一种架空输电线路通道林木生长的预测方法技术

本发明专利技术属于架空输电线路通道林木隐患预测与管理领域技术，特别涉及一种架空输电线路通道林木生长的预测方法，包括以下步骤为：开展实地调查，建立全网输电线路通道林木隐患数据库；结合全网架空输电线路通道的树种的自然生长规律以及林木隐患数据库，生成林木树高和胸径分布曲线，并确定Richard生长方程的初始值；基于架空输电线路通道林木的先验信息和样本信息，根据贝叶斯估测法的先验分布，建立树高生长预测模型，实现树高生长的精确预测，用于指导输电线路运行单位制订线路周边树障状态巡视和隐患消除的策略，并为管理部门部署输电线路通道治理工作提供决策依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于架空输电线路通道林木隐患预测与控制
，特别涉及一种架空 输电线路通道林木生长的预测方法。
技术介绍
近几年，我国林业产业发展迅速，加之国家退耕还林政策的实施以及对环保要求 的提高，无论是新建线路还是已经投产的线路，输电线路通道下威胁线路安全运行的树木 问题已变得十分突出，当树木生长到输电线路安全距离范围之内就有可能发生线路跳闸故 障，威胁到整个输电线网的安全稳定。由于研究区内种植树木种类具有多样性，各树种生长 周期不同，导致输电线通道林木隐患维护工作十分困难，因此研究一种针对架空输电线路 通道林木的优势树种高度生长预测模型为林木隐患的自动排查和预警提供精确的基础数 据具有重要的实践价值；在外界干扰力度较小的情况下，树木生长速度随树龄的增加而变 化，即缓慢一旺盛一缓慢一停止，树木生长曲线上存在拐点，反映总生长量变化过程的曲线 是一个"S"型曲线生长方程，常用的理论生长方程有Richards方程、Logistic方程、单分 子方程、Gompertz方程等。其中，Richards生长方程适应性强、准确性高，方程中的各参数 都有一定的生物学意义，在国内外生长收获预估中得到广泛应用，而常用的模型参数估测 法是非线性最小二乘法，仅利用样本信息，将参数作为固定值，其估测的过程与树木生长的 随机性相违背，对参数不确定性的估测效果较差，尤其是针对特殊情况下林木生长高度的 预测效果更差。例如，相比于普通林区的林木生长过程而言，输电线路通道林木的生长具有 一定的特殊性，会随着输电线路电压级别的不同呈现不同的负增长、正增长或畸变，而传统 的模型参数估测方法在模型估测的过程中无法充分有效地考虑到这些地域随机参量，导致 模型参量的估测精度普遍偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种为林木隐患自动排查和精 确预警精确预测的架空输电线路通道林木生长的预测方法，为了实现上述目的，本专利技术采 用的技术方案如下： ，其特征在于：结合全网架空输电线 路通道林木文件生成隐患数据资料库，建立树高生长预测模型，实现树高生长的精确预测， 包括以下步骤： Stepl:标定输电线路通道林木研究区域的优势树种的类型，建立全网架空输电线 路通道林木隐患数据库； Step2 :针对某一优势树种，结合全网架空输电线路通道中优势树种的自然生长规 律以及林木隐患数据库中该树种所有林龄的样地信息，以及胸径d为横坐标，树高h为纵坐 标，生成林木树高-胸径分布曲线，然后确定Richard生长方程的初始值；所述Richards生 长方程的初值通过如下公式进行估算： 上式中，H为林木高度，t为林龄，参数A，B，k，x中，A>0, k>0,其中，A为林木 生长的最大值，B为树木生长因子，x为林木生长方程的拐点值，k为林木的生长速率；Step3 :针对某一优势树种，基于全网架空输电线路通道林木的先验信息和样本信 息，构建贝叶斯估测法中该优势树种的先验分布和边缘分布；Step4 :根据贝叶斯估测法计算未知参数的后验分布，获取Richard方程未知参数 的取值； Step5 :根据验证样本对所求得的未知参数的精度进行评估，如果参数精度不合 格，利用当前计算求得的未知参数取值对Richard生长过程中未知参数的初始值进行修 正，然后返回Step3进行迭代循环，再次调用贝叶斯估测法计算未知参数的取值；否则，停 止迭代循环，即通过优化平差的方法得到未知参数的最佳估测值，将所有未知参数的最佳 取值代入Richard生长方程中，即可得到最终的树高生长预测模型。 优选地，所述林木相对树高和相对胸径通过如下公式进行估测：dr=d/D〇,hr=h/H〇, 上式中，（^和h^分别表示林木的相对胸径和相对树高，d和h分别表示林木的实 际胸径和树高，D。表示平均胸径，H。表示林木平均高。 优选地，所述贝叶斯估测法分析流程如下：a)、选择从林木隐患数据库中选择输电线路通道的优势树种，并结合Richard生 长方程的初始值，计算先验分布； b)、对于任意可能的初始值的条件概率分布，即所要求参数的后验分布通过如下 公式进行估算， 以上公式中：p为概率分布函数或者密度函数，p(A,Iy)是在给定某优势树种样本 信息y的前提下未知参数A取值为Aj的条件分布，即所求参数的后验分布；p(yiIAj)，（i= 1，2, 3,...n，j= 1，2, 3,...m)，表示参数取值为、的情况下，样本信息为yi的概率，可以根 据样本信息计算得到；P(A,)是未知参数A取值为A,的概率，即先验分布；p(yi)表示某优势 树种的边缘分布计算得到； c)、比较未知参数A的后验分布，S吡较在给定某优势树种样本信息y的前提下未 知参数A取值为Aj(j= 1，2, 3, ...，m)的所有条件分布p(AjIy)，所有p(AjIy)中取值最大 者所对应的Aj即为未知参数A的最佳取值； d)、根据上述同样的方法计算Richard生长方程中其他参数k，m，B的后验分布，并 求得最佳取值，该方法求得的Richard生长方程中未知参数的最佳取值充分考虑了输电县 路通道林木的样本信息和先验信息，便于林木生长高度的高精度预测。 综上所述，本专利技术由于采用了以上技术方案，本专利技术具有如下有益效果： (1)本专利技术通过架空输电线路不同等级电压对通道林木生长的畸变影响，在充分 考虑输电线路通道林木的地域特性、自然生长特性、人为干预方式、以及电压等级影响等随 机参量的情况下，建立林木隐患数据资料库中林分树高和胸径的分布曲线估计Richard生 长方程的初始值，然后基于贝叶斯估计理论评估多维随机变量在模型迭代优化中的动态贡 献值，并实现Richard方程中未知参数的最优估计，建立树高生长预测模型，实现树高生长 的精确预测。 (2)本专利技术充分考虑输电线路通道林木生长的特殊性，实现任意维随机变量和样 本信息的最优拟合，可以精确预测架空输电线路通道林木优势树种的树高生长，以及可以 动态评估输电线路通道林木多维随机变量在模型迭代优化中的贡献值。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现 有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术 的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。 图1是本专利技术流程图。图2是本专利技术的林木树高-胸径分布 曲线图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本专利技术保护的范围。 如图1所示，，结合全网架空输电线 路通道林木文件生成隐患数据资料库，建立树高生长预测模型，实现树高生长的精确预测， 包括以下步骤： Stepl:开展实地调查，标定输电线路通道林木研究区域的优势树种的林木种类以 及典型树种的类型，并建立全网架空输电线路通道林木隐患数据库；具体步骤如下： 1)、电力线路保护区的生成：根据电压等级，设定电力线路保护区，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种架空输电线路通道林木生长的预测方法，其特征在于：结合全网架空输电线路通道林木文件生成隐患数据资料库，建立树高生长预测模型，实现树高生长的精确预测，包括以下步骤：Step1：标定输电线路通道林木研究区域的优势树种的类型，建立全网架空输电线路通道林木隐患数据库；Step2：针对某一优势树种，结合全网架空输电线路通道中优势树种的自然生长规律以及林木隐患数据库中该树种所有林龄的样地信息，以及胸径d为横坐标，树高h为纵坐标，生成林木树高‑胸径分布曲线，然后确定Richard生长方程的初始值；所述Richards生长方程的初值通过如下公式进行估算：H=A(1-Be-kt)11-x,]]>上式中，H为林木高度，t为林龄，参数A，B，k，x中，A＞0，k＞0，其中，A为林木生长的最大值，B为树木生长因子，x为林木生长方程的拐点值，k为林木的生长速率；Step3：针对某一优势树种，基于全网架空输电线路通道林木的先验信息和样本信息，构建贝叶斯估测法中该优势树种的先验分布和边缘分布；Step4：根据贝叶斯估测法计算未知参数的后验分布；获取Richard方程未知参数的取值；Step5：根据验证样本对所求得的未知参数的精度进行评估，如果参数精度不合格，利用当前计算求得的未知参数取值对Richard生长过程中未知参数的初始值进行修正，然后返回Step3进行迭代循环，再次调用贝叶斯估测法计算未知参数的取值；否则，停止迭代循环，即通过优化平差的方法得到未知参数的最佳估测值，将所有未知参数的最佳取值代入Richard生长方程中，即可得到最终的树高生长预测模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维，王乐，田树军，俸波，黄志都，朱时阳，蒋圣超，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45