先進勘測技術(shù)在電力線路設(shè)計中的應(yīng)用

徐世澤，應(yīng)明春，葉 林，張建波

（1.臺州宏遠(yuǎn)電力設(shè)計院，浙江 臨海 317000；2.臺州電業(yè)局，浙江 臨海 317000）

輸電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，目前有多種軟件用于電力線路設(shè)計，但與輸電網(wǎng)實際需求相比，依然存在不少差距，主要有以下幾方面：

（1）各種應(yīng)用軟件缺乏統(tǒng)一規(guī)范，對數(shù)據(jù)共享造成了很大的阻礙，成為信息技術(shù)綜合化應(yīng)用最大的限制。

（2）功能設(shè)計時未能充分考慮電網(wǎng)建設(shè)需求，造成系統(tǒng)軟件重查詢而輕分析，沒有充分挖掘?qū)傩詳?shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)的應(yīng)用潛力。

（3）由于電網(wǎng)系統(tǒng)各單位的職能區(qū)別，各地在將3S技術(shù)（遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS）應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)、運行管理時，片面強調(diào)基建或運行，使得3S技術(shù)分散為2個應(yīng)用在不同層面上的系統(tǒng)，增加了各系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入的重復(fù)性，違背了3S技術(shù)提出的初衷。

本文尋求在運用當(dāng)前開放且規(guī)范的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)錄用流程，為電力線路設(shè)計提供決策支撐。

1 海拉瓦技術(shù)的構(gòu)成及其對電網(wǎng)建設(shè)的作用

海拉瓦技術(shù)是基于海拉瓦全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)，由洛斯達(dá)公司二次開發(fā)，滿足電網(wǎng)工程勘測、輔助設(shè)計的系統(tǒng)總稱，是由高精度掃描儀、計算機硬件和專用軟件組成的一個影像信息處理系統(tǒng)，能夠?qū)⒏鞣N影像資料（如航片、遙感片等）處理后生成各種數(shù)字產(chǎn)品。

1.1 正射影像地形圖（DOM）

正射影像地形圖是糾正了各種航空像片的誤差并符合一定比例尺的影像圖，集成了航空像片和地形圖的全部優(yōu)點：地形、地貌等地面信息豐富、完整。擁擠的居民區(qū)、變電所等重要地段可以輸出大比例尺正射影像地圖，最大可到1/500。圖1為某220 kV變電所出線正射影像圖。

1.2 數(shù)字地面模型（DTM）

數(shù)字地面模型是將線路走廊內(nèi)的地形信息數(shù)字化的重要數(shù)據(jù)資源，可以根據(jù)需要隨時提取路徑附近的平斷面圖、塔基地形圖等，并可計算特定區(qū)域內(nèi)的土石方量。

1.3 立體影像

戴上特殊的眼鏡，可以在海拉瓦的屏幕上看出立體效果。立體影像模型可以按需要放大觀察，使細(xì)微地形地貌得以充分顯現(xiàn)，更可以實時、迅速地進行三維坐標(biāo)和其他數(shù)據(jù)量取，從而使電力線交叉跨越、風(fēng)偏驗算、塔基地形等得以精確落實。

海拉瓦—洛斯達(dá)技術(shù)利用衛(wèi)星、航測技術(shù)獲取以上資料后進行全數(shù)字化信息處理，使線路實現(xiàn)數(shù)字化、三維可視化。應(yīng)用于路徑及排桿優(yōu)化后，設(shè)計人員在室內(nèi)即可根據(jù)立體模型選線和方案比較。運用海拉瓦技術(shù)，電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計將產(chǎn)生跳躍式的發(fā)展，通過優(yōu)化對比，預(yù)計可以縮短路徑1%～2%，設(shè)計工效也能得到有效提高。

2 GPS-RTK對電網(wǎng)勘測及數(shù)據(jù)更新的作用

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的先進的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS作為一種新型測量儀器，給電網(wǎng)傳統(tǒng)的測繪作業(yè)程序帶來了巨大的變化；RTK（Real Time Kinematic實時動態(tài)測量）是GPS應(yīng)用到測繪工作的主要技術(shù)手段，是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，能實時提供測點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，精度達(dá)到厘米級。

GPS定位系統(tǒng)對于將測量成果轉(zhuǎn)為運行資料，也有著非常重要的作用。GIS的核心之一是三維電網(wǎng)地理模型，而三維電網(wǎng)地理模型的基礎(chǔ)就是GPS測定的三維坐標(biāo)。如果利用SKI-Pro軟件將基于GPS測定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成的點位資料，能直接轉(zhuǎn)換為GIS所用的坐標(biāo)，將極大減少建立GIS數(shù)據(jù)庫時的數(shù)據(jù)重復(fù)錄用，GIS系統(tǒng)構(gòu)建的工作量也會由此大幅減少。

3 先進勘測技術(shù)對輸電網(wǎng)GIS的優(yōu)化作用及步驟

圖1 某220 kV變電所出線正射影像圖

由于目前電網(wǎng)建設(shè)與運行部門相對獨立，運行部門接受的竣工資料以藍(lán)圖為主。新工程GIS數(shù)據(jù)更新時，往往采用手工錄入藍(lán)圖數(shù)據(jù)、委派地理信息部門對新線路重新勘測的辦法，工作效率低且容易在二次輸入時出錯。利用海拉瓦-洛斯達(dá)技術(shù)并結(jié)合GPS-RTK實測得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能使GIS數(shù)據(jù)錄用過程更為便捷。其相關(guān)過程如下：

（1）通過衛(wèi)星照片確定推薦路徑并拍攝航片。利用衛(wèi)星照片進行大方案比選，推薦優(yōu)選路徑后，由航拍得到路徑周圍的正射影像地形圖，然后由勘測小組進行外控測量及線路附近的交叉跨越、不良地質(zhì)地貌等的調(diào)查測繪工作。

（2）內(nèi)業(yè)工作。依靠海拉瓦-洛斯達(dá)技術(shù)對航片、外控資料、調(diào)繪資料進行處理，能獲得正射影像圖、數(shù)字地面模型和三維景觀圖等豐富的信息。根據(jù)這些信息，設(shè)計人員在顯示器上可方便地看到地面模型，在DTM上不但可實時顯示地面上任意點的三維坐標(biāo)及點與點之間的距離等信息，選線人員也可隨時調(diào)整線路，合理避讓房屋，優(yōu)選桿塔位置。

（3）GPS-RTK后續(xù)定位測量。在實際放樣過程中，海拉瓦-洛斯達(dá)技術(shù)獲得的線路轉(zhuǎn)角坐標(biāo)會由于樹木等覆蓋物影響實際坐標(biāo)。不同樹木高度對高程的影響大概在2～6 m，不能滿足工程施工放樣精度要求，所以要利用精度為厘米級的GPS-RTK技術(shù)現(xiàn)場定位。根據(jù)海拉瓦-洛斯達(dá)技術(shù)獲得的初步排桿斷面等資料，設(shè)計人員可選定適合本工程的地理坐標(biāo)系統(tǒng)進行現(xiàn)場放樣定位。

（4）施工圖編制、數(shù)據(jù)錄用。所有能反映現(xiàn)場平斷面的點位測定完成后，導(dǎo)入SKI-Pro軟件，獲得塔位實際坐標(biāo)。通過這些現(xiàn)場實測的塔位數(shù)據(jù)進行校核后，即可進行施工圖編制。施工圖具體資料整理修正后，導(dǎo)入GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口層，初步建立工程的GIS數(shù)據(jù)。

（5）優(yōu)化效果。海拉瓦技術(shù)與GPS定位系統(tǒng)結(jié)合后，GIS系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)可以從施工圖設(shè)計過程直接導(dǎo)入，GIS系統(tǒng)設(shè)計人員只需對其中變動部分略加修改，便可完成系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)錄用。

4 工程實例

根據(jù)以上步驟，對110 kV沿赤線施工圖制作及數(shù)據(jù)錄入到GIS系統(tǒng)的方式進行研究，取得了一定的成效。

110 kV沿赤線位于臺州三門縣，線路路徑中既有海拔400多米的高山，亦有繁榮興旺的村落、廠房，地形條件十分復(fù)雜。工程初步設(shè)計桿塔106基，路徑長度約39.2 km。

通過海拉瓦技術(shù)優(yōu)選路徑及優(yōu)化排桿后，施工圖路徑縮減至37.3 km，合計桿塔96基，相對初步設(shè)計路徑減少1.9 km，塔位減少10基。由于線路實測時應(yīng)用了海拉瓦優(yōu)選的路徑斷面，避免了路徑改動及一些不影響線路運行的斷面測量，測量效率也大為提高。表1為傳統(tǒng)測量與先進勘測技術(shù)的測量效率對比。

表1 山區(qū)路徑勘測對比

在數(shù)據(jù)管理方面，工程初期利用海拉瓦技術(shù)對選定的初設(shè)路徑進行優(yōu)化選擇，并為工程獲得優(yōu)化路徑工程報告書、轉(zhuǎn)角坐標(biāo)成果表、定位用線路平斷面簡圖、外業(yè)控制與調(diào)繪報告書等資料，可用于運行改線、系統(tǒng)分析等后續(xù)工作。

因此，海拉瓦技術(shù)在勘測定位中的優(yōu)勢是傳統(tǒng)測量技術(shù)所無法比擬的。

GPS-RTK利用接口程序處理SKI-Pro軟件輸出的文本格式數(shù)據(jù)，得到三維坐標(biāo)和高程的定線成果表，該表導(dǎo)入平斷面定位軟件能直接得到線路平斷面圖，導(dǎo)入到GIS系統(tǒng)中能減少現(xiàn)場返測所需的時間。表2為GPS-RTK技術(shù)分析后得到的資料分類表。

通過GPS-RTK技術(shù)對線路實測定位后進行施工圖編制，繼而將其中可用于建立GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行收集錄用，初步建立了新工程GIS數(shù)據(jù)構(gòu)架。表3對比了輸電GIS系統(tǒng)臺帳管理原始數(shù)據(jù)來源分類及其作用。

表2 GPS-RTK技術(shù)資料分類

表3 輸電GIS系統(tǒng)臺帳管理原始數(shù)據(jù)分類

在輸電系統(tǒng)的管理中，輸電線路設(shè)計圖紙的調(diào)閱頻率極高，并且無法集中管理。表3所列的線路詳細(xì)信息及時調(diào)閱到GIS系統(tǒng)中后，充實了系統(tǒng)中的圖紙管理模塊，使管理人員圖紙調(diào)閱和信息查詢更加便捷。

5 結(jié)語

本文圍繞電網(wǎng)設(shè)計、建設(shè)過程中三維輸電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)構(gòu)建，對其中的關(guān)鍵問題進行了深入的分析和探討。利用海拉瓦技術(shù)結(jié)合GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在輸電線路建設(shè)和運行時使用同一個數(shù)據(jù)庫，有效地保證了數(shù)據(jù)應(yīng)用的連續(xù)性。由于數(shù)據(jù)重復(fù)利用，大大降低了系統(tǒng)建設(shè)的成本。

由于GIS系統(tǒng)的三維飛視功能只能簡單描述當(dāng)?shù)氐匚飳€路的影響，不能作為精確計算結(jié)果應(yīng)用到GIS中，所以如何切入設(shè)計軟件建立實時地物分析數(shù)據(jù)，使其能以合理形象的科學(xué)數(shù)據(jù)為規(guī)劃設(shè)計、故障分析提供有價值的決策輔助，將成為GIS系統(tǒng)應(yīng)用的探索方向。

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