改进的输电线路山火蔓延模型及应用_杜晓峰

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表示从 ｕ 蔓延（流出）到近邻格点 ｖ 的火强
度，二者之差就是当前时刻 ｔ 从近邻蔓延到 ｕ 格点的实
际火势强度。
（３）影响火灾的多因素概率加权
（２）
从格点 ｕ 到格点 ｖ 的网格权重（路径容量）为地形
坡度角、植被与风速信息三者的高斯核相似度加权，其
中
，Ａ 表示坡度角，Ｖ 表示风速，Ｒ 表示火
的蔓延速度。
务平台［Ｊ］． 计算机应用与软件， ２０１５，３２（４）：１００－１０３． ［５］付灿， 李民权， 金秀梅． 应用于多模卫星定位导航系
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（４）计算跨网格火灾蔓延强度
（３）
如果近邻 ｖ 的当前火势强度高于格点 ｕ，则流向不 能由低容量向高容量回流，如果从近邻 ｖ 蔓延（流入）的 火势强度超过网格权重（路径容量），则取当前网格权重 作为火势强度传播量。
（５）计算经过 ｄ 次蔓延后各网格点的火情强度，其中 ｄ 一般取整个区域网格点数目的一半即可。
长轴 ｂ 和短轴 ａ。然后将此区域划分为多个以 ａ 和 ｂ 分
别为长和宽的矩形小网格，再基于多网格给出山火蔓延
趋势和速度的分析，从而有利于输电线路的山火监控。具
体如下：
（１）设 Ｎ０ 为初始检测到火点的辐射强度，着火点（即源 点）的火情强度为 ， 用于标定该格点是否有火情。
当格点 ｉ 的辐射强度大于 Ｎ０ 时，该格点就有火情，
山坡的坡度和坡向。一般来说，在其他条件相同的前 提下，对于上坡火，山火蔓延速度随坡度的增大而加快， 下坡的坡度变化对火蔓延速度的影响没有上坡明显［６］。
风速和风向。在一定的范围内，风速越大，山火蔓延 速度越快；但当风速超过该范围时，山火蔓延速度则迅速 减小。山火蔓延方向很大程度取决于风向。
山火蔓延受周围环境影响很大，除以上因子外，其他 一些既影响小又不易于考虑的因子给予忽略。接下来结 合上述蔓延因子，给出山火影响因子与山火蔓延的关 系。
二、结合 GIS 的山火蔓延模型改进方法
利用 ＧＩＳ（地理位置信息系统），统计记录输电线路 周边的可燃物信息、可燃物与时间的统计关系，输电线路 区域的微气象信息、微气象的时间统计关系、地理位置信 息（粗略的坡度信息等），然后根据变化情况适时更新。
当输电线路周围有山火发生时，利用 ＧＩＳ 结合遥感
技术，给出响应，利用 Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ 模型计算出火点椭圆的
关键词：山火蔓延 输电线路 Rothermel 模型
输电线路是大规模电力系统的重要组成部分。近些 年来，全国范围内的输电线路因为山林火灾引发山火而 跳闸停运事故较为频繁，因为高压和超高压输电线路对 高强度火灾的承受能力较弱，而森林火灾中火焰的最高 温度可达 １２００℃，边界的最高温度可达 １１００℃，热烟气 体的最高温度超过 ５２０℃，且森林火灾还会形成高达 ２０～３０ｍ 的火柱［１－２］。这种山火易导致线路放电，且单相故
并且有
＝Ｎ０；
当格点 ｉ 的辐射强度小于 Ｎ０ 时， 就为 ０。
（２）火情在网格中蔓延称为网格的流，某一时刻 ｔ，网
格点 ｕ 的火情强度为该网格在上一时刻 ｔ－１ 时的火情强
度加上在 ｔ 时刻从 ｕ 的所有近邻点 ｖ 蔓延（流入）的火势
强度。
（１）
其中，
表示从近邻点 ｖ 蔓延 （流入）ｕ 的火强
度，
责任编辑：徐东辉
［７］倪琴， 周国祥． 基于无障碍设计的 Ａｎｄｒｏｉｄ 手机导航 方法［Ｊ］． 合肥工业大学学报：自然科学版，２０１５， ３８（４）：４９０－４９４．
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责任编辑：徐东辉
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三、改进输电线路山火蔓延模型应用
本文提出的改进输电线路山火蔓延模型已经被应用 到“安徽省输电线路灾害预警监测平台”中。当获得火灾 点的数据后，结合网络天气预报数据和微气象站监测数 据、地理信息，及时对输电线路周围环境的火灾提供监 测，基于 ＧＩＳ 及接收到的火灾原始信息，利用以上给出的
分析算法叠加地面植被、风速风向（省气象局及输电线路 已有的 １００ 个微气象）及水源等信息，进行灾害监测和预 警，相应给出预警等级判定及发布；结合线路责任方，就 近给出处置方案包括处置任务单 （火灾等级及相应处置 要求）、现场情况反馈单、处置情况反馈单，并对相关信息 进行存档。
警方法的研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院， ２００５． ［５］ 胡湘．电网的山火防止与运行优化研究［Ｄ］．长沙：长沙
理工大学， ２０１１． ［６］ 周建国．基于 ＲＳ 和 ＧＩＳ 的森林火险等级研究［Ｄ］．长
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都： 电子科技大学， ２０１４． ［４］黄文辉， 柳泽荣． 基于 ＧＰＳ／Ｂａｉｄｕ Ｍａｐ 的位置信息服
保存一些常用的配置，它提供了 Ａｎｄｒｏｉｄ 平台常规的 Ｌｏｎｇ （长整型）、Ｉｎ（ｔ 整型）、Ｓｔｒｉｎｇ（字符串型）数据的保存［８］。
三、结论
本文结合目前紧密贴近生活的 Ａｎｄｒｏｉｄ 手机应用， 以及越来越火爆的地图应用，采用基于 ＳＯＡＰ 协议的 ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ 方法实现服务端与客户端的信息交互，设计 并实现了基于 ＬＢＳ 的电动汽车充电服务系统 Ａｎｄｒｏｉｄ 客 户端应用。完成了实时定位、地址检索、充电桩信息显示、 路径导航和预约充电等功能。该系统极大地方便了司机对 充电桩的使用，有效解决了充电桩分布不密集、充电桩寻 找难、电动汽车充电难的问题，具有很强的实际应用意义。
安徽科技
科研·成果
AN H U I SCIEN CE & TECH N O LO GY
一、影响山火蔓延的相关因子
诱发大规模山火［３］的主要原因是气候干旱和人为火 点，世界上 ９０％以上火灾是由人为引发的，人为因素引发 的森林火灾比例更高。
较为准确地分析出火灾的蔓延趋势，就能够判断出 火灾对于输电线路的影响，及时采取相关措施，对输电线 路的安全运行主动防御。根据前人相关研究，山火蔓延的 影响因子主要包括以下方面。
系统结构图如图 １ 所示。
图 １ 输电线路山火蔓延模型系统结构图
火灾监测与预警主要模块功能有以下几种。 火灾信息采集模块：接收相关信息和数据。包括气象 卫星数据、山火分析仪、气象卫星数据。 火灾数据分析模块：基于 ＧＩＳ、微气象数据、ＧＩＳ 信 息、输电线路运维信息以及接收到的火灾原始信息，叠加 地面植被、风向风速及地形信息，进行火灾风险评估，使 用本文所提出的改进模型。 火灾预警模块（数据建模）：根据分析模块的风险评 估结果，相应给出预警风险等级判定并发布。 火灾处置模块（工作流）：根据预警发布的情况，对火 灾现场进行记录，将这些信息反馈回数据库，这些预警反 馈信息将用于生成火灾处置。 火灾多发区域图绘制模块：根据采集、接收到原始火 灾数据和 ＧＩＳ 信息、地形信息的叠加结果，绘制出火灾多 发区域的模拟图，进行系统经验积累。
四、总结
本文分析了引发火灾的一些火灾因子，以及起火之 后火灾的蔓延方向和速度与气象因素、环境因素、燃料之 间的关系，利用 Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ 模型给出定量关系，结合地理 信息系统，建立了改进的火灾蔓延模型，可以更准确地确
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定火灾对输电线路的影响等级。本模型已经用于系统的 实际应用，取得了较满意的效果。
可燃物。包括燃料负荷、孔隙度、含水率等［４，５］。在其他 条件不变的前提下，燃料载量的增加导致单位面积上参 与热解反应的燃料量增加，主要表现为火焰高度的增大， 火焰对未燃段的辐射量增大，火蔓延速度也会随之加快； 当孔隙度增大时，火焰的高度增大，已燃区向未燃区的辐 射热流增大；而含水率的大小决定山火燃烧起来的难易 程度。
障重合闸的成功率比较低，会造成永久性故障，由山火引 起的输电线路故障持续时间久、范围广、恢复难度大。
安徽省位于中国的东部，平原与丘陵、低山相间排 列，地形地貌呈现多样性。山火极易对输电线路造成影 响。本文结合安徽省输电线路的一些特征和地理因素，分 析火灾发生及蔓延的相关因子，对于预测火灾蔓延、维护 输电线路的正常运行具有重要意义。
国内外有关火灾的蔓延模型有很多，例如 ＭｃＡｒｔｈｕｒ 模型、加拿大的国家林火蔓延模型、王正非模型、反应 － 扩散方程模型和 Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ 模型［７］。其中基于能量守恒定 律的半经验 Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ 模型抽象程度高，考虑的因素较 全。Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ 模型认为火焰的蔓延是由着火区域引发未 着火临近区域的链式反应。Ａｎｄｅｒｓｏｎ 曾经假设山火的蔓 延模型的形状为一椭圆，根据基本方程再结合实验得出 的数据，计算出椭圆的长轴 ｂ 和短轴 ａ 之比 ＬＢ；在此基 础上，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ 又计算出焦点（着火点）到火头的距离与 火尾距离的比值 ＨＢ［８］ 。本文根据上述模型，结合ＧＩＳ 技术 对模型进行改进。