基于GIS的輸電線路路徑智能優選研究

于 躍，王彥峰，許 亮，瞿海旺

（1. 廣東電網公司電網規劃研究中心，廣東 廣州 510075；2. 北京洛斯達科技發展有限公司，北京100120）

基于GIS的輸電線路路徑智能優選研究

于 躍1，王彥峰1，許 亮1，瞿海旺2

（1. 廣東電網公司電網規劃研究中心，廣東 廣州 510075；2. 北京洛斯達科技發展有限公司，北京100120）

在研究輸電線路選線原則的基礎上，以電力走廊多源空間信息為數據基礎，以成本最優和敏感區避讓為基本原則，利用GIS空間建模的方法，在地理空間位置上綜合分析得出線路路徑，實現了輸電線路的智能優選，為輸電線路選線提供了科學的依據，為輸電線路設計人員提供了路徑參考。

GIS；線路選線；空間建模；智能優選；路徑參考

傳統的以方案比較為基礎的電網規劃方法一般是從幾個給定的可行方案中，通過技術、經濟比較，選擇較好的方案。然而，由于參與比較的方案往往是規劃設計人員憑經驗提出的，不可避免地包含人為因素和局限性，易造成決策混亂。因此，需要找尋科學、合理的方法來確定可行方案。本文以GIS作為獲取和管理空間數據的主要手段，將選線[1-2]的影響因素進行計算機量化和空間表達，并通過空間分析和最優路徑算法實現了輸電線路的智能優選[3-4]，從而更好地輔助輸電線路優化設計。

1 線路選線的主要影響因素

可研、初設階段的選線通常在1∶50 000地形圖上進行。隨著衛星遙感、航空攝影技術的不斷發展，目前在可研階段通常以地面分辨率為2.5 m的衛星影像和30 m DEM為基礎進行選線，在初設階段以地面分辨率為0.4 m的衛星影像和10 m DEM為基礎進行選線，其數據精度優于1∶50 000地形圖。在選線時，同時收集專題數據（冰區分布、污區分布、地震烈度等）以及工程信息（自然保護區、機場、軍事禁區等），這些數據的比例尺大于1∶25 000，可以滿足可研、初設的設計要求。

1.1 影響因素分類

選線時要盡可能選擇路徑短、特殊跨越少的路徑；盡可能避開森林密集區、房屋等，若必須穿越，則應選取最窄或最少處通過，以減少樹木的砍伐和房屋的拆遷，從而滿足環境保護的要求。通過對線路設計的專家調研和輸電線路設計規程的歸納，本文將路徑選線[5]的影響因素歸為禁止通過區和成本計算區兩類[6]。禁止通過區包括斷裂帶、地質災害點、重冰區、自然保護區、軍事區、礦區等；成本計算區包括覆冰[7]條件、地震烈度、污穢條件、坡度條件、交通運輸、土地利用、線路轉角、線路長度、高程因素、交叉跨越、居民點等11類要素（表1）。

表1 影響因素等級劃分

1.2 影響因素空間量化表達

影響因素分級要考慮兩方面內容：在影響因素內部進行合理分級和確定因子之間權重。

1.2.1 影響因素內部分級構建

采用專家打分法將各影響因素對路徑選擇的適宜程度劃分為適宜、較適宜、中等、較不適宜和不適宜5 個等級，分別對應賦值為1～5分。禁止通過區不需要進行等級劃分。成本計算區的11類要素進行等級劃分后如表1所示。

1.2.2 影響因素層次構建與權重關系確定

采用層次分析法[8-10]進行各因素權重賦值。

1）層次構建。根據影響因素構建層次結構模型，如圖1所示。

圖1 輸電線路優選層次結構圖

2）構造判斷矩陣。通過專家調研的方式確定因素間兩兩重要性的關系，將重要性以數值量化表示，如表2所示。根據表2構建判斷矩陣P（對稱矩陣），其中Pij>0。

表2 各因素重要性對比程度表

3）權重計算。求解特征方程PW=λmaxW，λmax是P的唯一最大特征值；W是對應于λmax的正規化特征向量，W的分量即是相應元素排序的權值。

式中，Pij為判斷矩陣；wj為歸一化后的權向量；n為權向量數。

4）一致性檢驗。檢驗公式為：

式中，CI為一致性指標；n為矩陣階數；RI為平均一致性指標，取值可查表取得。CR是隨機一致性比例，當CR<0.1時，認為判斷矩陣滿足一致性檢驗，權重可接受。

2 路徑智能優選系統的建立與實驗分析

2.1 路徑智能優選系統的建立

本文在建立路徑智能優選模型時，對區域進行了格網化處理，并將各類因素量化信息賦值給格網，即在格網中存儲線路通過的成本。在求得了需要進行路徑優選區域的每個格網的成本后，利用A*算法實現了路徑的找尋。系統采用插件式[11]方式構建，系統主界面如圖2所示。

圖2 系統主界面

2.2 實例驗證

本文選取酒泉—湖南±800 kV直流輸電工程湖南段進行路徑優選實驗。將初步設計路徑與利用智能優選系統得出的路徑進行對比分析，從而驗證智能優選理論方法以及系統的正確性。路徑智能優選結果如圖3所示，其中，藍色線為智能優選路徑，紅色線表示初步設計路徑。

圖3 智能優選路徑

2.3 結果分析與統計

利用智能優選系統得出的線路可有效避讓煤礦、工業園區等工程信息，以及湖泊、居民地等敏感信息。對于冰區，優選路徑主要從覆冰厚度低的區域通過，如圖4所示；對于高程因素，優選路徑主要從地勢較低的區域通過，如圖5所示，符合線路規劃的要求。通過系統的統計功能對兩條線路進行統計分析，主要包括線路總長、規劃線路與初設路徑的覆冰條件、地震烈度、污穢等級和高程因素。其詳細統計結果如表3所示。

圖4 冰區避讓結果

圖5 高程避讓結果

表3 計算結果對照表

湖南段初設路徑總長為366.40 km，系統優選路徑總長為367.51 km，兩條路徑的總長差異較小。優選線路與初設線路走向基本保持一致，擬合度較好；通過的專題區域長度基本保持一致，能有效避讓重冰區、重污區等區域；優選路徑與初設路徑都經過地勢較低區域，主要集中在0～300 m范圍；且能有效避讓礦區、大型水庫、城鎮等區域，達到合理避讓的目的。

湖南段優選路徑實驗中，在進行格網劃分時，采用50 m×50 m的格網，可滿足初步設計階段對1∶50 000比例尺地形圖的要求，說明利用該系統進行路徑智能優選能夠滿足可研和初步設計階段的精度要求。

3 結 語

隨著我國特高壓工程建設的力度加大，通道資源緊張的趨勢越來越明顯，如何合理、高效地進行路徑設計是擺在電力設計人員面前的新課題。本文通過對影響線路走向的各類影響因素以及最短路徑算法等的研究，利用A*算法、層次分析法、專家打分法、GIS技術等方法進行空間建模，解決了電力輸電線路擇優問題，構建了路徑優選的算法模型；并與實際的選線路徑進行了對比分析。結果表明，路徑優選結果與實際選線結果吻合，可用于可研、初步設計階段路徑的選擇和優化，為線路設計人員提供輔助參考。

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P208

：B

：1672-4623（2016）11-0044-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.016

于躍，高級工程師，主要從事高壓輸電線路的設計及設計評審工作。

2015-06-09。