3S技術在輸電線路設計中的應用

蔡 穎，王紅亮

(東北電力大學建筑工程學院，吉林吉林132012)

輸電線路的設計是電力網絡建設的前提，其質量關系著線路的投資運行費用與運行的可靠性，線路的路徑選擇在線路設計中起著舉足輕重的作用。

1 輸電線路選線的傳統方法及其存在的問題

傳統的選線方法是:首先搜集有關設計線路所需的技術資料，其次在已掌握的1 10000或1 50000小比例尺地形圖上選出幾個可行的線路方案，經過全面的分析比較后確定一個較為經濟、合理的路線方案［1］。可以看出，這種選線的方法存在的問題主要表現在:

(1)我國現用的1 10000和1 50000地形圖大都是80年代或更早測繪的，在經濟建設高速發展的今天，這些地圖顯然過于陳舊，無法反映現狀。

(2)輸電線路的設計很大程度上取決于勘測設計人員的實際經驗和技術水平，加之勘測設計人員在現場受到“視野局限性”的客觀限制，很難選出理想的路徑方案。

(3)設計文件不能以數字的信息形式表達和匯總，不利于計算機建庫管理

2 3S技術簡介及其在輸電線路選線中的應用

3S技術是GIS、RS、GPS的簡稱，即地理信息系統、遙感及全球定位系統的總稱。作為空間信息處理的這3個技術系統，在空間信息管理中各具特色，均可獨立完成自身的功能。同時，它們所能解決的問題之間又有很多關聯性，在功能上又各自存在著自己獨有的特性［4］。如果能夠將三者有機結合在一起共同應用于輸電線路選線，就能解決輸電線路選線中遇到的空間數據現勢性差的問題，并能提高輸電線路設計的效率和質量。

2.1 衛星遙感技術(簡稱RS)

遙感技術通過探測地表物體對電磁波的反射和其發射的電磁波，從而獲取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。通過對影像紋理和顏色處理，可有效地識別地表巖石、土壤，植被，水體等地物［3］。遙感技術與攝影測量技術的結合不僅可以通過對遙感相片的分析直接制作普通的1 1萬至1 25萬比例尺地形圖，而且能夠制作數字地面模型(DEM)及正射影像圖，還能夠將正射影像圖疊加到DEM透視圖上，制作真實三維景觀圖。

由此可見攝影測量和遙感技術不僅可以大大縮短地形圖的更新周期，高效地獲取大面積的區域信息，而且能夠使獲得的信息更加直觀。攝影測量和遙感技術的結合很好的解決了輸電線路選線中地形圖現勢性差的問題。

遙感影像數據處理的主要工作包括影像的訂購、幾何糾正、影像融合、生成正射影像圖和三維漫游場景等。由于遙感影像圖本身并沒有坐標信息，并且影像在拍攝的過程中存在著各種幾何畸變，因此幾何糾正就成為影像處理中最重要的環節之一。所謂的幾何糾正就是首先在影像上找出和地形圖上地物相匹配的明顯地物作為地面控制點，然后利用地面控制點GCP(Ground Control Point)和數字高程模型DEM(Digital Elevation Mode1)對各種因素引起的圖像幾何畸變進行糾正，并將影像納入用戶所需的坐標系統。根據有關的數學模型對原始影像進行糾正，使其轉換為正射影像。地面控制點應分布均勻，影像的邊緣部分要有控制點分布，同時在不同的高程范圍最好都有控制點。地面控制點的數量因地形地貌的復雜程度而定，如一幅Spot5影像一般需要15～20個地面控制點［2］。

由此可見，地面控制點的獲取方法直接影響著遙感影像數據處理的精度及速度。使用校正好的1 50000或1 10000地形圖作為地面控制點的來源，中誤差RMSE(RootMean Squareof Error)值一般可達到5～10 m。如果精度要求比較高就需要通過實地測量的方法獲取地面控制點。采用傳統的測量方法，不僅速度慢，而且要求各地面控制點之間以及地面控制點和國家高級控制點之間必須通視，在輸電線路經過的山區這個條件一般不太容易滿足。如果采用全球定位系統GPS(Global Posi～tioning System)實測地面控制點，不僅精度高，觀測速度快，而且不要求控制點之間通視［2］。

2.2 全球衛星定位系統(簡稱GPS)

全球衛星定位系統(GPS)是一種空間衛星導航定位系統。其原理是利用衛星發射的無線電波，進行距離測量，觀測時進行幾個站的同步觀測或準同步觀測，用幾何方法推求相互間的關系位置，從而進行定軌或定位。其代表有美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的全球導航衛星系統(GLONASS)、歐洲的伽利略定位系統和我國的雙星定位系統。全球定位系統GPS能快速地給出目標的位置，對空間數據的確定具有特殊意義，目前在車輛導航、工程測量、地殼運動監測、船只實時調度與導航、飛機導航、航空遙感姿態控制等方面得到了廣泛的應用［3］。

GPS較為常用的作業模式有靜態相對定位、快速靜態相對定位、準動態相對定位、和動態相對定位等。

靜態相對定位:采用兩臺或兩臺以上接收設備，分別安置在一條或數條基線的兩個端點，同步觀測4顆以上衛星，每時段45 min至2 h或更多。靜態相對定位精度可達到5 mm+1 ppm·D，(D為基線長度，單位km。1 ppm·D是指當距離為1 km的時候，比例誤差為1 mm)。作業布置見圖3。

快速靜態:相對定位在測區中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設備連續跟蹤所有可見衛星;另一臺接收機依次到各點流動設站，每點觀測數分鐘。快速靜態相對定位流動站相對于基準站的基線中誤差為5 mm±1 ppm·D。作業布置見圖4。

準動態相對定位:在測區選擇一個基準點，安置接收機工連續跟蹤所有可見衛星;將另一臺流動接收機先置于1號站(如圖5)觀測;在保持對所測衛星連續跟蹤而不失鎖的情況下，將流動接收機分別在2，3，4……各點觀測數秒鐘。準動態相對定位基線的中誤差約為1～2 cm。

動態定位:建立一個基準點安置接收機連續跟蹤所有可見衛星;流動接收機先在出發點上靜態觀測數分鐘;然后流動接收機從出發點開始連續運動;按指定的時間間隔自動運動載體的實時位置。動態相對定位相對于基準點的瞬時點位精度1～2 cm。

2.3 地理信息系統(簡稱GIS)

地理信息系統是在計算機軟硬件支持下，對地理環境諸要素進行采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統。地理信息系統是以數字地圖作為主要的平臺，在數字地圖中包含了豐富的基礎地理信息，空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區別的主要特征。高效的空間數據管理和靈活的空間數據綜合分析能力使GIS在環境監測、資源管理、城市區域規劃設計等各個行業中得到了廣泛的應用。受傳統測圖方法的限制，地形圖的獲取成為GIS發展的瓶頸。如果能將攝影測量和遙感技術與GIS結合展現在用戶眼前的就是一個既具有豐富基礎地理信息，又能夠體現最新的地物地貌的設計平臺。

確定輸電線路路徑的工作主要包括進行GIS數據庫建立、地形DEM建立，DEM坡度分析、地表形態分類、確定線路走向等;以起始點開始，在線桿的檔距范圍內，搜尋地形符合要求的區域;與GIS數據庫信息對比，排除因已有建筑或地質條件不符合等情況的備選位置區域;分析剩余區域在輸電線路規程或施工方便性的可行性水平，得到最佳點;依次對其他點進行分析，得最優路徑。確定最佳路徑位置的過程見圖6［5］。

圖6 確定最佳路徑位置的過程

3 結束語

輸電線路路徑選擇是一項復雜的工作，社會的、經濟的、環境的以及自然的因素等都對其有重要影響。采用傳統的方法進行選線往往花費大量的時間、人力、物力，效果還不理想。應用3S技術結合不僅可以提高工作效率而且由于利用了現勢性較強的遙感影像作為空間數據源，還可以大大提高選線的質量。由此可見利用3S技術結合進行選線是輸電線路設計的發展方向。

［1］高首都，李珂.遙感三維可視化技術在輸電線路選線中的應用［J］.地理空間信息，2010，8(5):19-20，23.

［2］李少龍.高分辨率遙感影像在輸電線路選線中的應用［J］.山西電力，2009(增1):91-93.

［3］羅相濤.3S技術新發展及其在輸電線路選線工程中的應用［J］.科技咨詢導報，2007(7):34-36.

［4］曹軍，覃杰，萬芳，馬衛方.基于3S技術的貴州電網輸電網信息管理系統［J］.啟明星辰，2008，6(8):83-86.

［5］黃維，楊武年.空間分析在電力GIS中的應用［J］.科技咨詢，2010(11):143-144.