一種架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于架空輸電線路通道林木隱患預(yù)測與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種架空 輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，加之國家退耕還林政策的實施以及對環(huán)保要求 的提高，無論是新建線路還是已經(jīng)投產(chǎn)的線路，輸電線路通道下威脅線路安全運行的樹木 問題已變得十分突出，當(dāng)樹木生長到輸電線路安全距離范圍之內(nèi)就有可能發(fā)生線路跳閘故 障，威脅到整個輸電線網(wǎng)的安全穩(wěn)定。由于研究區(qū)內(nèi)種植樹木種類具有多樣性，各樹種生長 周期不同，導(dǎo)致輸電線通道林木隱患維護工作十分困難，因此研究一種針對架空輸電線路 通道林木的優(yōu)勢樹種高度生長預(yù)測模型為林木隱患的自動排查和預(yù)警提供精確的基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)具有重要的實踐價值；在外界干擾力度較小的情況下，樹木生長速度隨樹齡的增加而變 化，即緩慢一旺盛一緩慢一停止，樹木生長曲線上存在拐點，反映總生長量變化過程的曲線 是一個"S"型曲線生長方程，常用的理論生長方程有Richards方程、Logistic方程、單分 子方程、Gompertz方程等。其中，Richards生長方程適應(yīng)性強、準(zhǔn)確性高，方程中的各參數(shù) 都有一定的生物學(xué)意義，在國內(nèi)外生長收獲預(yù)估中得到廣泛應(yīng)用，而常用的模型參數(shù)估測 法是非線性最小二乘法，僅利用樣本信息，將參數(shù)作為固定值，其估測的過程與樹木生長的 隨機性相違背，對參數(shù)不確定性的估測效果較差，尤其是針對特殊情況下林木生長高度的 預(yù)測效果更差。例如，相比于普通林區(qū)的林木生長過程而言，輸電線路通道林木的生長具有 一定的特殊性，會隨著輸電線路電壓級別的不同呈現(xiàn)不同的負(fù)增長、正增長或畸變，而傳統(tǒng) 的模型參數(shù)估測方法在模型估測的過程中無法充分有效地考慮到這些地域隨機參量，導(dǎo)致 模型參量的估測精度普遍偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供了一種為林木隱患自動排查和精 確預(yù)警精確預(yù)測的架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采 用的技術(shù)方案如下：
[0004] 一種架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法，其特征在于：結(jié)合全網(wǎng)架空輸電線 路通道林木文件生成隱患數(shù)據(jù)資料庫，建立樹高生長預(yù)測模型，實現(xiàn)樹高生長的精確預(yù)測， 包括以下步驟：
[0005] Stepl:標(biāo)定輸電線路通道林木研究區(qū)域的優(yōu)勢樹種的類型，建立全網(wǎng)架空輸電線 路通道林木隱患數(shù)據(jù)庫；
[0006] Step2 :針對某一優(yōu)勢樹種，結(jié)合全網(wǎng)架空輸電線路通道中優(yōu)勢樹種的自然生長規(guī) 律以及林木隱患數(shù)據(jù)庫中該樹種所有林齡的樣地信息，以及胸徑d為橫坐標(biāo)，樹高h為縱坐 標(biāo)，生成林木樹高-胸徑分布曲線，然后確定Richard生長方程的初始值；所述Richards生 長方程的初值通過如下公式進行估算：
[0008] 上式中，H為林木高度，t為林齡，參數(shù)A，B，k，x中，A>0, k>0,其中，A為林木 生長的最大值，B為樹木生長因子，x為林木生長方程的拐點值，k為林木的生長速率；
[0009]Step3 :針對某一優(yōu)勢樹種，基于全網(wǎng)架空輸電線路通道林木的先驗信息和樣本信 息，構(gòu)建貝葉斯估測法中該優(yōu)勢樹種的先驗分布和邊緣分布；
[0010]Step4 :根據(jù)貝葉斯估測法計算未知參數(shù)的后驗分布，獲取Richard方程未知參數(shù) 的取值；
[0011] Step5 :根據(jù)驗證樣本對所求得的未知參數(shù)的精度進行評估，如果參數(shù)精度不合 格，利用當(dāng)前計算求得的未知參數(shù)取值對Richard生長過程中未知參數(shù)的初始值進行修 正，然后返回Step3進行迭代循環(huán)，再次調(diào)用貝葉斯估測法計算未知參數(shù)的取值；否則，停 止迭代循環(huán)，即通過優(yōu)化平差的方法得到未知參數(shù)的最佳估測值，將所有未知參數(shù)的最佳 取值代入Richard生長方程中，即可得到最終的樹高生長預(yù)測模型。
[0012] 優(yōu)選地，所述林木相對樹高和相對胸徑通過如下公式進行估測：
[0013]dr=d/D〇,hr=h/H〇,
[0014] 上式中，（^和h^分別表示林木的相對胸徑和相對樹高，d和h分別表示林木的實 際胸徑和樹高，D。表示平均胸徑，H。表示林木平均高。
[0015] 優(yōu)選地，所述貝葉斯估測法分析流程如下：
[0016]a)、選擇從林木隱患數(shù)據(jù)庫中選擇輸電線路通道的優(yōu)勢樹種，并結(jié)合Richard生 長方程的初始值，計算先驗分布；
[0017] b)、對于任意可能的初始值的條件概率分布，即所要求參數(shù)的后驗分布通過如下 公式進行估算，
[0020] 以上公式中：p為概率分布函數(shù)或者密度函數(shù)，p(A,Iy)是在給定某優(yōu)勢樹種樣本 信息y的前提下未知參數(shù)A取值為Aj的條件分布，即所求參數(shù)的后驗分布；p(yiIAj)，（i= 1，2, 3,...n，j= 1，2, 3,...m)，表示參數(shù)取值為、的情況下，樣本信息為yi的概率，可以根 據(jù)樣本信息計算得到；P(A,)是未知參數(shù)A取值為A,的概率，即先驗分布；p(yi)表示某優(yōu)勢 樹種的邊緣分布計算得到；
[0021] c)、比較未知參數(shù)A的后驗分布，S吡較在給定某優(yōu)勢樹種樣本信息y的前提下未 知參數(shù)A取值為Aj(j= 1，2, 3, ...，m)的所有條件分布p(AjIy)，所有p(AjIy)中取值最大 者所對應(yīng)的Aj即為未知參數(shù)A的最佳取值；
[0022] d)、根據(jù)上述同樣的方法計算Richard生長方程中其他參數(shù)k，m，B的后驗分布，并 求得最佳取值，該方法求得的Richard生長方程中未知參數(shù)的最佳取值充分考慮了輸電縣 路通道林木的樣本信息和先驗信息，便于林木生長高度的高精度預(yù)測。
[0023] 綜上所述，本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明通過架空輸電線路不同等級電壓對通道林木生長的畸變影響，在充分 考慮輸電線路通道林木的地域特性、自然生長特性、人為干預(yù)方式、以及電壓等級影響等隨 機參量的情況下，建立林木隱患數(shù)據(jù)資料庫中林分樹高和胸徑的分布曲線估計Richard生 長方程的初始值，然后基于貝葉斯估計理論評估多維隨機變量在模型迭代優(yōu)化中的動態(tài)貢 獻值，并實現(xiàn)Richard方程中未知參數(shù)的最優(yōu)估計，建立樹高生長預(yù)測模型，實現(xiàn)樹高生長 的精確預(yù)測。
[0025] (2)本發(fā)明充分考慮輸電線路通道林木生長的特殊性，實現(xiàn)任意維隨機變量和樣 本信息的最優(yōu)擬合，可以精確預(yù)測架空輸電線路通道林木優(yōu)勢樹種的樹高生長，以及可以 動態(tài)評估輸電線路通道林木多維隨機變量在模型迭代優(yōu)化中的貢獻值。
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施實例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明 的一些實例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附 圖獲得其他的附圖。
[0027] 圖1是本發(fā)明一種架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法流程圖。
[0028]圖2是本發(fā)明一種架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法的林木樹高-胸徑分布 曲線圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結(jié)合本發(fā)明實例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诎l(fā) 明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030] 如圖1所示，一種架空輸電線路通道林木生長的預(yù)測方法，結(jié)合全網(wǎng)架空輸電線 路通道林木文件生成隱患數(shù)據(jù)資料庫，建立樹高生長預(yù)測模型，實現(xiàn)樹高生長的精確預(yù)測， 包括以下步驟：
[0031] Stepl:開展實地調(diào)查，標(biāo)定輸電線路通道林木研究區(qū)域的優(yōu)勢樹種的林木種類以 及典型樹種的類型，并建立全網(wǎng)架空輸電線路通道林木隱患數(shù)據(jù)庫；具體步驟如下：
[0032] 1)、電力線路保護區(qū)的生成：根據(jù)電壓等級，設(shè)定電力線路保護區(qū)，根據(jù)不同電壓 等級對應(yīng)的邊線外沿距離，如表1所示，以架空輸電線路的矢量線圖層文件（tran_line. shp)生成緩沖區(qū)，得到架空輸電線路保護區(qū)（架空輸電線路保護區(qū)的范圍包括導(dǎo)線邊線向 外側(cè)水平延伸，并垂直于地面所形成的兩平行面內(nèi)的區(qū)域）；
[0033] 表1電壓等級對應(yīng)的邊線外延距離表
[0034]
[0035] 2)、生成林木隱患數(shù)據(jù)庫：對架空輸電線路保護區(qū)內(nèi)的林木隱患數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，采 集典型樹種的基本信息（包括樹種、樹齡、郁閉度、數(shù)量、當(dāng)前樹高、當(dāng)前胸徑、距離導(dǎo)線的 當(dāng)前水平距離和垂直距離），對單一樹種而言，樣點需覆蓋所有樹齡，形成全網(wǎng)輸電線路通 道林木隱患數(shù)據(jù)庫；
[0036] Step2::針對某一優(yōu)勢樹種，結(jié)合全網(wǎng)架空輸電線路通道的樹種的自然生長規(guī)律 以及林木隱患數(shù)據(jù)庫，生成林木樹高-胸徑分布曲線，確定Richard生長方程的初始值；其 中，架空輸電線路通道的優(yōu)勢樹種是指蓄積量比重較大的樹種（比如：以廣西為例，優(yōu)勢喬 木樹種為桉樹、西南樺、橡膠樹、杉木、松木、竹林等），林木樹高-胸徑分布曲線分布的具體 步驟如下：
[0037]SI)、樹高-胸徑分布曲線的生成：結(jié)合樣地信息以及胸徑d為橫坐標(biāo)，樹高h為 縱坐標(biāo)，生成林木樹高-胸徑分布曲線圖，如圖2所示，從圖中可看出，隨著胸徑的逐漸增 大，樹高也逐漸增