本發(fā)明涉及電力設(shè)施洪澇災(zāi)害，具體為一種考慮洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、洪水頻發(fā)對電力設(shè)施的安全構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，洪澇災(zāi)害不僅直接影響電力設(shè)施的運行，還可能導(dǎo)致大規(guī)模的電力中斷、設(shè)備損壞和安全事故，進(jìn)而對社會經(jīng)濟(jì)活動和居民生活造成嚴(yán)重影響，因此開展洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估顯得尤為重要。通過科學(xué)、系統(tǒng)的風(fēng)險評估方法，可以幫助電力運營商識別和量化潛在風(fēng)險，制定有效的預(yù)警機(jī)制和應(yīng)急響應(yīng)措施，進(jìn)而保障電力供應(yīng)的安全與穩(wěn)定。

2、目前，現(xiàn)有技術(shù)在洪水高度與電力設(shè)施安全性之間的關(guān)聯(lián)性分析上存在盲點，無法充分量化不同風(fēng)險等級對電力設(shè)施的具體影響，從而影響了應(yīng)對策略的制定，這些不足使得許多電力設(shè)施在面對極端天氣時缺乏足夠的韌性和應(yīng)變能力，現(xiàn)有技術(shù)在動態(tài)風(fēng)險評估和實時預(yù)測方面存在局限性，許多方法依賴于歷史數(shù)據(jù)，無法有效應(yīng)對氣候變化帶來的新挑戰(zhàn)，且對未來洪水高度和配電設(shè)施安全性的直接關(guān)聯(lián)性分析不足，這使得電力設(shè)施在應(yīng)對未來不確定性時難以做出及時和準(zhǔn)確的調(diào)整。

3、本發(fā)明通過建立洪水高度預(yù)測模型和風(fēng)險等級評估體系，有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)在洪水風(fēng)險管理中的不足，能夠提供科學(xué)、量化的決策依據(jù)，通過基于實時數(shù)據(jù)的智能分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力設(shè)施潛在洪澇風(fēng)險的及時評估，確保相關(guān)部門能夠提前采取防范措施，減少山洪對電力設(shè)施造成的損害，其次綜合風(fēng)險指數(shù)的引入使得風(fēng)險評估更具量化和可操作性，為決策者提供了明確的依據(jù)，以便于在關(guān)鍵時刻進(jìn)行資源的合理配置與調(diào)度，保障電力供應(yīng)的安全，因此本發(fā)明為電力系統(tǒng)的安全運營提供了有力的技術(shù)保障，有助于提升社會整體抗擊自然災(zāi)害的能力。

4、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種考慮洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種考慮洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法，具體步驟包括：

4、步驟1：實時采集待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)電力設(shè)施的電桿高度數(shù)據(jù)和山洪影響因素信息，采集歷史數(shù)據(jù)中的山洪影響因素信息，并獲取歷史山洪高度數(shù)據(jù)，山洪影響因素信息包括降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌和土壤數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

5、步驟2：構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，把預(yù)處理后的歷史數(shù)據(jù)中的降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌和土壤數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，其對應(yīng)的山洪高度數(shù)據(jù)作為標(biāo)簽，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；

6、步驟3：將預(yù)處理后的實時采集的山洪影響因素數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練完成后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，計算出預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)，并使用預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)與預(yù)處理后的電桿高度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；

7、步驟4：根據(jù)比較結(jié)果得出洪澇災(zāi)害風(fēng)險等級，判斷電力設(shè)施的電桿高度數(shù)據(jù)應(yīng)對預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)的能力，并計算電力設(shè)施的整體風(fēng)險指數(shù)，依據(jù)風(fēng)險指數(shù)進(jìn)行評估。

8、進(jìn)一步地，所述電桿高度數(shù)據(jù)包括待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有電桿的高度和區(qū)域內(nèi)電桿的最低高度，對電桿高度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟為計算待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有電桿高度數(shù)據(jù)的平均高度，依據(jù)的公式為：

9、；

10、其中，表示電桿的平均高度，表示第i根電桿的高度，指在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的電桿數(shù)量；

11、獲取待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有電桿的最低高度，所依據(jù)的公式為：

12、；

13、所述降雨量數(shù)據(jù)為待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)過去k天時間段內(nèi)的總降雨情況，對降雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟包括：

14、計算過去k天的總降雨量，所依據(jù)的公式為：

15、；

16、其中，為總降雨量，即過去k天發(fā)生的所有降雨量的總和，為第q天的降雨量；

17、獲取的待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地形地貌數(shù)據(jù)包括待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)最高點的高程數(shù)據(jù)、最低點的高程數(shù)據(jù)以及二者之間的水平距離，對地形地貌數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟包括，通過計算最高點和最低點之間的高度差與水平距離，計算坡度值，所依據(jù)的公式為：

18、；

19、其中，表示坡度值，表示兩個點之間的高程差，即，和分別表示待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)最高點、最低點的高程數(shù)據(jù)，表示兩個點之間的水平距離；

20、獲取待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的土壤數(shù)據(jù)時，在評估前一天從待監(jiān)測區(qū)域中最低點處采集土壤樣本，并通過高溫烘干至恒重獲取土壤樣本中的水分體積和土壤體積，對土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟為計算土壤的吸水率，將土壤的吸水率作為待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的土壤數(shù)據(jù)，吸水率計算所依據(jù)的公式為：

21、；

22、其中，表示吸水率（%），表示土壤中水分體積，表示土壤體積。

23、進(jìn)一步地，歷史數(shù)據(jù)中的降雨量數(shù)據(jù)為洪水爆發(fā)前k天時間段內(nèi)的總降雨量，并標(biāo)定為，歷史數(shù)據(jù)中的土壤數(shù)據(jù)為洪水爆發(fā)前一天，在待監(jiān)測區(qū)域中最低點處采集土壤樣本，并計算土壤的吸水率作為土壤數(shù)據(jù)，并標(biāo)定為，歷史數(shù)據(jù)中的地形地貌數(shù)據(jù)為待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)最高點的高程數(shù)據(jù)、最低點的高程數(shù)據(jù)以及二者之間的水平距離，并計算地形坡度數(shù)據(jù)作為地形地貌數(shù)據(jù)，并標(biāo)定為。

24、進(jìn)一步地，使用歷史數(shù)據(jù)中待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的山洪影響因素信息，包括降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌和土壤數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集：

25、；

26、其中，,和分別表示歷史數(shù)據(jù)中的降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)；

27、標(biāo)簽為：

28、；

29、其中，表示映射關(guān)系，表示歷史山洪高度數(shù)據(jù)；

30、特征數(shù)據(jù)和標(biāo)簽數(shù)據(jù)將作為輸入和輸出傳遞至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，定義輸入層的輸入節(jié)點數(shù)為，即代表降雨量、坡度和土壤吸水率；隱藏層節(jié)點數(shù)，使用relu激活函數(shù)：，引入非線性關(guān)系：

31、；

32、其中，為第j個隱藏節(jié)點的輸出，為權(quán)重矩陣，連接輸入層與隱藏層，為偏置項；

33、隱藏層的輸出通過權(quán)重變換，最終得到模型的預(yù)測輸出：

34、；

35、其中，為模型的預(yù)測結(jié)果，即預(yù)測的山洪高度，為隱藏層到輸出層的權(quán)重矩陣，將隱藏層的特征映射到最終的輸出，為輸出層的偏置項；

36、模型訓(xùn)練，通過計算所有預(yù)測值與真實值的平方差，損失函數(shù)反映出模型的預(yù)測精度：

37、；

38、其中，表示損失值，衡量模型預(yù)測值與實際標(biāo)簽之間的差距，表示訓(xùn)練樣本數(shù)量，用于計算平均損失，表示第o個樣本的預(yù)測值，表示第o個樣本的歷史山洪高度。

39、進(jìn)一步地，通過最小化損失函數(shù)來調(diào)整模型的參數(shù)，即權(quán)重和偏置：

40、；

41、該公式為損失函數(shù)對權(quán)重的梯度，通過此公式調(diào)整權(quán)重以減少損失函數(shù)，表示是第一隱藏層對第o個樣本的輸出，表示訓(xùn)練集中的樣本編號；

42、通過損失函數(shù)關(guān)于輸出的梯可進(jìn)一步傳播到隱藏層，計算權(quán)重的梯度：

43、；

44、其中，是relu函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，表明隱藏層節(jié)點對輸入的敏感度；

45、對權(quán)重數(shù)據(jù)進(jìn)行更新的邏輯為將更新后的權(quán)重覆蓋原和，所依據(jù)的權(quán)重更新公式為：

46、；

47、；

48、其中，為學(xué)習(xí)率，控制每次權(quán)重更新的幅度，表示權(quán)重的更新符號；

49、用指標(biāo)來評估模型的表現(xiàn)，調(diào)整和優(yōu)化模型：

50、；

51、其中，用于度量預(yù)測值與實際值之間的差異，值越小表示預(yù)測越準(zhǔn)確。

52、進(jìn)一步地，利用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行預(yù)測，輸入實時采集的山洪影響因素數(shù)據(jù)：

53、；

54、其中，表示特征輸入數(shù)據(jù)，包含山洪影響因素數(shù)據(jù)：降雨量數(shù)據(jù)、地形坡度和土壤吸水率;

55、將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行前向傳播，獲得山洪高度的預(yù)測值，輸入層到隱藏層，通過權(quán)重矩陣和偏置將特征變換成隱藏層的輸出：

56、；

57、其中，為第j個隱藏節(jié)點的輸出；

58、將隱藏層的輸出轉(zhuǎn)換為預(yù)測值：

59、；

60、其中，表示預(yù)測的實際山洪高度；

61、將預(yù)測的實際山洪高度與電桿高度進(jìn)行比較，評估山洪對電力設(shè)施的潛在影響：

62、；

63、其中，為預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)，通過模型計算得到，為電力設(shè)施的電桿平均高度，代表預(yù)測的實際山洪高度與電桿高度之間的差值。

64、進(jìn)一步地，根據(jù)實際山洪高度與電桿高度的比較結(jié)果，定義洪澇災(zāi)害的風(fēng)險等級：

65、；

66、其中，當(dāng)，表示高風(fēng)險，說明山洪高度高于電桿高度，會造成設(shè)施損壞；當(dāng)，表示低風(fēng)險，電桿在山洪條件下是安全的，當(dāng)，表示中風(fēng)險，電桿處于危險狀態(tài)，需預(yù)警；

67、計算一個綜合的風(fēng)險指數(shù)，全面評估電力設(shè)施的整體風(fēng)險：

68、；

69、其中，為洪澇事件的頻率，定義為過去10年內(nèi)的洪澇事件發(fā)生次數(shù)，為基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性評估，取值范圍為1到5，其中1表示低脆弱性，5表示高脆弱性；

70、當(dāng)，即表示電桿的高度和最低高度均能應(yīng)對洪水，風(fēng)險為零；當(dāng)，即，這里的計算反映了在洪水高度超過電桿高度時的風(fēng)險，當(dāng)，即，表示洪水高于最低電桿高度但低于平均高度，給予適當(dāng)風(fēng)險加權(quán)（乘以0.5）。

71、本發(fā)明另外還提供一種考慮洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)用于執(zhí)行上述的一種考慮洪水影響的電力設(shè)施洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估方法，包括：

72、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實時采集待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)電力設(shè)施的電桿高度數(shù)據(jù)和山洪影響因素信息，采集歷史數(shù)據(jù)中的山洪影響因素信息，并獲取歷史山洪高度數(shù)據(jù)，山洪影響因素信息包括降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌和土壤數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

73、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，把預(yù)處理后的歷史數(shù)據(jù)中的降雨量數(shù)據(jù)、地形地貌和土壤數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，其對應(yīng)的山洪高度數(shù)據(jù)作為標(biāo)簽，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；

74、山洪預(yù)測模塊，用于將預(yù)處理后的實時采集的山洪影響因素數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練完成后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，計算出預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)，并使用預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)與預(yù)處理后的電桿高度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；

75、風(fēng)險評估模塊，用于根據(jù)比較結(jié)果得出洪澇災(zāi)害風(fēng)險等級，判斷電力設(shè)施的電桿高度數(shù)據(jù)應(yīng)對預(yù)測的實際山洪高度數(shù)據(jù)的能力，并計算電力設(shè)施的整體風(fēng)險指數(shù)，依據(jù)風(fēng)險指數(shù)進(jìn)行評估。

76、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

77、本發(fā)明通過實時采集電力設(shè)施電桿高度及其檢測區(qū)域的山洪影響因素，并結(jié)合歷史山洪影響因素和高度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，解決了傳統(tǒng)方法在數(shù)據(jù)來源單一、實時性差的問題，這一過程的實施確保了模型能夠基于最新的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用預(yù)處理后的歷史山洪影響因素數(shù)據(jù)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的引入使得復(fù)雜的輸入特征能夠以更高的敏感度和精確度反映出對山洪高度的影響，從而提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性。

78、本發(fā)明在完成模型訓(xùn)練后，將實時采集的山洪影響因素數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，以預(yù)測實際山洪高度，并將其與電桿高度進(jìn)行比較，這一比較結(jié)果用于判斷電力設(shè)施的安全性，并計算洪澇災(zāi)害的風(fēng)險等級和整體風(fēng)險指數(shù)，通過這一綜合流程，該系統(tǒng)不僅能夠動態(tài)監(jiān)測和評估洪水風(fēng)險，還能為決策提供量化f依據(jù)，提升電力設(shè)施的抗洪能力，減少潛在損失。