù)點(diǎn)(y(i))；

90、高斯濾波對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，權(quán)重根據(jù)高斯分布分配，用于平滑頻率較高的噪聲；具體表達(dá)式為：

91、[y(i)＝\frac{1}{\sqrt{2\pi\s?igma^2}}\sum_{k＝-(n-1)/2}^{(n-1)/2}x(i+k)e^{-\frac{k^2}{2\s?igma^2}}]

92、\s?igma是高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)差，控制濾波的平滑程度；

93、x(i+k)是原始數(shù)據(jù)點(diǎn)。

94、進(jìn)一步地，所述歸一化，包括：

95、最小-最大歸一化：

96、將數(shù)據(jù)縮放到[0,1]范圍內(nèi)，具體表達(dá)式為：

97、[x'＝\frac{x-x_{\text{min}}}{x_{\text{max}}-x_{\text{min}}}]

98、(x)是原始數(shù)據(jù)；

99、(x_{\text{min}})和(x_{\text{max}})分別是數(shù)據(jù)的最小值和最大值。

100、z-score歸一化：

101、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，保證數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1。具體表達(dá)式為：

102、[x'＝\frac{x-\mu}{\s?igma}]

103、(\mu)是數(shù)據(jù)的均值；

104、(\s?igma)是數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

105、進(jìn)一步地，所述插值法具體表達(dá)式為：

106、[x(i)＝x(i-1)+\frac{x(i+1)-x(i-1)}{2}]

107、(x(i))是缺失點(diǎn)；

108、(x(i-1))和(x(i+1))是相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)。

109、使用數(shù)據(jù)的全局均值來填充缺失值；

110、公式：

111、[x(i)＝\frac{1}{n}\sum_{j＝1}^{n}x(j)]

112、(x(i))是缺失值；

113、(x(j))是其他數(shù)據(jù)點(diǎn)。

114、在多次實(shí)驗(yàn)或多臺(tái)傳感器數(shù)據(jù)匯總的情況下，可以用均值填充法填補(bǔ)短期缺失的腐蝕數(shù)據(jù)；具體表達(dá)式為：

115、[x(i)＝x(i-1)+\frac{x(i+1)-x(i-1)}{2}]

116、(x(i))是缺失點(diǎn)；

117、(x(i-1))和(x(i+1))是相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)；

118、使用數(shù)據(jù)的全局均值來填充缺失值；具體表達(dá)式為：

119、[x(i)＝\frac{1}{n}\sum_{j＝1}^{n}x(j)]

120、(x(i))是缺失值；

121、(x(j))是其他數(shù)據(jù)點(diǎn)；

122、在多次實(shí)驗(yàn)或多臺(tái)傳感器數(shù)據(jù)匯總的情況下，可以用均值填充法填補(bǔ)短期缺失的腐蝕數(shù)據(jù)。

123、一種桿塔腐蝕安全評(píng)估方法，具體步驟如下：

124、(1)數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

125、通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等渠道獲取與桿塔腐蝕相關(guān)的數(shù)據(jù)。

126、1)數(shù)據(jù)預(yù)處理單元中的去噪模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可采用均值濾波、中值濾波、高斯濾波方法，減少數(shù)據(jù)中的噪聲干擾；

127、2)特征提取

128、統(tǒng)計(jì)特征包括均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值；

129、3)分類評(píng)估

130、大氣腐蝕評(píng)估：收集與大氣腐蝕相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；

131、將經(jīng)過預(yù)處理的環(huán)境數(shù)據(jù)輸入大氣腐蝕模型公式，其中系數(shù)a與大氣中的濕度、溫度、污染物濃度等因素相關(guān)，指數(shù)n通常取值在0.6到1之間，計(jì)算大氣腐蝕速率和程度；

132、使用大氣腐蝕模型計(jì)算桿塔表面每年的腐蝕速率(μm/year)，并對(duì)不同區(qū)域的腐蝕速率進(jìn)行對(duì)比分析；

133、土壤腐蝕評(píng)估：在桿塔基礎(chǔ)周圍采集土壤樣本，并測(cè)量關(guān)鍵參數(shù)；

134、將采集到的土壤數(shù)據(jù)輸入土壤腐蝕模型公式，計(jì)算土壤電阻率r，電阻率較低的土壤腐蝕性較高；

135、根據(jù)電阻率、ph值、含水量等參數(shù)，使用土壤腐蝕標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估土壤腐蝕環(huán)境的等級(jí)，包括輕度、中度、嚴(yán)重腐蝕；

136、化學(xué)腐蝕評(píng)估：

137、重點(diǎn)采集化學(xué)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括酸雨數(shù)據(jù)(通過環(huán)境監(jiān)測(cè)獲取酸雨的ph值，尤其關(guān)注ph<5.5的酸雨)、工業(yè)廢氣數(shù)據(jù)(評(píng)估工業(yè)區(qū)的二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)等氣體的濃度，結(jié)合風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)分析這些污染物的分布)、化學(xué)沉積物(采集桿塔附近土壤或水體中的沉積物，檢測(cè)其是否含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì))；

138、將酸雨、工業(yè)廢氣等化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分類，評(píng)估各類污染物的濃度及其對(duì)腐蝕的潛在影響；

139、根據(jù)化學(xué)腐蝕模型公式，其中k是與化學(xué)環(huán)境和材料相關(guān)的常數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定；計(jì)算化學(xué)腐蝕速率。

140、根據(jù)化學(xué)腐蝕速率評(píng)估桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，并提供相應(yīng)的防護(hù)措施建議；

141、4)整合分析

142、整合分析單元對(duì)分類評(píng)估后的結(jié)果進(jìn)行整合分析，綜合考慮各種腐蝕因素的影響，得出桿塔的整體腐蝕狀況評(píng)估；

143、(2)安全評(píng)估模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)分析模塊得出的整體腐蝕狀況評(píng)估結(jié)果，對(duì)桿塔的腐蝕安全狀況進(jìn)行評(píng)估；

144、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

145、安全評(píng)估模塊根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分，分為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)等級(jí)。

146、(3)預(yù)警模塊，根據(jù)桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息，預(yù)警級(jí)別可以分為紅色預(yù)警、橙色預(yù)警和黃色預(yù)警三個(gè)級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；預(yù)警信息可以通過短信、郵件、手機(jī)app的方式發(fā)送給相關(guān)人員。

147、本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于提供一種桿塔腐蝕安全評(píng)估系統(tǒng)及其方法，全面的數(shù)據(jù)分析：通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、分類評(píng)估和整合分析等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)桿塔腐蝕相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和綜合分析，提高了評(píng)估的準(zhǔn)確性和全面性。

148、多維度評(píng)估：對(duì)大氣腐蝕、土壤腐蝕和化學(xué)腐蝕分別進(jìn)行評(píng)估，并綜合考慮各種腐蝕因素的影響，能夠更準(zhǔn)確地反映桿塔的實(shí)際腐蝕狀況。

149、科學(xué)的評(píng)估方法：采用多種數(shù)學(xué)模型和公式進(jìn)行腐蝕速率計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為電力設(shè)施的安全運(yùn)行提供了科學(xué)依據(jù)。

150、完善的預(yù)警機(jī)制：根據(jù)桿塔的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，提高了電力設(shè)施的安全性和可靠性。