一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及城市规划技术领域，特别涉及一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法。背景技术：2.高昂的运输成本大大限制了生物质能的发展，而运输距离是运输成本的主要影响因素。对农业生物质资源的规划应考虑生物质原料的运输距离、运输成本以及规划后能够满足的能源需求量，确定一种运输成本较低、同时生物质资源利用率较高的统一规划方案对于生物质能的发展具有必要性。技术实现要素：3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。4.为此，本发明的目的在于提出一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法，该方法能够确定最佳生物质原料运输距离阈值并选择最优的规划方案，降低运输成本。5.为达到上述目的，本发明实施例提出了一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法，包括以下步骤：步骤s1，获取预设研究地区的行政区划数据、村镇点数据和土地利用数据，在arcgis中将人口数量、能源需求量参数赋值给村镇点，完成现状路网的分级和构建arcgis数据库；步骤s2，基于生物质热电厂的传热阈值完成预设研究地区的生物质热电厂网络规划，确定热电厂的选址、服务范围和每个热电厂的能源供给量；步骤s3，确定可能源化利用的农业生物质资源量，使用arcgis中的创建渔网工具构建资源点网络，基于耕地面积比例将农业生物质资源总量分配至每个资源点，以构建出带有资源量信息的资源点网络；步骤s4，使用arcgis的网络分析工具制定指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案，包括热电厂的原料收集范围、资源点的生物质原料运输目的地、运输量和运输路线的确定；步骤s5，利用arcgis网络分析模块的构建od成本矩阵工具计算所述生物质资源统一规划方案的总运输成本，并将能源盈余系数作为评估指标。6.本发明实施例的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法，(1)使用arcgis的网络分析模块确定了农业生物质资源统一规划方案的制定方法，且本方法允许输入指定的运输距离阈值；(2)通过将总生物质资源量分配至资源点网络，并结合热电厂能源供给量确定每个资源点的生物质原料最佳运输目的地和运输量，来达到合理规划生物质原料、降低运输成本以及避免资源浪费的目的；(3)基于本规划方法，还可以得到指定运输距离阈值下的生物质原料总运输成本和研究地区能源盈余系数，通过探究运输距离与运输成本、能源盈余系数之间的变化模式，帮助最经济运输距离阈值和生物质资源统一规划方案的选取。7.另外，根据本发明上述实施例的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法还可以具有以下附加的技术特征：8.进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s101，整理所述预设研究地区的下属村镇名称、经纬度信息和现状道路信息，利用arcgis将所述下属村镇名称和所述经纬度信息转换为村镇点属性表、将所述现状道路信息转换为道路属性表，并基于所述村镇点属性表构建村镇点图层；步骤s102，在所述村镇点图层中新建人口数量字段，在预设统计年鉴中获取每个村镇的人口数量信息，将所述每个村镇的人口数量信息输入至所述人口数量字段中；步骤s103，在所述预设统计年鉴中获取所述预设研究地区的能源需求总量，并将所述能源需求总量依据人口比例分配至每个村镇点；步骤s104，在所述道路属性表中新建速度字段，根据道路最高速度限制将所述现状道路分为a级道路、b级道路、c级道路和d级道路，并对应输入至所述新建速度字段中，以为每条道路赋值最高速度限制，其中，所述a级道路为高速公路、所述b级道路为国道和省道、所述c级道路为县道和乡道、所述d级道路为市区一级道路和市区二级道路；步骤s105，利用arcgis对所述预设研究地区的土地利用栅格数据进行重分类，以根据耕地的数字代码获得所述预设研究地区的耕地空间分布，构建出耕地图层，进而构建所述arcgis数据库。9.进一步地，在本发明的一个实施例中，每个村镇点的能源需求量为：10.di＝pi(dh+dp)/p11.其中，di为村镇i的能源需求量，i为村镇编号，pi为村镇i的人口总数，dh为预设研究地区的热总量，dp为预设研究地区的用电总量，p为预设研究地区的总人口数量。12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s2具有包括：步骤s201，基于生物质热电厂传热阈值的限制，确定生物质热电厂的服务半径；步骤s202，基于所述服务半径，在保证热电厂服务范围覆盖到所述预设研究地区的所有村镇的同时使热电厂的数量最低，以此完成生物质热电厂网络规划，并利用arcgis将所述生物质热电厂的网络规划构建成生物质热电厂图层，同时确定每个热电厂的选址和服务范围；步骤s203，在所述生物质热电厂图层的属性表中新建能源供给量字段，使每个热电厂的能源供给量等于其服务范围内村镇的能源需求总量。13.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s3具体包括：步骤s301，基于各类农作物产量、草谷比、可能源化利用系数获得研究地区所述可能源化利用的农业生物质资源总量；步骤s302，利用arcgis的创建渔网生成以5km为间距的点要素图层，对点数据进行按位置选择，删除研究范围外的点，再使用圆形缓冲的quare端头类型，以资源点为中心生成5km×5km的矩形网格，每个网格是其内部资源点的原料收集范围；步骤s303，使用网格作为分割要素、耕地作为输入要素，对耕地图层进行分割，获得每个网格内耕地的面积，再基于耕地面积比例计算每个资源点的资源量；步骤s304，利用arcgis的近邻分析工具，获得每个资源点与其最近道路点的坐标信息，将资源点移动至最近的道路上，完成带有资源量信息的资源点网络构建。14.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s4具体包括：步骤s401，利用arcgis中的要素转线工具对所述预设研究地区的道路网络进行处理，将道路从交点处打断，再利用arcgis中的在点处分割线工具将道路在资源点和热电厂处打断，再在道路属性表中新建距离字段，通过计算几何获得道路长度；步骤s402，构建道路网络数据集，新建距离、等级和成本三个阻抗值，所述距离根据道路属性表的距离字段赋值；步骤s403，利用arcgis网络分析模块的创建服务区图层工具，以所述道路网络数据集为分析网络，所述距离为阻抗属性，得到所述指定运输距离阈值下的每个热电厂的生物质原料收集范围，并对资源点执行按位置选择，得到符合所述指定运输距离阈值的资源点；步骤s404，利用arcgis网络分析模块的创建路径分析图层工具，得到每个资源点运输至生物质热电厂的最短路径，将其作为所述运输路线并完成所述指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案；步骤s405，结合资源点所属热电厂的能源供给量和同属相同热电厂的其他资源点，计算资源点需要运输至热电厂的生物质资源量。15.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s402中三个阻抗值的函数关系为：16.cx＝lx×c'r17.其中，cx为道路x的每吨生物质原料的运输成本，lx为道路x的距离，c'r为道路x所属道路等级的单位运输成本，r为道路等级编号。18.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述资源点需要运输至热电厂的生物质资源量计算公式为：[0019][0020]其中，tbd为资源点d点需要运输至生物质热电厂的资源量，为资源点d所属的生物质热电厂的能源供给量，α为生物质热电厂的热效率，q为农业生物质热值，d'为与资源点d属于同个热电厂收集范围的资源点，d”为与热电厂的距离小于资源点d与热电厂距离的资源点，tbd'为资源点d'需要运输至生物质热电厂的资源量。[0021]进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s5具体包括：步骤s501，利用arcgis网络分析模块的构建od成本矩阵工具，将阻抗属性设置为成本，以资源点作为起始点、生物质热电厂作为目的地点，生成od成本矩阵图层，获得每个资源点将每吨生物质原料运输至热电厂的运输成本；步骤s502，基于所述每个资源点将每吨生物质原料运输至热电厂的运输成本，结合每个资源点需要运输至热电厂的资源量，得到所述指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案的总运输成本；步骤s503，利用资源点需要运输至热电厂的生物质资源量、预设研究地区的用热总量、预设研究地区的用电总量、农业生物质热值和生物质热电厂的热效率求解所述能源盈余系数，以所述能源盈余系数作为评估指标。[0022]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述能源盈余系数的求解公式为：[0023][0024]其中，β为预设研究地区的能源盈余系数，tbd为资源点d需要运输至生物质热电厂的资源量，dh为预设研究地区的用热总量，dp为预设研究地区的用电总量，q为农业生物质热值，α为生物质热电厂的热效率。[0025]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0026]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：[0027]图1是本发明一个实施例的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法的流程图。具体实施方式[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0029]下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法。[0030]图1是本发明一个实施例的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法的流程图。[0031]如图1所示，该一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法包括以下步骤：[0032]在步骤s1中，获取预设研究地区的行政区划数据、村镇点数据和土地利用数据，在arcgis中将人口数量、能源需求量参数赋值给村镇点，完成现状路网的分级和构建arcgis数据库。[0033]也就是说，步骤s1是基础数据获取与处理的具体过程，详细过程可为：[0034]步骤s101，使用excel软件整理预设研究地区的下属村镇的名称、经纬度信息以及现状道路信息，经纬度分别命名为x和y，在arcgis中使用“excel转表”工具将excel表转为属性表，显示属性表的x和y信息，之后将带有空间信息的村镇点数据导出至新图层并命名为“村镇点”，即村镇点图层。[0035]步骤s102，在村镇点图层中新建人口数量字段，在预设统计年鉴中获取每个村镇的人口数量信息，将每个村镇的人口数量信息输入至人口数量字段中；[0036]步骤s103，在预设统计年鉴中获取预设研究地区的能源需求总量，并将能源需求总量依据人口比例分配至每个村镇点，其中，每个村镇点的能源需求量计算公式如下：[0037]di＝pi(dh+dp)/p[0038]其中，di为村镇i的能源需求量，单位为gj，i为村镇编号，单位为person，pi为村镇i的人口总数，dh为预设研究地区的热总量，单位为gj，dp为预设研究地区的用电总量，单位为gj，p为预设研究地区的总人口数量，单位为person；[0039]步骤s104，在道路属性表中新建速度字段，根据道路最高速度限制将现状道路分为a级道路、b级道路、c级道路和d级道路，并对应输入至新建速度字段中，以为每条道路赋值最高速度限制，其中，a级道路为高速公路、b级道路为国道和省道、c级道路为县道和乡道、d级道路为市区一级道路和市区二级道路；[0040]步骤s105，利用arcgis对预设研究地区的土地利用栅格数据进行重分类，以根据耕地的数字代码获得预设研究地区的耕地空间分布(包括旱地和水田)，并导出至新图层，命名为“耕地”，即耕地图层，进而构建arcgis数据库。[0041]在步骤s2中，基于生物质热电厂的传热阈值完成预设研究地区的生物质热电厂网络规划，确定热电厂的选址、服务范围和每个热电厂的能源供给量。[0042]进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s2具体包括：[0043]步骤s201，考虑到生物质热电厂传热阈值的限制，将生物质热电厂的服务半径限定在6km与10km之间，即确定生物质热电厂的服务半径；[0044]步骤s202，基于服务半径，在保证热电厂服务范围覆盖到预设研究地区的所有村镇的同时使热电厂的数量最低，以此完成生物质热电厂网络规划，并在arcgis中新建点要素图层并命名为“生物质热电厂”，即构建出生物质热电厂图层，同时确定每个热电厂的选址和服务范围；[0045]步骤s203，在生物质热电厂图层的属性表中新建能源供给量字段，使每个热电厂的能源供给量等于其服务范围内村镇的能源需求总量，计算公式如下：[0046][0047]其中，sn为生物质热电厂的能源供给量，单位为gj，n为生物质热电厂编号；di为村镇i的能源供给量，单位为gj，scn为热电厂n的服务范围。[0048]在步骤s3中，确定可能源化利用的农业生物质资源量，使用arcgis中的“创建渔网”工具构建资源点网络，基于耕地面积比例将农业生物质资源总量分配至每个资源点，以构建出带有资源量信息的资源点网络。[0049]进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s3具体包括：[0050]步骤s301，基于各类农作物产量、草谷比、可能源化利用系数等获得研究地区可能源化利用的农业生物质资源总量，计算公式为：[0051]b＝∑ymrmumη[0052]其中，b为预设研究地区可能源化利用的农业生物质资源总量，单位为t，ym为农作物m的产量，单位为t，m为农作物编号，rm为农作物m的草谷比，um为农作物m的可收集利用率，单位为％，η为可能源化利用系数，单位为％。[0053]步骤s302，使用arcgis的“创建渔网”工具，生成以5km为间距的点要素图层。对点数据进行“按位置选择”，删除研究范围外的点。再使用“圆形缓冲”工具的“square”端头类型，以资源点为中心生成5km×5km的矩形网格，每个网格是其内部资源点的原料收集范围；[0054]步骤s303，使用网格作为分割要素、耕地作为输入要素，对耕地图层进行分割，获得每个网格内耕地的面积，再基于耕地面积比例计算每个资源点的资源量，计算公式为：[0055][0056]其中，bd为资源点d的资源量，单位为t，d为资源点编号，ad为资源点d收集范围内的耕地面积，单位为km2，a为预设研究地区总耕地面积，单位为km2，b为预设研究地区可能源化利用的农业生物质资源总量，单位为t。[0057]步骤s304，利用arcgis的“近邻分析”工具，获得每个资源点与其最近道路点的坐标信息，将资源点移动至最近的道路上，完成带有资源量信息的资源点网络构建。[0058]在步骤s4中，使用arcgis的“网络分析”工具制定指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案，包括热电厂的原料收集范围、资源点的生物质原料运输目的地、运输量和运输路线的确定。[0059]进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s4具体包括：[0060]步骤s401，利用arcgis中的“要素转线”工具对预设研究地区的道路网络进行处理，将道路从交点处打断，再利用arcgis中的在“点处分割线”工具将道路在资源点和热电厂处打断，再在道路属性表中新建“距离”字段，通过“计算几何”获得道路长度，单位为km；[0061]步骤s402，基于处理好的道路网络构建道路网络数据集，新建“距离”、“等级”和“成本”三个阻抗值，“距离”根据道路属性表的“距离”字段赋值，单位为km，等级”为道路等级。每条道路的成本的计算公式如下：[0062]cx＝lx×c'r[0063]其中，cx为道路x的每吨生物质原料的运输成本，单位为yuan，lx为道路x的距离，单位为km，c'r为道路x所属道路等级的单位运输成本，单位为yuan/km，r为道路等级编号；[0064]步骤s403，利用arcgis网络分析模块的“创建服务区图层”工具，以道路网络数据集为分析网络，“距离”为阻抗属性，得到指定运输距离阈值下的每个热电厂的生物质原料收集范围，并对资源点执行“按位置选择”，得到符合指定运输距离阈值的资源点；[0065]步骤s404，利用arcgis网络分析模块的“创建路径分析图层”工具，得到每个资源点运输至生物质热电厂的最短路径，将其作为运输路线并完成指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案；[0066]步骤s405，结合资源点所属热电厂的能源供给量和同属相同热电厂的其他资源点，计算资源点需要运输至热电厂的生物质资源量，计算公式如下：[0067][0068]其中，tbd为资源点d点需要运输至生物质热电厂的资源量，单位为t，为资源点d所属的生物质热电厂的能源供给量，单位为gj，α为生物质热电厂的热效率，单位为％，q为农业生物质热值，单位为kj/kg，d'为与资源点d属于同个热电厂收集范围的资源点，d”为与热电厂的距离小于资源点d与热电厂距离的资源点，tbd'为资源点d'需要运输至生物质热电厂的资源量，单位为t。[0069]在步骤s5中，利用arcgis网络分析模块的“构建od成本矩阵”工具计算生物质资源统一规划方案的总运输成本，并将能源盈余系数作为评估指标。[0070]进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤s5具体包括：[0071]步骤s501，利用arcgis网络分析模块的“构建od成本矩阵”工具，将阻抗属性设置为“成本”，以资源点作为起始点、生物质热电厂作为目的地点，生成od成本矩阵图层，获得每个资源点将每吨生物质原料运输至热电厂的运输成本，计算公式如下：[0072][0073]其中，cd为资源点d需要运输至生物质热电厂的资源量，单位为t，rd为为资源点d的生物质原料运输至热电厂的运输路线。[0074]步骤s502，基于每个资源点将每吨生物质原料运输至热电厂的运输成本，结合每个资源点需要运输至热电厂的资源量，得到指定运输距离阈值下的预设研究地区的生物质资源统一规划方案的总运输成本：[0075]c＝∑cd[0076]其中，c为指定运输距离阈值的生物质资源规划方案下的生物质原料总运输成本，单位为yuan。[0077]步骤s503，利用资源点需要运输至热电厂的生物质资源量、预设研究地区的用热总量、预设研究地区的用电总量、农业生物质热值和生物质热电厂的热效率求解能源盈余系数，以能源盈余系数作为评估指标，计算公式为：[0078][0079]其中，β为预设研究地区的能源盈余系数，tbd为资源点d需要运输至生物质热电厂的资源量，单位为t，dh为预设研究地区的用热总量，单位为gj，dp为预设研究地区的用电总量，单位为gj，q为农业生物质热值，单元为kj/kg，α为生物质热电厂的热效率，单位为％。[0080]综上，本发明实施例提出的一种允许指定运输距离的农业生物质资源统一规划方法，具有以下有益效果：[0081](1)使用arcgis的网络分析模块确定了农业生物质资源统一规划方案的制定方法，且本方法允许输入指定的运输距离阈值。[0082](2)通过将总生物质资源量分配至资源点网络，并结合热电厂能源供给量确定每个资源点的生物质原料最佳运输目的地和运输量，来达到合理规划生物质原料、降低运输成本以及避免资源浪费的目的。[0083](3)基于本规划方法，还可以得到指定运输距离阈值下的生物质原料总运输成本和研究地区能源盈余系数，通过探究运输距离与运输成本、能源盈余系数之间的变化模式，帮助最经济运输距离阈值和生物质资源统一规划方案的选取。[0084]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0085]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0086]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。









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