特高壓架空輸電線路二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯 堅(jiān)

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663)

特高壓架空輸電線路二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯 堅(jiān)

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663)

為解決特高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)中路徑方案優(yōu)選和優(yōu)化排位等迫切問(wèn)題，研究和開(kāi)發(fā)了特高壓架空輸電線路正射影像選線、立體選線、平斷面排位、立體三維漫游之間實(shí)時(shí)交互的特高壓架空輸電線路二、三維交互優(yōu)化選線技術(shù)。

二三維交互；優(yōu)化排位；路徑方案優(yōu)選；特高壓架空輸電線路。

1 概述

為促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)必須考慮到能源的節(jié)約，這對(duì)能源工業(yè)發(fā)展和電力工業(yè)發(fā)展提出了新的要求，那么建設(shè)特高壓電網(wǎng)，是我國(guó)電力工業(yè)為適應(yīng)新的電力發(fā)展形式、建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的需要而提出的新任務(wù)。近年來(lái)我國(guó)特高壓輸電線路的建設(shè)已經(jīng)取得飛速發(fā)展。這對(duì)如何抓好特高壓輸電線路的總體設(shè)計(jì)及路徑方案的比選和優(yōu)化提出了更高更新的要求。

2 傳統(tǒng)路徑選擇的方法和流程

傳統(tǒng)的路徑選擇是在地形圖、正射影像圖上確定路徑平面方案，從數(shù)字高程模型DEM和影像上采集獲得確定路徑的平斷面，然后在平斷面上設(shè)計(jì)桿塔位。

具體路線方案優(yōu)化的流程是：路徑平面設(shè)計(jì)定線→應(yīng)用DEM插值得到斷面→繪制路徑兩旁規(guī)定范圍內(nèi)的平面→在平斷面上排位設(shè)計(jì)→在立體模型中檢查塔位，量測(cè)塔腿坡度。當(dāng)導(dǎo)線對(duì)地安全距離不夠，塔位高差過(guò)大造成上拔現(xiàn)象，或者線底跨越物過(guò)高造成路徑無(wú)法通過(guò)，當(dāng)塔腿坡度過(guò)大不宜立塔等情況時(shí)，需要回到第一步重新調(diào)整路徑平面。就這樣重復(fù)循環(huán)多次，直到滿意為止。優(yōu)化選線流程如圖：

圖1 線路優(yōu)化選線流程圖

在優(yōu)化過(guò)程中，每調(diào)整一次路徑平面，都必須重新繪制一次平斷面，重新做一次排位設(shè)計(jì)。很明顯，這種循環(huán)是單向的、需要反復(fù)很多次，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間和很多的精力，實(shí)際設(shè)計(jì)中還需要多名勘測(cè)設(shè)計(jì)人員的相互配合，這就常常導(dǎo)致路線方案比選工作不夠充分，優(yōu)化深度不夠。

如何在調(diào)整路徑平面的同時(shí)，能在屏幕上實(shí)時(shí)顯示平斷面圖；如何通過(guò)動(dòng)態(tài)電子排位設(shè)計(jì)，將排位成果實(shí)時(shí)在路徑平面和立體模型中反應(yīng)，以提高路線優(yōu)化效率和精度。是實(shí)現(xiàn)特高壓輸電線路三維優(yōu)化選線的迫切需求。

3 二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的開(kāi)發(fā)

基于以上背景和需求研究開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一套四窗口二三維交互的特高壓輸電線路三維優(yōu)化選線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了正射影像選線、立體模型選線、平斷面電子排位、立體三維漫游的實(shí)時(shí)交互技術(shù)。

3.1 二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成

⑴正射影像選線模塊

該模塊通過(guò)對(duì)正射影像鑲嵌、裁切，生成正射影像選線模型。在正射影像選線模型中通過(guò)對(duì)地物采集、編輯和量測(cè)完成電力線路的平面設(shè)計(jì)并輸出設(shè)計(jì)線路成果從而與其它模塊協(xié)同工作。

⑵立體模型選線模塊

該模塊利用DEM與正射影像生成立體大場(chǎng)景選線模型，利用人造立體視覺(jué)原理，用戶通過(guò)使用立體眼鏡和三維鼠標(biāo)對(duì)地物、地形進(jìn)行精確的立體采集和立體量測(cè)，完成電力線路的三維精選。并輸出設(shè)計(jì)線路成果與其它模塊交互工作。

⑶平斷面電子排位模塊

該模塊響應(yīng)選線模塊輸出的平面路徑及相關(guān)地物的信息。即時(shí)顯示輸電線路平斷面圖。設(shè)置排位參數(shù)，在平斷面圖上添加，修改，刪除排位塔，并輸出塔位定位信息。

⑷立體三維漫游模塊

該模塊接收選線排位模塊的成果數(shù)據(jù)，在立體大場(chǎng)景模型中自動(dòng)輸入電力線弧垂K值和電力塔模型，真實(shí)展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。通過(guò)自定義飛行線路進(jìn)行任意角度的縮放漫游，從而對(duì)線路的幾何設(shè)計(jì)成果、線路與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性、線路安全性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)還能進(jìn)行視頻記錄為線路的設(shè)計(jì)評(píng)審提供科學(xué)依據(jù)。

⑸數(shù)據(jù)交互中心

該中心實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)開(kāi)辟共享內(nèi)存，所有功能模塊均要與數(shù)據(jù)交互中心實(shí)時(shí)通訊，通過(guò)數(shù)據(jù)中心交換發(fā)送各功能指令和數(shù)據(jù)。

圖2 二三維交互技術(shù)窗口

3.2 二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)的原理及實(shí)現(xiàn)

⑴交互技術(shù)的原理

當(dāng)主窗口打開(kāi)時(shí)，會(huì)由數(shù)據(jù)交互中心開(kāi)辟一片共享內(nèi)存，該共享內(nèi)存的作用是為了實(shí)時(shí)的更新各個(gè)窗口中的矢量。它由主窗口開(kāi)辟，其他子窗口只能讀寫該共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，當(dāng)主窗口關(guān)閉時(shí)釋放該共享內(nèi)存。當(dāng)一個(gè)子窗口對(duì)一個(gè)矢量進(jìn)行了操作(包括新建、刪除、修改、取消刪除操作)，該子窗口會(huì)將操作的矢量的所有信息，及操作方式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)交互中心的共享內(nèi)存中，再對(duì)其他窗口采用廣播的方式發(fā)消息，收到消息的窗口讀取共享內(nèi)存，完成矢量的更新，保證了每個(gè)窗口中矢量文件的實(shí)時(shí)一致性。二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)協(xié)同關(guān)系如圖：

圖3 優(yōu)化選線技術(shù)協(xié)同關(guān)系圖

⑵交互技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

以下是程序?qū)崿F(xiàn)的部分代碼：

4 二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)應(yīng)用的意義

基于二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)應(yīng)用的三維優(yōu)化選線系統(tǒng)，具有以下意義：

4.1 取代傳統(tǒng)的靜態(tài)單向設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互的三維優(yōu)化設(shè)計(jì)

三維優(yōu)化選線系統(tǒng)改變目前設(shè)計(jì)中憑經(jīng)驗(yàn)單向設(shè)計(jì)的方法，使線路設(shè)計(jì)建立在可靠的數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上，形成科學(xué)設(shè)計(jì)方法，大大減少人為的事務(wù)，使線路設(shè)計(jì)工作在初步設(shè)計(jì)階段達(dá)到施工圖設(shè)計(jì)深度，并全面提高線路工程施工圖階段技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，三維優(yōu)化選線系統(tǒng)可縮短路徑長(zhǎng)度1%～2%，配合優(yōu)化排位，可節(jié)省投資5%～8%，既提高了工作效率，又提降低了工程成本。

4.2 取代傳統(tǒng)的室內(nèi)路徑優(yōu)化，為特高壓輸電線路路徑變更提供現(xiàn)場(chǎng)決策

線路優(yōu)化是電網(wǎng)工程建設(shè)非常重要的內(nèi)容，線路路徑的選擇不僅僅受到地形地貌、建筑物的影響，而且還受到路徑協(xié)議、施工外部條件的影響，尤其是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)不同設(shè)計(jì)、施工階段的調(diào)整和改線已是工作常態(tài)，線路路徑已不是設(shè)計(jì)單方所能確定，涉及多方利益的協(xié)調(diào)，三維優(yōu)化選線系統(tǒng)為工程中各方的統(tǒng)一協(xié)商提供現(xiàn)場(chǎng)決策。

二三維交互優(yōu)化選線技術(shù)應(yīng)用及三維優(yōu)化選線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅能滿足特高壓輸電線路優(yōu)化選線的需要，還能有效地為復(fù)雜環(huán)境下的線路路徑選擇提供現(xiàn)場(chǎng)決策，有力地保障了電網(wǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)統(tǒng)一。

[1]郭騰峰，等．公路三維關(guān)聯(lián)優(yōu)化技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)[J]．公路，2005，(11)．

[2]曾曉毅，劉軍偉，黃燕．特高壓交流輸電意義分析[J]．科協(xié)論壇，2009，(8)．

System Design and Study on Selecting Line Technique of TwoThree Dimensional Mutual Optimizingin Unusual High Voltage Impracticable Transport Electric Line

TANG Jian
(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangdong, Guangzhou 510663, China)

To solve the route selection optimization and staking optimization issues of the ultra-high voltage overhead transmission line, this paper discusses the research of the two and three dimensional interaction route selection optimization techniques of the ultra-high voltage overhead transmission line route by using the orthophotos route selection, stereo photos route selection, planar and cross-section staking, and three-dimensional real-time virtual walkthrough methods.

two and three dimensional interaction; staking optimization; route selection optimization; ultra-high voltage overhead transmission line.

TM621

B

1671-9913(2011)02-0068-03

2010-01-27

湯堅(jiān)(1981- )，男，安徽巢湖人，工程師。