專利名稱：一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，尤其是涉及ー種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法。
背景技術(shù)：
輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。當(dāng)前，土地資源日益寶貴，山區(qū)線路越來越多，電カ部門不可避免地面臨大量的邊坡工程，邊坡穩(wěn)定性問題變得日益突出。由于暴雨造成水土流失，與之密切相關(guān)的坡面沖刷、滑坡、滑塌等廣義滑坡災(zāi)害時有發(fā)生，危及輸電線路桿塔安全，嚴(yán)重者甚至造成線路倒桿斷線。因此，防止輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害事故，是保證輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的ー項十分重要的工作，已逐漸受到電カ設(shè)計部門、供電管理部門的重視，而做好 對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估、預(yù)警是防止暴雨災(zāi)害事故的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，針對不同目的或服務(wù)對象，可進(jìn)行不同類型的災(zāi)害風(fēng)險評估，根據(jù)滑坡災(zāi)害評估范圍或面積，可將邊坡風(fēng)險性評估分為點(diǎn)評估、面評估及區(qū)域評估。對于輸電線路基礎(chǔ)邊坡，較好的辦法是對具體邊坡形成比較精確、量化的評估系統(tǒng)，為抗災(zāi)、救災(zāi)和實(shí)施防治工程提供依據(jù)，屬于點(diǎn)評估范疇，需要綜合考慮線路桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征、地形地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及植被情況特征等諸多因素。除此之外，暴雨引起的邊坡失穩(wěn)雖然屬于邊坡工程研究范圍，但其風(fēng)險評估方法不能生搬硬套現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性評估方法，它跟坡面降雨強(qiáng)度等相關(guān)。目前，國內(nèi)外的技術(shù)中，還未出現(xiàn)因暴雨給輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡帶來的風(fēng)險進(jìn)行評估研究的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種適用于山區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的設(shè)計和監(jiān)瞀管理的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，包括以下步驟SI確定致災(zāi)因子從包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)和坡面植被特征中，根據(jù)大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計，按致災(zāi)最為嚴(yán)重的因子順序依次選取至少4位；S2對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行量化、歸ー化和權(quán)重確定S2-1量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進(jìn)行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法將各定性指標(biāo)分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標(biāo)的量化；S2-2量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，將量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值；
S2-3邊坡穩(wěn)定性分類穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定，以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進(jìn)行歸ー化處理，將邊坡穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的安全系數(shù)；S2-4構(gòu)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標(biāo)層在上，準(zhǔn)則層在中，方案層在下；目標(biāo)層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進(jìn)層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量；S3確定危險性評估模型以大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練直至達(dá)到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，即輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型；S4確定風(fēng)險性評估模型根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進(jìn)行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風(fēng)險度影響的權(quán)重向量，以國際上較為認(rèn)可的風(fēng)險表達(dá)式風(fēng)險度=危險度X易損度，即風(fēng)險包含風(fēng)險發(fā)生的可能性(危險度)和風(fēng)險帶來的損害程度(易損度)，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型；S5進(jìn)行評估根據(jù)風(fēng)險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估的具體輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡及降雨量進(jìn)行評估得到評估結(jié)果。所述的步驟SI的地質(zhì)構(gòu)造作為致災(zāi)因子是根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計獲得的，包括單層介質(zhì)邊坡、多層介質(zhì)邊坡(如花崗巖殘積土、全風(fēng)化花崗巖組成的邊坡)。所述的步驟S4中，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= co式中％為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。本發(fā)明的原則為確定控制輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害危險性的有關(guān)因素，采用人工智能法建立致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)國際上較為認(rèn)可的風(fēng)險表達(dá)式風(fēng)險度=危險度X易損度，即風(fēng)險包含風(fēng)險發(fā)生的可能性(危險度)和風(fēng)險帶來的損害程度(易損度)，建立輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險的準(zhǔn)確評估。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，評估是基于大量災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計進(jìn)行，對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險的評估結(jié)果更加真實(shí)可靠，更具針對性，實(shí)現(xiàn)對具體邊坡的評估。本發(fā)明的推廣應(yīng)用，將會有效地幫助電カ設(shè)計部門、供電管理部門，科學(xué)、準(zhǔn)確地對輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行評估，有針對性地采取預(yù)警和防治措施來提高其抗災(zāi)性能，更加精細(xì)化地管理電網(wǎng)。


附圖為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合本發(fā)明的附圖對實(shí)施例作進(jìn)ー步的描述。如附圖所示，本發(fā)明提出的一種輸電線 路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，在實(shí)施中，具體包括以下步驟(I)致災(zāi)因子的確定分析暴雨災(zāi)害的影響因素、確定致災(zāi)因子是開展暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估的第一歩。暴雨災(zāi)害的影響因素包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)、坡面植被特征等，確定致災(zāi)因子，建立評估體系要充分考慮區(qū)域的差異和當(dāng)?shù)氐牡乩硖卣?。本發(fā)明根據(jù)大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計得出輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險的主要控制因子，按致災(zāi)最為嚴(yán)重的因子順序依次選取至少4位。( 2 )邊坡穩(wěn)定性分類結(jié)合輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險性分類標(biāo)準(zhǔn)，將邊坡穩(wěn)定性劃分為3個等級，穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定。(3)對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行量化、歸ー化及權(quán)重的確定致災(zāi)因子的定量指標(biāo)直接根據(jù)實(shí)際值以衡量，定性指標(biāo)的量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進(jìn)行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法，將各定性指標(biāo)分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標(biāo)的量化。量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進(jìn)行歸一化處理,將其轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值。構(gòu)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標(biāo)層在上，準(zhǔn)則層在中，方案層在下；目標(biāo)層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進(jìn)層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量。(4) BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定危險性評估模型以大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練直至達(dá)到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，確定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型。(5)風(fēng)險性評估模型根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進(jìn)行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風(fēng)險度影響的權(quán)重向量，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= co式中％為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。以國際上較為認(rèn)可的風(fēng)險表達(dá)式風(fēng)險度=危險度X易損度，即風(fēng)險包含風(fēng)險發(fā)生的可能性(危險度)和風(fēng)險帶來的損害程度(易損度)，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型。(6)進(jìn)行評估根據(jù)風(fēng)險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估參數(shù)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡進(jìn)行暴雨風(fēng)險評估，獲得評估結(jié)果。作為ー個例子，本發(fā)明對某地區(qū)一個輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡進(jìn)行暴雨風(fēng)險評估。該邊坡坡度41°，坡高16. 2m，土體干密度1650kg/m2，地層巖性花崗巖殘積土，a :38%，輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型掏挖基礎(chǔ)，災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離2. 5m，輸電線路電壓等級500kV。表I為該地區(qū)暴雨災(zāi)害風(fēng)險的主要控制因子及相應(yīng)的量化標(biāo)準(zhǔn)。表I某地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的致災(zāi)因子及相應(yīng)的量化標(biāo)準(zhǔn) 等坡角降雨W —r密度其 性a 坡高
緩廣/mm /kg/m"/% /m
I^20 ^500 ^1660.It 它<30 ^5
全風(fēng)化花M巖500 80 16補(bǔ) 166
II20-35/ 全風(fēng)化泥！ 30-40 5-15
00
葉巖花崗巖殘積土
III多 35 多800 《1640ミ 40 き 15
/粉質(zhì)鉆丄備注a為彡0. 075mm顆粒質(zhì)量所占的比例表2為歸ー化后的部分網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。輸出(0. 9, 0. I, 0. I)代表邊坡穩(wěn)定，(0. 1,0. 9, 0. I)代表邊坡基本穩(wěn)定，(0. 1,0. 1,0.9)代表邊坡不穩(wěn)定。表2歸ー化后的部分BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)
ftBP聞_輸入BP _1|輸出
本降爾I
坡角r密.度a坡以 .填木不穩(wěn)
mV:I 性 ■定
r/kg/nr/%/m 穩(wěn) & 定
jImm
10,750.550.50.1 OJ 0.1 OJ I 0.1 0.1—--_____----———........................................................................
20.7750.380.50.5 0.9 0.5 0.1 I 0.1 OJ
30.9 0.59 0.9 0.5 0.5 0.5 0.1 I 0.1 OJ
40.825 OJl 0.5 0.9 0.5 0.5 CU I CU OS
50.57 0.23 0.5 0.1 0.9 0.5 0.1 I 0.9 0.1
利用訓(xùn)練的BP網(wǎng)絡(luò)對某基礎(chǔ)邊坡進(jìn)行暴雨危險評估，樣本數(shù)據(jù)為坡角41 °，降雨量50年最大雨強(qiáng)235mm/hX2h (和3h)，干密度1650kg/m2，巖性花崗巖殘積土，a :38%，坡高16. 2m,評估的結(jié)果分別為(0. 1043, 0. 8251，0. 1020)和(0. 1015, 0. 1026, 0. 8954)，說明在當(dāng)?shù)?0年最大雨強(qiáng)條件下，連續(xù)降雨3h該輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡很可能會出現(xiàn)滑坡而失穩(wěn)。表3為該地區(qū)易損度因子的量化及權(quán)重。計算該輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡的易損度為5，在當(dāng)?shù)?0年最大雨強(qiáng)條件下，連續(xù)降雨3h時，危險性評價為(0. 1015,0. 1026,0. 8954) X5，表明危險等級高。表3某地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡易損度因子的量化及權(quán)重
權(quán)利要求
1.一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，包括以下步驟 Si確定致災(zāi)因子 從包括臨界降雨量、坡度、坡高、坡面地貌特征、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、土體特性參數(shù)和坡面植被特征中，根據(jù)大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計，按致災(zāi)最為嚴(yán)重的因子順序依次選取至少4位； S2對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行量化、歸ー化和權(quán)重確定 S3確定危險性評估模型 以大量區(qū)域?yàn)?zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)結(jié)果為訓(xùn)練樣本，采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，給定BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)及相應(yīng)層之間的權(quán)重向量，采用改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)計算程序?qū)ι窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練直至達(dá)到誤差要求，獲得致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，即輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型； S4確定風(fēng)險性評估模型 根據(jù)輸電線路桿塔基礎(chǔ)類型、災(zāi)害區(qū)與桿塔基礎(chǔ)距離及輸電線路電壓等級等易損度因子進(jìn)行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風(fēng)險度影響的權(quán)重向量，以國際上較為認(rèn)可的風(fēng)險表達(dá)式風(fēng)險度=危險度X易損度，即風(fēng)險包含風(fēng)險發(fā)生的可能性和風(fēng)險帶來的損害程度，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型； S5進(jìn)行評估 根據(jù)風(fēng)險性評估數(shù)學(xué)模型，輸入待評估的具體輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡及降雨量進(jìn)行評估得到評估結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，其特征是所述的步驟SI的地質(zhì)構(gòu)造作為致災(zāi)因子是根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計獲得的，包括單層介質(zhì)邊坡、多層介質(zhì)邊坡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，其特征是所述的步驟S2包括以下子步驟 S2-1量化采用德爾菲法、統(tǒng)計分析法、隸屬度函數(shù)法和信息量法其中之ー進(jìn)行，優(yōu)選隸屬度函數(shù)法將各定性指標(biāo)分為3級，通過給各等級賦予邊界值，然后通過線性差值的方法確定其隸屬函數(shù)，完成定性指標(biāo)的量化； S2-2量化的數(shù)據(jù)以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，將量化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的數(shù)值； S2-3邊坡穩(wěn)定性分類穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、不穩(wěn)定，以sigmoid函數(shù)為激活函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，將邊坡穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化為
區(qū)間的安全系數(shù)； S2-4構(gòu)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層三個層次構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)模型，目標(biāo)層在上，準(zhǔn)則層在中，方案層在下；目標(biāo)層為邊坡穩(wěn)定性，方案層為各致災(zāi)因子，采用改進(jìn)層次分析計算程序得到各層次的權(quán)重向量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法，其特征是所述的步驟S4中，各易損度因子的量化與權(quán)重是根據(jù)專家評分法獲得，易損度V按以下公式計算V= w 式中《 i為各易損度因子的權(quán)重，Xi為各易損度因子的量化值。
全文摘要
一種輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨災(zāi)害風(fēng)險評估方法根據(jù)大量災(zāi)害統(tǒng)計及人工降雨邊坡侵蝕試驗(yàn)統(tǒng)計得出控制輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨危險性致災(zāi)因子；對致災(zāi)因子、邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行量化、歸一化處理后采用改進(jìn)層次分析計算程序求得各致災(zāi)因子對暴雨致災(zāi)影響的權(quán)重向量；采用人工智能法，用改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)建立致災(zāi)因子與邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的映射關(guān)系，獲得輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨滑坡危險性評估的數(shù)學(xué)模型；對易損度因子進(jìn)行量化并通過專家分析法獲得各易損度因子對暴雨致災(zāi)風(fēng)險度影響的權(quán)重向量，根據(jù)風(fēng)險度=危險度×易損度關(guān)系，建立輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型；實(shí)現(xiàn)對指定輸電線路桿塔基礎(chǔ)邊坡暴雨風(fēng)險的準(zhǔn)確評估。
文檔編號G06F19/00GK102867110SQ20121030126
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者李鵬云, 張峰, 鐘萬里, 柳玉波, 戴沅 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院