基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路路徑優(yōu)化研究

摘要：在我國，發(fā)電能源的分布極不平衡，需要進行全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。在超高壓送電中，線路的路徑優(yōu)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(shè)的各項方針政策。根據(jù)路徑選擇的原則和特征，給出了基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路徑優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；超高壓送電；線路路徑優(yōu)化

作者簡介：湯柏濃（1964-），男，廣東江門人，廣東電網(wǎng)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(yōu)化設(shè)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(yè)運行的安全可靠、經(jīng)濟合理的投資、便于施工和維修。同時，也應(yīng)該兼顧通信傳輸、工業(yè)施工等行業(yè)的正常運行和生產(chǎn)，盡量求得經(jīng)濟和社會效益的雙豐收。傳統(tǒng)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(shù)據(jù)還是六七十年代的數(shù)據(jù)，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(shù)的發(fā)展日益成熟，可通過該技術(shù)獲得影像更加全面的信息，在測量分析和比較存儲中發(fā)揮著重要作用。在架空輸電線工程中，合理運用該技術(shù)，進行輸電線路的系統(tǒng)規(guī)劃和路徑方案的優(yōu)化選擇，已經(jīng)成為人們的首選。

一、路徑優(yōu)化的概念

所謂送電線路的路徑優(yōu)化，就是指在能夠滿足設(shè)計規(guī)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(huán)境標準，同時能夠滿足國家建設(shè)的各項方針和政策。綜合考慮各種因素，進行路徑的優(yōu)化是電力行業(yè)一個重要的環(huán)節(jié)。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(zhuǎn)角有關(guān)，同時，也與地形、地質(zhì)、水文和桿塔的使用等因素有關(guān)，所以將線位綜合考慮才能真正優(yōu)化解決方案。但是，目前的勘測水平、技術(shù)水平都有限，該指導(dǎo)原則和指導(dǎo)思想在路徑的選擇上很難得以充分體現(xiàn)，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(xué)科，也就是地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，給了人們新的思路，這一系統(tǒng)的普及，使得電力線路的路徑優(yōu)化真正實現(xiàn)了線位一體。采用GIS技術(shù)進行輔助選線，能夠?qū)⒖睖y設(shè)計中的各種零散因子緊密結(jié)合起來，對數(shù)據(jù)資源合理利用，能夠幫助設(shè)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(xiàn)降低工程造價的目的，達到經(jīng)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(jīng)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(shè)計的質(zhì)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(shù)經(jīng)濟合理，也要重視關(guān)鍵塔位成立的可能性。比較各種因素的過程中，應(yīng)該遵循一些基本原則。包括：

綜合評價。采用GIS平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場三位地形地貌的再現(xiàn)，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(xiàn)場作業(yè)，能夠更加宏觀地優(yōu)化線路。對錯綜復(fù)雜的因素進行綜合考慮，對不確定因素的干擾應(yīng)該盡量減少。

縮短長度。在綜合考慮了各種因素的影響下，應(yīng)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(yōu)化過程中，應(yīng)該避開房屋比較密集的區(qū)域，如果確實無法避開，則應(yīng)該依據(jù)避重跨輕、避大跨小的原則，設(shè)置相應(yīng)的線路轉(zhuǎn)角，減少拆遷。

多用直線轉(zhuǎn)角，節(jié)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(jié)約成本。

避讓采石場等工礦設(shè)施。

少占耕地。當路徑的通道沒有受到協(xié)議的限制時，應(yīng)該盡量繞過農(nóng)田，選擇荒地、山地走線。

三、路徑優(yōu)化的特征

送電線路路徑優(yōu)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(qū)多，分布面積廣，造成了復(fù)雜的地理條件，包括軍事管理區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、自然保護區(qū)、丘陵、平地、有公路、鐵路、電力線、通訊線、居民區(qū)等等；同時，地理空間也會對線路和桿塔的設(shè)計帶來影響。因此，在進行路徑選擇時，應(yīng)考慮到國家的建設(shè)方針以及技術(shù)政策，在操作中，可以初步選擇幾套備用方案，通過現(xiàn)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(shù)，做到真正意義上的線位一體。GIS技術(shù)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(huán)境的觀測以及認識。

3.政策管理性

在進行線路優(yōu)化過程中，應(yīng)該兼顧到生態(tài)環(huán)境的保護，盡量不占用耕地或少占用耕地。在送電線路的發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)該實施對環(huán)境有利的措施，保持電力與環(huán)境的同步發(fā)展。

四、基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路徑優(yōu)化的方法

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）作為計算機技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，包含有信息科學(xué)、空間科學(xué)以及管理科學(xué)等內(nèi)容，緊密結(jié)合了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、屬性數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及空間模型分析技術(shù)等，通過數(shù)據(jù)的準備建立系統(tǒng)，進行空間和模型的分析，能夠給環(huán)境資源管理，區(qū)域規(guī)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(guī)的數(shù)據(jù)庫管理理念，同時進行圖形管理和數(shù)據(jù)管理，空間表現(xiàn)力強，因此，在農(nóng)林、水利水電以及交通市政中得到了廣泛的應(yīng)用。

在很長一段時間內(nèi)，GIS的應(yīng)用僅僅局限于描述二維空間，基于二維空間分析方法也發(fā)展到了比較成熟的階段，受到計算機軟件和硬件技術(shù)的限制，GIS在三維空間中的應(yīng)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(guān)信息，同時也給分析帶來了障礙，最終導(dǎo)致三維以及多維空間信息的失效。

ArcGIS內(nèi)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(chuàng)建動態(tài)的三維模型，還可以用于交互式地圖的繪制，為地理數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)還是三維數(shù)據(jù)，都能夠采用三維的形式顯示其屬性值。因此，將其應(yīng)用于超高壓送電線路的路徑優(yōu)化中具有無可比擬的優(yōu)越性。

現(xiàn)舉例說明：現(xiàn)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(yōu)化。首先需要制定路徑優(yōu)化的技術(shù)流程，如圖1所示。然后進行路徑的優(yōu)化分析：在ArcGIS系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)以及DEM等的分析以及模擬，采用綜合優(yōu)化法、電子預(yù)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(yīng)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(yīng)該有所了解。

將GIS系統(tǒng)運用于超高壓送電線路的路徑優(yōu)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(guān)工作的設(shè)計人員可以借助這種三維空間中的線路，結(jié)合具體的情況進行最優(yōu)路徑的選擇。其中，針對地形較為復(fù)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(yōu)化中，碰到地形較為復(fù)雜的地段，截取其斷面，將其進行電子預(yù)排，對其跨越的可行性進行分析。

第二，分析現(xiàn)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(qū)域，為跨越性分析提供幫助。

五、結(jié)束語

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

參考文獻：

[1]趙春宏，劉振波，崔大勇.RS和GIS技術(shù)在架空送電線路工程中的應(yīng)用[J].云南電力技術(shù)，2006，36（4）.

[2]鄭團結(jié)，景欣剛.基于海拉瓦-洛斯達技術(shù)的輸電線路優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用研究[J].水電能源科學(xué)，2007，25（6）：133-135.

[3]劉文達.遙感技術(shù)在架空送電線路路徑選擇中的應(yīng)用[J].電力勘測，2007，20（4）：52-54.

（責任編輯：宋秀麗）