基于气象灾害决策支持方法、系统、装置及介质

摘要

本发明公开一种基于气象灾害决策支持方法、系统、装置及介质，该方法包括：获取气象信息和决策信息，对所述气象信息和所述决策信息分别进行模糊化处理，根据模糊决策树生成模糊规则；输入问题，对所述问题进行解析并生成解析结果，将所述解析结果与所述模糊规则进行匹配操作，分别生成决策信息以及预计灾害影响。本发明通过对气象信息和决策信息进行数据挖掘和决策树分析，并将规则录入数据库，用户可以通过客户端方便地获取决策信息，并通过背景分析数据进行最终的决策和措施生成，可以有效，快捷地挖掘出有效的规则，并从中生成决策，这为政府和相关部门采取有效的防灾减灾措施提供了有效的决策支持。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统风险分析领域，尤其涉及一种基于气象灾害决策支持方法、系统、装 置及介质。

背景技术

近年来，全球环境破坏问题日益突出，气候变化明显，各类自然灾害事件发生的频度也在 不断增加，气候变化、气象状况对电力设施、电网安全运行的影响日益突出。恶劣天气下，电 网因风刮异物、雷击发生故障跳闸的频次增大，发生较大面积停电的可能仍然存在。电力设备 作为重要的公共基础设施，是保障民生、促进经济社会发展的重要基础。据电力部门数据统计， 自然灾害已成为影响电力系统安全稳定运行的第二大因素，仅次于设备自身故障。自2009年 至今，全球范围内因气候原因造成的电网故障中，影响超过10万人的达28次，占电网大面积 停电事故总量的56％。

国家坚强智能电网战略的推进，对地区电网调度运行工作提出了更高的要求。为实现安全、 经济的电网调度运行，调度员除需要关注电网一次、二次设备本身的特性和运行状态之外，还 需要关注各个地理区域天气的实时状况，如各变电站供电区域当前的天气、温度、降水量、风 速、落雷量等，利用这些信息来对电网的运行状况进行分析，对未来一段时间的电网安全性、 可靠性进行预测、监控、分析，对可能发生的电网故障有所准备。

由于电力企业对气象信息价值的认知不足、对气象信息精细度的重视程度不够，气象信息 与电网监控的融合不深，导致气象信息的潜在价值未得到充分挖掘，使得旨在降低电网设备气 象风险的工作缺乏高效的管理。

目前，我国的气象预报监测已经覆盖的非常密集，气象预测的准确度、分辨率越来越高， 电力部门与气象部门也建立起了良好的信息共享机制。电力部门每天都会收到来自气象部门分 时段的大量气象预报信息。如果缺乏对气象信息有效分析管理的方法和手段，将难以迅速准确 地对气象灾害风险进行识别及防范，降低电力部门对恶劣天气的响应速度。所以电网监控预警 系统中融入专业气象信息，并根据气象信息进行气象信息－电网故障的融合和电网风险预测是 十分有必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于气象灾害决策支持方法、系统、装置及介质，主要解 决现电力系统未能充分挖掘气象信息用于管理电网设备的问题。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种基于气象灾害决策支持方法，包括：

获取气象信息和决策信息，对所述气象信息和所述决策信息分别进行模糊化处理，根据模 糊决策树生成模糊规则；

输入问题，对所述问题进行解析并生成解析结果，将所述解析结果与所述模糊规则进行匹 配操作，分别生成决策信息以及预计灾害影响。

本发明第二方面提出一种基于气象灾害决策支持系统，包括：

管理端，用于获取气象信息和决策信息，对所述气象信息和所述决策信息分别进行模糊化 处理，根据模糊决策树生成模糊规则；

用户端，用于输入问题，对所述问题进行解析并生成解析结果，将所述解析结果与所述模 糊规则进行匹配操作，分别生成决策信息以及预计灾害影响。

本发明第三方面提出一种基于气象灾害决策支持装置，所述装置包括存储器和处理器，其 中，

所述存储器用于存储可执行程序代码；

所述处理器与所述存储器耦合；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行上述的基于气象灾害决策 支持方法。

本发明第四方面提出一种计算机可存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所 述计算机指令被调用时，用于执行上述的基于气象灾害决策支持方法。

本发明的有益效果为：基于专家决策支持技术和模糊粗糙集理论，通过对气象信息和决策 信息进行数据挖掘和决策树分析，并将规则录入数据库，用户可以通过客户端方便地获取决策 信息，并通过背景分析数据进行最终的决策和措施生成，可以有效，快捷地挖掘出有效的规则， 并从中生成决策，这为政府和相关部门采取有效的防灾减灾措施提供了有效的决策支持。

附图说明

图1为本发明实施例一公开的基于气象灾害决策支持方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一公开的客户端的流程示意图；

图3为本发明实施例二公开的基于气象灾害决策支持系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三公开的基于气象灾害决策支持装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本 发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明， 而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的 部分而非全部内容。

实施例一

本实施例提出了一种基于气象灾害决策支持方法，包括管理端和客户端。

如图1所示,管理端获取气象信息和决策信息，对气象信息和决策信息分别进行模糊化处 理，根据模糊决策树生成模糊规则；

本系统的管理端负责知识的入库管理和规则的入库管理。对于知识的管理主要包括气象信 息和决策信息，气象信息包括实时温度、实时湿度、实时风力以及实时降雨量，决策信息包括 预案、使用经费，使用人员以及最后经济以及人员损失。

因为本发明的决策树算法是基于模糊信息系统的，而当前的知识库仍然为实值数据库，所 以要对该知识库进行模糊化处理，模糊化处理算法可以使用模糊C均值算法(FCM)实现， 是在硬C均值聚类算法上改进而来。

模糊化处理(FCM算法)包括以下步骤：

S11，设定聚类个数为c，1＜c＜n，模糊指数为m，1≤m≤∞，用来控制分类矩阵U的模糊程度，m值越大，得到的最终聚类结果所呈现的模糊程度就越大，如果m值越小，则最 终得出的结果的模糊程度就越小。在实际应用中m最佳取值范围为(1.5-2.5)，一般使用m＝2。随机设置各类中心V，设置收敛精度ε＞0，并令迭代次数k＝0。

S12，将聚类个数和模糊指数代入隶属度迭代公式计算隶属度矩阵U

Ix＝{(i，j)|x

S13：将隶属度矩阵代入聚类中心迭代公式计算各类中心V

重复S12和S13，直到满足如下的终止条件，

||V(k)-V(k-1)||＜ε，k≥1；

其中，u

举例来说，如果要将温度这个属性进行模糊化处理的话，可以利用模糊均值算法对实时温 度数据集划分成“严寒，寒冷，舒适，炎热，酷热”五类，而每个数据的隶属度都可以从最终 的隶属度矩阵中直接获取，具体算法如上。这些隶属度可以完全对应于模糊信息系统中的模糊 隶属度。对应的，可以对其他气象属性和决策属性进行模糊化处理，最终会得到模糊信息系统。

仅仅是模糊信息系统的话还不足以让用户进行决策，最终的决策还是要依赖于模糊规则的 生成。模糊规则可以通过决策树算法生成，基于模糊粗糙集的决策树归纳算法可以有效地在模 糊信息系统中挖掘模糊规则，因此在该系统中使用该算法作为规则生成算法。

客户端输入问题，对问题进行解析并生成解析结果，将解析结果与模糊规则进行匹配操作， 分别生成决策信息以及预计灾害影响。

用户端主要用来进行数据查询以及决策产品生成。数据查询可以很容易地用数据库查询技 术实现。决策产品主要包括两部分：决策内容和预计影响。这些都可以通过规则匹配算法来获 取。本专利中模糊决策树的规则匹配算法主要为模糊ID3学习算法，模糊ID3算法是普通ID3 归纳算法的一个扩展，和普通算法不同，在模糊算法中，基于可能性分布的模糊熵被用来作为 扩展属性选择标准。

匹配操作采用模糊ID3学习算法。模糊ID3学习算法包括以下步骤：

S21，选择扩展属性；

选择扩展属性包括以下步骤：

S211，对每个属性A

对A

对A

S212，对A

S213，选择E

其中，A为属性值，T为模糊子集，E为模糊分类熵，k为迭代次数，i为样本数，j为第j个聚类中心数，n为数据集中所有元素的个数，k为迭代次数，M为表示模糊集的所有隶属度之和，m为聚类中心数量。

S22，分割模糊样例集；

分割模糊样例集具体为：当模糊决策树的节点真实度小于预设阈值时，分割模糊样例集， 模糊分割中的元素作为子模糊集，递归地计算子模糊集的平均模糊分类熵，选择扩展节点，直 到生成最终的模糊决策树。

S23，通过模糊决策树上的所有到叶子节点的路径导出所有模糊决策规则。在决策树的算 法当中，模糊决策树相对于普通的决策树归纳算法更加贴近真实世界，因此该算法具有更广泛 的应用空间和更大的发展。

本方法基于专家决策支持技术和模糊粗糙集理论，通过对气象信息和决策信息(历史应对 措施，预警预案，抗灾减灾资源等)进行数据挖掘和决策树分析，并将规则录入数据库，用户 可以通过客户端方便地获取决策信息，并通过背景分析数据进行最终的决策和措施生成，可以 有效，快捷地挖掘出有效的规则，并从中生成决策，这为政府和相关部门采取有效的防灾减灾 措施提供了有效的决策支持。

如图2所示，具体实现如下：

(1)对气象信息里的每一条属性计算和模糊信息系统中每个分类的隶属度Uij(步骤S12)。

(2)对每一条模糊分类规则，计算实例与条件部分匹配的隶属度，作为实例属于某类的 隶属度。

(3)如果最后产生多个规则以不同的隶属度将这个数据实例分到了一类，那么就取最高 隶属度作为最后的隶属度。

(4)如果此实例以不同隶属度被分为几个不同的类，且需要作出明确决策，则取具有最 高隶属度的类作为最终类。

实施例二

一种基于气象灾害决策支持系统，包括：

管理端，用于获取气象信息和决策信息，对气象信息和决策信息分别进行模糊化处理，根 据模糊决策树生成模糊规则；

用户端，用于输入问题，对问题进行解析并生成解析结果，将解析结果与模糊规则进行匹 配操作，分别生成决策信息以及预计灾害影响。

系统建设：本系统有一套气象采集服务器、一套动态预警监控服务器、两套反向物理隔离 装置、一套数据桥接工作站、一台可视化系统交换机和一套数据服务器构成，如图3。

气象采集服务器从电力系统安全IV区的气象部门获取实时气象信息，实现原始气象监测 数据采集，包括对应气象地理信息数据、气象基本数据(温度、风速、降水量)。

(1)气象采集服务器通过反向物理隔离装置传送实时气象信息到电力系统安全III区的 桥接工作站。

(2)III区桥接工作站通过反向物理隔离装置传送实时气象信息到电力系统安全I区的电 力动态预警监控服务器上。

(3)电力动态预警监控服务器对气象数据和电力设备进行分析，主要包括以下功能模块：

1)气象信息分析模块

对气象信息的地理坐标信息和电力设备的地理坐标信息进行分析对应。

2)EMS数据获取模块

从EMS系统获取电网运行参数，包括线路潮流，主变油温、绕温、负载，母线电压。

3)电网动态预警模块

实现不同气象信息电网的安全性分析，保证不同气象条件下气象及电网主要信息的监视， 显示电网运行风险点。

据天气状况，自动调整输电线路运行安全限值，风速异常时加强对电网薄弱环节的关注及 现场施工的远程指导，提高电网操控安全性；降水异常时加强受影响设备的监控，提高异常处 置效率；对不适现场作业的气象条件实时智能告警，保证现场作业安全及电网的安全运行；利 用基于气象信息的电网设备故障风险排序方法实现设备的故障概率排序，并应用于电网运行断 面监视和静态安全分析。

实施例三

如图4所示，图4是本发明实施例公开的一种基于气象灾害决策支持装置的结构示意图。 如图4所示，该装置包括存储器101和处理器102，其中，

存储器101用于存储可执行程序代码；

处理器102与存储器101耦合；

处理器102调用存储器101中存储的可执行程序代码，执行实施例一所述的基于气象灾害 决策支持方法。

存储器101可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储 器(Read-Only Memory)。可选地，该存储器101包括非瞬时性计算机可读介质 (non-transitory computer-readable storage medium)。存储器101可用于存储指令、程 序、代码、代码集或指令集。存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区 可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储根据服务器的使用所创建的数据等。

处理器102可以包括一个或者多个处理核心。处理器102利用各种接口和线路连接整个服 务器内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器101内的指令、程序、代码集或指令集，以 及调用存储在存储器101内的数据，执行服务器的各种功能和处理数据。可选地，处理器102 可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－ Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA) 中的至少一种硬件形式来实现。处理器102可集成中央处理器(CentralProcessing Unit， CPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统和应用程序等；调 制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器102中， 单独通过一块芯片进行实现。

实施例四

此外，本申请实施例进一步公开一种计算机可存储介质，当该计算机可存储介质在计算机 上运行时，计算机存储介质存储有计算机指令，计算机指令被调用时，用于执行实施例一所述 的基于气象灾害决策支持方法。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程 序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读 存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只 读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory， CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算 机可读的任何其他介质。

以上对本申请实施例公开的一种基于气象灾害决策支持方法、系统、装置及介质进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只 是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请 的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为 对本申请的限制。