基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)研究

王 彬，肖偉紅，胡天碩，何 勇，閆苗苗

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.北京國(guó)遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101）

基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)研究

王 彬1，肖偉紅1，胡天碩2，何 勇2，閆苗苗2

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.北京國(guó)遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101）

基于國(guó)產(chǎn)GIS平臺(tái)EV-Globe，利用Google Earth、Bing Maps、天地圖、百度地圖等二三維地圖平臺(tái)，封裝集成了基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同地圖服務(wù)之間的信息互通，利用各自優(yōu)勢(shì)，跨越多種地圖平臺(tái)進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)；并利用優(yōu)勢(shì)平臺(tái)進(jìn)行結(jié)果校驗(yàn)，得到最佳設(shè)計(jì)路線，完成專題數(shù)據(jù)的生成展示與輸出，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的信息化管理。

多平臺(tái)；電力選線；Google Earth；三維可視化

隨著全球信息化技術(shù)的推進(jìn)，基于數(shù)字地球技術(shù)的信息產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，其研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域都在不斷擴(kuò)展[1]；同時(shí)，用戶需求的不斷增長(zhǎng)，也推動(dòng)了數(shù)字地球、在線地圖服務(wù)的不斷完善。基于客戶端的虛擬地球軟件平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，且在國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域快速得到應(yīng)用，如利用高分辨率航片進(jìn)行土地利用調(diào)查，采樣數(shù)字地面模型和其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)和災(zāi)后重建，基于在線地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)交通監(jiān)測(cè)，利用三維數(shù)據(jù)進(jìn)行道路、電網(wǎng)規(guī)劃選址，輔助設(shè)計(jì)等[2]。其中，電力工程中的鐵塔選址、線路路徑選擇、緩沖區(qū)分析、資源數(shù)字化和大幅地圖輸出等是數(shù)字地球在電力行業(yè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

1 電力選線技術(shù)的發(fā)展

在電力工程中，電力線路路徑設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，是電力項(xiàng)目的基礎(chǔ)工作，選線成果的優(yōu)劣直接影響項(xiàng)目的進(jìn)展情況、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本和服務(wù)能力。傳統(tǒng)的選線方法是首先基于1∶50 000地形圖進(jìn)行粗選，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探勘，然后在地圖上進(jìn)行修改，最后選出最佳路徑方案。其不足之處在于，地形圖的現(xiàn)勢(shì)性差，受圖幅所限，選線范圍固定，不易進(jìn)行篩選、統(tǒng)計(jì)等分析。鑒于此，利用先進(jìn)的三維平臺(tái)、在線地圖等資源進(jìn)行技術(shù)方法革新，是十分必要的。馬旭波[3]等利用Google Earth影像易獲取、更新快、分辨率高等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于澤州東—東水110 kV線路選線項(xiàng)目，有利于優(yōu)化地圖路徑選擇，減少了外業(yè)的工作量。何新杰將三維GIS平臺(tái)Skyline應(yīng)用于電力線路設(shè)計(jì)中，并研究了電力選線三維系統(tǒng)的總體建設(shè)內(nèi)容、三維可視化場(chǎng)景的建設(shè)方法和專題應(yīng)用功能的設(shè)計(jì)思路，基本滿足了電力選線的要求[4]。閻平[5]等利用高分辨率衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型建立三維選線平臺(tái)用以輔助選線和桿塔規(guī)劃，有效提高了線路路徑的可行性和準(zhǔn)確性，并在寧東—山東±660 kV輸電線路工程中加以驗(yàn)證，結(jié)果表明平臺(tái)在前期規(guī)劃選線中可起到良好的輔助作用。

2 多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)

縱觀前人研究可以發(fā)現(xiàn)，所采用的選線平臺(tái)都是單一的、固定的，缺乏可比性和參考性。若該平臺(tái)影像的高程等數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或錯(cuò)誤，又缺乏類似平臺(tái)對(duì)比輔助，則可能產(chǎn)生工程差錯(cuò)，帶來(lái)?yè)p失。而且單一平臺(tái)在電力輔助設(shè)計(jì)中數(shù)字影像資源并不豐富，不能對(duì)技術(shù)成果進(jìn)行直觀、全面的比較[6-8]。 因此，本文使用國(guó)內(nèi)外主要的幾款衛(wèi)星地圖產(chǎn)品（EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖），設(shè)計(jì)了多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)概述

多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)是為適應(yīng)新形勢(shì)下地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，滿足線路工程實(shí)際應(yīng)用需求而研發(fā)的。該系統(tǒng)結(jié)合虛擬地球平臺(tái)，利用各平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，借助信息化手段實(shí)現(xiàn)電力勘測(cè)設(shè)計(jì)的三維虛擬可視化，提高工作效率，為輔助決策提供可行性方案。該系統(tǒng)在甘肅省電力設(shè)計(jì)院電力線路規(guī)劃中得到了良好的應(yīng)用，提高了方案設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)計(jì)的信息化管理，縮短了工期，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了電網(wǎng)建設(shè)和管理水平。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)以國(guó)產(chǎn)優(yōu)秀三維GIS平臺(tái)EV-Globe為默認(rèn)平臺(tái)，并行集成了Google Earth、Bing Maps和天地圖3個(gè)特色地圖，以實(shí)施信息交互和數(shù)據(jù)共享（圖1）。

圖1 多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)地圖窗體架構(gòu)使用了窗體鑲嵌技術(shù)，既保留了各平臺(tái)的設(shè)計(jì)成果在對(duì)應(yīng)平臺(tái)調(diào)用時(shí)的實(shí)時(shí)展示，也保證了非調(diào)用平臺(tái)的資源釋放和進(jìn)程休眠，有效減少了計(jì)算機(jī)負(fù)載。系統(tǒng)模塊框架使用插件式結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，即每個(gè)平臺(tái)、每個(gè)功能模塊不相互依賴，是并列的，可根據(jù)需要加載和卸載，并為以后系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化提供應(yīng)用接口。系統(tǒng)管理框架采用“同界不同體”的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)界面是同一界面，而在下面設(shè)立了矩陣式調(diào)用模塊。點(diǎn)擊界面任何功能，都能激活鑲嵌于界面上的平臺(tái)對(duì)應(yīng)的操作，既保證界面整潔，用戶體驗(yàn)良好，又能整合各平臺(tái)的并列功能，易于學(xué)習(xí)和操作。

2.3 系統(tǒng)主要功能

2.3.1 工程管理

為滿足實(shí)際工作需要，工程管理是系統(tǒng)主要功能之一，以工程的方式來(lái)管理區(qū)別每次選線操作。其主要設(shè)置工程的新建、打開(kāi)、編輯，項(xiàng)目的廢棄、還原、刪除等，將工程管理中的多種操作進(jìn)行整合，提高工作效率。它還支持在Google Earth、Bing Maps和天地圖等多種平臺(tái)上瀏覽選線方案。

2.3.2 線路路徑

它是系統(tǒng)核心功能之一，能實(shí)現(xiàn)在EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖等平臺(tái)上進(jìn)行選線操作，規(guī)劃線路主線、線路邊線和風(fēng)偏線；以路徑方案為依據(jù)進(jìn)行回路和緩沖區(qū)設(shè)置、平斷面提取、線路編輯、線路刪除、路徑導(dǎo)出等；可參考高精度底圖影像和三維DEM圖層，避開(kāi)障礙區(qū)和不利的地形因素。

2.3.3 文件轉(zhuǎn)換

在線路工程涉及的眾多數(shù)據(jù)中，坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)是構(gòu)成線、面、三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在實(shí)際野外踏勘測(cè)量、平臺(tái)操作、成果對(duì)接等工作中，會(huì)多次使用，生成諸多格式的文件。因此，文件轉(zhuǎn)換提供了坐標(biāo)文件讀取、坐標(biāo)文件轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)提取轉(zhuǎn)換等功能。它可以讀取.csv和.dat等格式的測(cè)量文件，加載并精確擬合實(shí)地測(cè)量的真實(shí)地形；可設(shè)置投影，生成對(duì)應(yīng)等高線，并導(dǎo)出成果文件。為了更好地對(duì)接行業(yè)現(xiàn)有其他平臺(tái)，亦可將成果文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如將kml文件中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成shape文件以方便在ArcGIS系列軟件中使用，或轉(zhuǎn)換成dwg文件在CAD軟件中使用。

2.3.4 制圖輸出

為滿足電力選線工作中對(duì)特定區(qū)域的影像需求，也為了成果能夠借助在線影像和DEM制成大幅成果圖，系統(tǒng)提供制圖輸出功能，即在選定的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置出圖采樣間隔（單位：m）以及比例尺，框選輸出圖區(qū)域，屏幕會(huì)自動(dòng)從左自右、從上向下按采樣間隔下載影像瓦片，并按照一定矩陣規(guī)則輸出保存每個(gè)瓦片，最后再基于選定的坐標(biāo)系統(tǒng)按行列矩陣標(biāo)記位置拼接成大圖（.jpg和.png），并自動(dòng)保存信息日志文件和伴隨.dwg文件，便于在CAD中加載顯示、配置等高線的輔助設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)出圖、打印成圖等。

2.4 多平臺(tái)特點(diǎn)

目前應(yīng)用較廣泛的地理信息平臺(tái)在線衛(wèi)星地圖產(chǎn)品有Google Earth、Bing Maps、天地圖、百度地圖以及高德地圖等。基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)為：

1）選線結(jié)果可在多平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比分析，充分利用各自的優(yōu)勢(shì)。例如，可以利用Google Earth在線高程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取線路平斷面、高程點(diǎn)、等高線等輔助設(shè)計(jì)資料。

2）實(shí)現(xiàn)了多平臺(tái)數(shù)據(jù)間的信息互通，數(shù)據(jù)交互和共享。例如，在EV-Globe平臺(tái)中缺少高精度影像和DEM的地區(qū)進(jìn)行選線時(shí)，可將粗選線路導(dǎo)入數(shù)據(jù)級(jí)別較高的天地圖進(jìn)行節(jié)點(diǎn)編輯和調(diào)整，也可再次導(dǎo)入Google Earth，結(jié)合高程數(shù)據(jù)進(jìn)行斷面優(yōu)化。

3）同界面同管理，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。系統(tǒng)采用同一界面，激活鑲嵌平臺(tái)操作。

4）輔助分析功能多樣齊全。系統(tǒng)提供的空間分析、空間量算、三維瀏覽幾乎覆蓋了行業(yè)內(nèi)從點(diǎn)線面到點(diǎn)面體之間所有的分析量算和效果瀏覽，能很好地支持和輔助設(shè)計(jì)。

5）平臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)接良好，利用率高。例如，可以將測(cè)量獲得的.dat文件進(jìn)行展示，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，生成Excel文件、kml文件等，也可轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)系下的shape文件和CAD文件，達(dá)到數(shù)據(jù)高效利用的目的。

6）利用在線資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化專題數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)置地形數(shù)字化功能，以在線數(shù)據(jù)平臺(tái)為底圖，進(jìn)行基于符號(hào)庫(kù)的點(diǎn)線面物體標(biāo)繪，然后導(dǎo)出成各類坐標(biāo)系下的kml文件或shape文件，可在ArcGIS軟件中輔助設(shè)計(jì)分析。

基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)主要封裝了EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖4種地圖平臺(tái)，其中兩款為全三維平臺(tái)，兩款為二維平臺(tái)，各平臺(tái)特點(diǎn)和效果如表1、圖2所示。

表1 各平臺(tái)特點(diǎn)

圖2 各平臺(tái)展示對(duì)比瀏覽

2.5 數(shù)據(jù)源

2.5.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是多平臺(tái)電力選線系統(tǒng)的支撐，主要包括路網(wǎng)數(shù)據(jù)、地名注記數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)以及地形圖數(shù)據(jù)等，如表2。全省范圍內(nèi)采用30 m DEM數(shù)據(jù)，局部地區(qū)采用更高精度的DEM數(shù)據(jù)（以外業(yè)調(diào)繪的方式得到）；各等級(jí)道路、交叉跨越、房屋、河流等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式主要是紙質(zhì)或電子地圖，需進(jìn)行矢量化處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、圖例配置等工作，并完善屬性信息；影像數(shù)據(jù)是航片經(jīng)過(guò)一系列處理生成DOM[9-10]，并按照柵格數(shù)據(jù)的管理方法進(jìn)行入庫(kù)、顯示和調(diào)用。

表2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容

2.5.2 其他數(shù)據(jù)

系統(tǒng)實(shí)施輸電線路路徑規(guī)劃，設(shè)計(jì)勘測(cè)測(cè)量業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括：控制點(diǎn)成果表，地形圖、直線樁、塔位樁成果表，塔基地形圖，平斷面圖，塔基斷面圖，房屋分布圖和地下管線圖等。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 工程概況

本文以甘肅省電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的永登—金昌750 kV輸電線路方案部分線路為例，運(yùn)用基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)對(duì)該工程的選線情況進(jìn)行了對(duì)比研究。

3.2 多平臺(tái)電力選線結(jié)果對(duì)比

如圖3所示，從選線結(jié)果圖來(lái)看，EV-Globe和Google Earth具有高程優(yōu)勢(shì)，三維立體視覺(jué)效果較好，適合進(jìn)行粗略電力選線；并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精確電力選線。Bing Maps影像清晰，可以有效地進(jìn)行障礙物規(guī)避。天地圖街道地圖的信息非常豐富，可作為地物圖參考。從數(shù)據(jù)的支持度來(lái)看，EV-Globe較為靈活，可控性較好。從地形圖角度來(lái)說(shuō)，天地圖、EV-Globe可進(jìn)行地形圖的導(dǎo)入，但其他地圖均不支持該操作。此外，Google Earth中具有歷史影像，這是電力選線中非常重要的一個(gè)方面，可為電力選線提供參考。

基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)可進(jìn)行多格式文件的導(dǎo)入與繪制、多圖層管理與交互、多坐標(biāo)系互轉(zhuǎn)、多平臺(tái)成果展示、多平臺(tái)線路編輯等，降低了外業(yè)調(diào)查的工作量，提高了電力線路路徑方案的可行性和選線質(zhì)量。

圖3 各平臺(tái)選線高空視角對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

基于多平臺(tái)的電力選線系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)統(tǒng)一化，信息共享化，成果精細(xì)化的重要工具，也是地球空間信息技術(shù)民用化的典范。該系統(tǒng)高度集成了多種衛(wèi)星地圖服務(wù)，充分利用各平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了各平臺(tái)數(shù)據(jù)間的信息互通，讓設(shè)計(jì)者能夠直觀地判斷不良地質(zhì)的分布情況，明確地識(shí)別建筑、河流等避讓區(qū)，并建立相應(yīng)的緩沖范圍，進(jìn)行輔助分析，實(shí)現(xiàn)電路路徑規(guī)劃的優(yōu)選。

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P208

：B

：1672-4623（2016）11-0069-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.025

王彬，工程師，主要從事電力工程勘測(cè)技術(shù)工作。

2015-07-07。