基于GIS技術的超高壓送電線路路徑優化研究

摘要：在我國，發電能源的分布極不平衡，需要進行全國范圍內的資源優化配置。在超高壓送電中，線路的路徑優化是當前的研究熱點，具體是指在線路的起止位置之間選擇一條路徑，滿足國家建設的各項方針政策。根據路徑選擇的原則和特征，給出了基于GIS技術的超高壓送電線路徑優化的方法。

關鍵詞：GIS技術；超高壓送電；線路路徑優化

作者簡介：湯柏濃（1964-），男，廣東江門人，廣東電網公司江門新會供電局，工程師。（廣東 江門 529100）

中圖分類號：TM723 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0201-02

對超高壓輸電線路進行優化設計，具有重要的實際意義。在此過程中，要考慮到各個方面的因素，主要包括本行業運行的安全可靠、經濟合理的投資、便于施工和維修。同時，也應該兼顧通信傳輸、工業施工等行業的正常運行和生產，盡量求得經濟和社會效益的雙豐收。傳統的送電線路路徑選擇方法是利用小比例尺的地形圖，但我國的地形圖測繪數據還是六七十年代的數據，早已無法準確地顯示當前的地形狀況，很難以此選擇較理想的路徑方案。當下，GIS技術的發展日益成熟，可通過該技術獲得影像更加全面的信息，在測量分析和比較存儲中發揮著重要作用。在架空輸電線工程中，合理運用該技術，進行輸電線路的系統規劃和路徑方案的優化選擇，已經成為人們的首選。

一、路徑優化的概念

所謂送電線路的路徑優化，就是指在能夠滿足設計規范和各項功能的前提下，選擇一條線路路徑，能夠滿足輸送容量，符合環境標準，同時能夠滿足國家建設的各項方針和政策。綜合考慮各種因素，進行路徑的優化是電力行業一個重要的環節。在操作過程中，一般是按照線位整體解決的原則進行的，由于線路的工程總造價的高低與線路的長度和轉角有關，同時，也與地形、地質、水文和桿塔的使用等因素有關，所以將線位綜合考慮才能真正優化解決方案。但是，目前的勘測水平、技術水平都有限，該指導原則和指導思想在路徑的選擇上很難得以充分體現，甚至在有些情況下，還需要通過更改路線來解決線路的沖突問題。

在這種情況下，一門新的學科，也就是地理信息系統的出現和發展，給了人們新的思路，這一系統的普及，使得電力線路的路徑優化真正實現了線位一體。采用GIS技術進行輔助選線，能夠將勘測設計中的各種零散因子緊密結合起來，對數據資源合理利用，能夠幫助設計人員在眾多的路徑方案中選擇最為合理的路徑，從整體上實現降低工程造價的目的，達到經濟效益和社會效益的雙豐收。

二、路徑選擇的原則

在進行路徑選擇時，要綜合考慮運行的安全，經濟合理及便于施工等多種因素，合理的選線方案能夠提高設計的質量。“以線為主、線中有位”的選擇原則是指既要兼顧桿位的技術經濟合理，也要重視關鍵塔位成立的可能性。比較各種因素的過程中，應該遵循一些基本原則。包括：

綜合評價。采用GIS平臺，實現現場三位地形地貌的再現，對高壓線和房屋，鐵路和高速公路等地物情況有清晰的了解，相比于現場作業，能夠更加宏觀地優化線路。對錯綜復雜的因素進行綜合考慮，對不確定因素的干擾應該盡量減少。

縮短長度。在綜合考慮了各種因素的影響下，應該盡量選擇路徑折度小的方案，縮短線路的長度。

減少拆遷。在路徑的優化過程中，應該避開房屋比較密集的區域，如果確實無法避開，則應該依據避重跨輕、避大跨小的原則，設置相應的線路轉角，減少拆遷。

多用直線轉角，節約塔材。這個原則是為了能夠盡量避開障礙物，大量減少塔材的使用量，節約成本。

避讓采石場等工礦設施。

少占耕地。當路徑的通道沒有受到協議的限制時，應該盡量繞過農田，選擇荒地、山地走線。

三、路徑優化的特征

送電線路路徑優化過程中的一些特征，包括以下幾個方面：

1.多元綜合性

眾所周知，超高壓輸電線的路徑特別長，跨越的空間距離超過了縣、市，有的甚至跨越了幾個省份。地區多，分布面積廣，造成了復雜的地理條件，包括軍事管理區、城市規劃區、自然保護區、丘陵、平地、有公路、鐵路、電力線、通訊線、居民區等等；同時，地理空間也會對線路和桿塔的設計帶來影響。因此，在進行路徑選擇時，應考慮到國家的建設方針以及技術政策，在操作中，可以初步選擇幾套備用方案，通過現場的勘測和詳細的實地研究，從中選擇出一個相對合理的方案。

2.空間地域性

采用GIS技術，做到真正意義上的線位一體。GIS技術具有強大的空間分析能力，它能夠幫助人們進一步加強對地理環境的觀測以及認識。

3.政策管理性

在進行線路優化過程中，應該兼顧到生態環境的保護，盡量不占用耕地或少占用耕地。在送電線路的發展規劃中，應該實施對環境有利的措施，保持電力與環境的同步發展。

四、基于GIS技術的超高壓送電線路徑優化的方法

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）作為計算機技術不斷發展的產物，包含有信息科學、空間科學以及管理科學等內容，緊密結合了數據處理技術、屬性數據處理技術以及空間模型分析技術等，通過數據的準備建立系統，進行空間和模型的分析，能夠給環境資源管理，區域規劃以及一些重要的管理決策提供有用的信息。它突破了常規的數據庫管理理念，同時進行圖形管理和數據管理，空間表現力強，因此，在農林、水利水電以及交通市政中得到了廣泛的應用。

在很長一段時間內，GIS的應用僅僅局限于描述二維空間，基于二維空間分析方法也發展到了比較成熟的階段，受到計算機軟件和硬件技術的限制，GIS在三維空間中的應用一直無法得到突破，同時，利用二維的方法來描述三維事物具有很大的局限性，不僅無法精確地反映出有關信息，同時也給分析帶來了障礙，最終導致三維以及多維空間信息的失效。

ArcGIS內部裝有一個擴展模塊3DAnalyst，該模塊能夠為三維事物的可視化和分析提供分析功能，創建動態的三維模型，還可以用于交互式地圖的繪制，為地理數據的可視化提供途徑。利用ArcGIS，能夠進行三維視線的分析，為所需研究的對象建立表面模型，無論是二維數據還是三維數據，都能夠采用三維的形式顯示其屬性值。因此，將其應用于超高壓送電線路的路徑優化中具有無可比擬的優越性。

現舉例說明：現要在烏海500kV變電站到烏海北500kV變電站之間進行送電線路的路徑優化。首先需要制定路徑優化的技術流程，如圖1所示。然后進行路徑的優化分析：在ArcGIS系統中輸入路徑，對路徑周圍的地形以及地貌進行分析，通過緩沖、疊置、網絡以及DEM等的分析以及模擬，采用綜合優化法、電子預排位法等，測量出一些影響線路的地物與路徑之間的距離，包括電力線、建筑物、通訊線、采石場等等。另外，應該將一些陡峭地貌的坡度和對該地貌的識別等信息匯集起來，對于線路是否跨越了房屋以及這些房屋的屬性等信息也應該有所了解。

將GIS系統運用于超高壓送電線路的路徑優化中，能夠生成精度較高、具有適當分辨力的DEM，從而形成了真實的三維影像圖。在這一影像圖中，地形地貌、地物和植被甚至是房屋的分布和電線的走向等都能夠得到清晰的顯示，從事相關工作的設計人員可以借助這種三維空間中的線路，結合具體的情況進行最優路徑的選擇。其中，針對地形較為復雜地段的線路跨越問題進行研究，能夠使得路線的走向更加合理。具體工作包括以下兩個方面：

第一，在超高壓送電線路的優化中，碰到地形較為復雜的地段，截取其斷面，將其進行電子預排，對其跨越的可行性進行分析。

第二，分析現有的地物是否會受到線路走廊的影響，繪制以及標識出地物區域，為跨越性分析提供幫助。

五、結束語

在架空輸電線工程中，合理地運用GIS技術，進行輸電線路的系統規劃和路徑方案的優化選擇，已經成為人們的首選。本文基于GIS技術，根據路徑選擇的原則和特征，給出了基于GIS技術的超高壓送電線路徑優化的方法，供同行參考。

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（責任編輯：宋秀麗）