輸電線路工程綜合數字勘測平臺的設計與實現

徐 輝，程正逢，胡吉倫，陳 功

(中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

輸電線路工程綜合數字勘測平臺的設計與實現

徐 輝，程正逢，胡吉倫，陳 功

(中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071)

本文介紹了中南電力設計院有限公司輸電線路工程綜合數字勘測平臺的設計和實現過程，對平臺建設的背景和實現的意義進行了闡述，詳細介紹了平臺實現的功能，同時對平臺在輸電線路工程中的應用情況進行了介紹，提出了勘測平臺后期改進的方向，為輸電線路工程數字化勘測提供了有益的參考。

輸電線路；立體匹配片； 數字勘測；優化選線。

1 平臺建設的背景

在輸電線路工程勘測設計階段，勘測專業主要包括測量、巖土工程、水文氣象專業，常規的勘測作業模式為勘測各專業分別為設計專業提供基礎勘測數據，傳統的勘測專業數據處理軟件往往只考慮到少量的數據，僅僅滿足單一的勘測數據處理的需求，生產的勘測數據格式多樣，接口也不一致，數據孤島現象嚴重，不以項目為單位進行數據管理，不利于勘測數據共享和數字化移交，而且各專業專題圖、專題報告生成自動化程度低，耗費大量的人力，常常不能滿足輸電線路工程勘測設計的工期要求，這種傳統的輸電線路工程勘測數據處理模式已不能滿足數字化設計要求，其核心問題就是輸電線路工程勘測數據沒有一個統一管理的平臺，勘測數據分專業進行管理，沒有統一的數據標準和統一的勘測數據數字化移交工具, 因此建立輸電線路工程綜合數字勘測平臺實現對輸電線路工程勘測各階段、各專業數據的統一管理具有很強的現實意義。

隨著勘測技術的不斷發展，特別是結合當前先進的信息化技術，采用新的數據處理模式來改變傳統電力工程勘測作業方法成為了可能。工程勘測新技術的發展與應用日趨成熟，從事工程勘測的企業必須不斷利用先進的勘測技術武裝自己，不斷提高勘測生產力，才能適應市場競爭的要求，衛星遙感測量技術(RS)、數字攝影測量技術(DPS)、二三維GIS技術的發展和工程應用不再僅僅局限于測量專業，同樣適用于巖土、水文氣象專業的應用需求，而先進的信息化技術為這種共享需求提供了最好的解決方案。綜合利用航空攝影、衛星遙感等測量技術手段獲取多源地理信息數據，對電力工程勘測各階段各專業數據進行統一管理，可以有效地減少外業工作量，提高作業效率，降低作業成本以及作業人員的外業風險，有效地改善當前輸電線路勘測作業流程，為輸電線路設計提供更加全面的勘測數據支撐。

2 勘測平臺的功能設計

建立輸電線路工程綜合數字勘測平臺的意義在于結合我公司輸電線路工程勘測設計作業實際，為輸電線路勘測各專業數據采集、生產、存儲提供統一的作業平臺，有效地實現勘測各專業數據的統一管理，實現勘測各專業、各階段數據的高效共享、成果展示，利用測量專業立體影像模型，創造大范圍真立體路徑優化場景，為設計專業提供更加全面的精細化設計平臺，同時實現向設計專業和我公司其他管理系統(如我公司的勘測設計管理系統、數字檔案館)的數字化移交，基于上述目標，勘測平臺的功能設計大致包括以下五方面。

2.1 輸電線路勘測數據統一管理

以空間數據庫為基礎，建立輸電線路工程勘測原始數據、勘測成果數據統一存儲和統一管理的平臺，實現以輸電線路工程項目為單元的勘測數據管理模式，形成輸電線路工程勘測數據中心，為后續的數據處理、展示、數字化移交提供完備的數據支撐，避免各專業間的數據信息孤島，實現工程勘測數據的共享和充分利用。

在輸電線路數字綜合勘測平臺中，將輸電線路勘測設計所需要的基礎地理信息和勘測各專業數據以“對象”形式管理，將提高專題資料生成的自動化程度，特別是出現線路改線以及標段重新劃分的情況時，可以很快地對各專業數據進行重新整理，從而提高勘測數據處理效率。

2.2 勘測專業數據處理

在輸電線路工程中，測量專業數據處理要實現對各種測量基礎數據的處理、矢量數據采集等功能，針對多源遙感數據(航空攝影影像、衛星遙感影像、無人機攝影測量影像)以及測繪基礎成果進行處理，獲得需要的測量成果數據。利用測量基礎數據，根據需要創建三維立體模型場景或二維場景，為勘測各專業進行數據采集提供作業平臺。同時提供測量專業地物標繪符號庫，供測量專業進行矢量采集。

在測量專業提供的三維或二維作業平臺上，進行巖土專業數據采集。根據外業調繪情況及資料搜集情況，輸入線路范圍內的區域地質資料，如地震地質、礦產開采分布、不良地質作用分布、特殊土的分布范圍、大致的地層分布以及地下水的埋藏條件等。軟件實現對這些數據的輸入、符號化顯示及入庫管理。

對于水文氣象專業來說，平臺要能建立水文圖層和氣象圖層，在水文圖層標注各水文對象，如河流、水庫、湖泊、堤防、規劃河流、規劃水庫、規劃堤防、河灘地、主河槽、水文站 、內澇區、大壩等，水文對象統一存放于水文對象中；在氣象圖層標注各氣象對象，如峽谷微氣象區、河谷微氣象區、高山微氣象區、啞口微氣象區、水汽增大微氣象區、地形抬升微氣象區、氣象站等，氣象對象統一存放于氣象對象中。

2.3 三維真立體模型場景下的路徑優化

本平臺需要在支持傳統的二維場景路徑優化的基礎上，快速創建選線的立體場景，創建可量測、大場景的立體環境，為勘測設計人員提供真三維立體模型場景下的路徑優化。其主要思路是利用正射影像和DEM，根據攝影測量的共線方程和計算機視覺原理，生成高精度超大場景立體配對片模型，利用立體匹配片技術與計算機視覺技術將電力線路勘測設計從單立體片時代帶入大條帶大場景立體影像時代，實現輸電線路選線、量測、排位的結合，通過線路數據聯動的方式，使選線成果能快速運用到平斷面量測過程中，量測的結果實時反饋到選線平臺上，以達到方案改變和量測的交互，做到“線中有位”，實現路徑方案的快速優化。

2.4 三維成果展示

對已有的輸電線路工程勘測各專業成果在三維GIS平臺上進行展示，提供在三維場景中對成果查詢、檢索功能，實現所見即所得的三維效果。輸電線路路徑優化完成后，在三維大場景中可以根據輸入的電力線弧錘K值和桿塔模型，展示輸電線路工程勘測和路徑優化成果，用戶可根據線路路徑進行三維漫游，從而對線路走廊的合理性、經濟性進行綜合評價，為輸電線路設計成果的評審提供科學依據。

2.5 勘測成果數字化移交

勘測成果數字化移交的目的是向輸電線路設計專業提供數字化勘測成果，為輸電線路數字化設計服務。勘測成果的數字化移交是利用攝影測量與遙感技術、三維可視化技術和信息集成技術，結合地理信息和工程信息，以數字化的形式，整合輸電線路走廊的地形地貌信息和勘測各專業數據，實現對輸電線路工程勘測數據的統一綜合管理。

3 軟件設計與實現

3.1 總體架構

平臺的整體架構采用C/S和B/S相結合的方式。服務器端基于Oracle數據庫使用JAVA語言開發，客戶端使用C#語言在VS2010中開發，各專業計算軟件和立體影像數據顯示處理使用C++語言在VS2010中開發。

系統的建設充分依賴于電力勘測設計技術、遙感數據處理技術、地理信息系統技術、三維可視化技術和IT技術等。其中三維可視化技術和地理信息系統技術是系統的基本技術保證，利用海量數據技術和軟件框架搭建方法，實現數據庫建設和系統建設。平臺的實現緊密圍繞輸電數字化勘測、各專業一體化和數據資源管理三大業務應用，遵循可擴展性的原則，根據實際情況深入進行需求調研、系統設計和平臺開發，建立軟硬件系統。

實現平臺的目的在于，以數據庫為基礎，體現勘測各專業數據的集成式統一管理，為各專業業務系統提供統一的搭載平臺，逐步實現各專業的業務處理功能，形成勘測各專業的數據處理中心，實現輸電線路工程中勘測各專業數據的生產高效共享、移交。軟件以數據庫為基礎，通過工程管理模塊與數據庫進行交互，分專業實現勘測數據的展示、處理等功能，各專業數據處理功能的實現是基于統一的輸電線路工程勘測數據。軟件實現的總體結構見圖1。

圖1 軟件總體結構圖

3.2 數據流程

在軟件設計過程中，對工程數據流程進行梳理，以輸電線路工程項目為管理單位，對勘測各專業數據進行統一規劃，將平臺功能按專業進行劃分，同時對各專業的公共功能進行獨立設計，形成各專業真正的數據處理中心，平臺的數據流程見圖2。

3.3 數據庫設計

勘測平臺與GIS相結合，需要存儲大量與地理位置相關的空間數據和圖層信息，所要存取的數據量相當龐大，需要保證數據庫能夠對大容量數據提供足夠的技術支持，特別在涉及到多用戶數據編輯時，要求數據庫對多用戶支持性能較好。平臺本身是對輸電線路勘測多個專業的數據庫進行整合，數據表數量多，表之間數據關聯復雜，需要數據庫對表之間的關系有一個系統的管理，需要較高的關系管理能力和系統穩定性，所以勘測平臺采用Oracle數據庫作為本系統的數據庫。現有輸電線路工程數組組織方式見圖3。

圖2 軟件數據流程圖

圖3 數據庫數據組織方式

數據庫設計充分考慮各專業數據間的關聯關系，圖4為工程管理相關數據庫表邏輯設計圖。

圖4 工程管理相關數據庫邏輯設計圖

3.4 功能實現

勘測平臺實現的功能包括工程數據管理、測繪專業功能、巖土專業功能、水文氣象專業功能及勘測資料綜合功能，見圖5。

圖5 勘測平臺模塊劃分及功能

平臺實現的主要功能描述如下：

(1)能夠進行測量專業數據處理，包括遙感影像數據、基礎測繪成果以及外業采集的測量數據，可以處理攝影測量與衛星遙感立體影像，生成立體測圖模型，處理外業數據并生成平斷面圖、塔基斷面圖等專題圖。

(2)能夠進行巖土專業數據處理，對象標注，生成桿塔一覽表，剖面圖。

(3)能夠進行水文氣象專業數據處理，標注水文氣象對象，能夠生成水文斷面。

(4)能夠進行二維和三維環境下的輸電線路輔助路徑優化。

(5)能夠對輸電線路工程勘測多專業數據以項目為單位進行管理以及勘測資料自動歸檔。

(6)對輸電線路勘測數據進行三維顯示與漫游。

(7)軟件采用先進的Oracle數據庫進行空間數據管理，采用C/S架構進行開發，在單位內部網絡支持和離線狀態下運行，實現了完善的內部和外部接口。

勘測平臺實現的功能界面示例見圖6、圖7。

圖6 勘測平臺軟件啟動界面

圖7 勘測資料綜合模塊的輔助優化模塊界面

4 平臺功能特點

勘測平臺實現了輸電線路工程勘測數據在設計全過程中的綜合應用，各專業在各個設計階段采集的勘測原始數據、成果進行統一管理，實現了輸電線路工程勘測數據的“一次輸入、全程使用”，提高了勘測數據應用價值和效率。同時依據平臺的建設，制訂了輸電線路工程勘測設計階段測量、巖土、水文氣象專業集成數據標準，定義了完整的勘測數據關系表，首次實現了勘測各專業專題圖表自動化輸出，在此基礎上，實現了輸電線路工程勘測數據整體數字化移交。

平臺實現的專業功能具有如下特點：

(1)對于測量專業，平臺滿足多種數據源的引入和處理，實現了對多源測量數據的全面支持，提高了軟件在工程中應用的通用性。實現了基于航空攝影測量與衛星遙感影像的真三維立體環境下輸電線路勘測對象定制和標注，根據規范要求，平臺定制了相應的測量專業、巖土專業、水文氣象專業對象，同時可根據需要定制和標注勘測對象。

(2)數字勘測平臺專門開發針對輸電線路工程的大范圍輔助路徑優化功能，基于大范圍正射影像圖和數字高程模型生成立體大場景選線模型，利用人造立體視覺原理，用戶通過使用立體眼鏡和三維鼠標對地物、地形進行精確的立體采集和立體量測，完成輸電線路路徑的三維精細化設計和優化，并輸出線路路徑成果與其它模塊交互工作。

(3)對于巖土專業，通過前期輸入各項巖土資料，為進行路徑選擇以及塔位設計實時提供巖土參數，實現了輸電線路勘測前期交互式地質對象定制及標注；在前期輸入各種設計所需要的巖土信息，如斷裂帶、采礦區、不良地質帶、區域地質信息等，并進行規范性標注，同時提供數據接口，為后期設計專業進行選線以及定位時可及時實現信息提取。這避免了在復雜地區條件下進行路徑以及塔位選擇時現場作業的來回反復，大大提高了工作效率。平臺還實現了超高壓、特高壓輸電線路勘測自動一體化圖表生成系統，可以滿足低壓、超高壓以及特高壓輸電線路勘測成果的整理，為勘測報告提供所需要的一切表格、參數以及地質柱狀圖等，并可為相關專業實現動態查詢。

(4)對于水文氣象專業，通過指定水位，軟件自動生成淹沒區范圍、淹沒水體體積和淹沒水面面積，自動繪制水位面積曲線及水位容積曲線，并可以將曲線保存。可由勘測平臺三維地形數據計算得到某水位相應的水面面積和水體體積，比人工量算的方法節省了很多工作量，而且比人工量算方法更加準確。同時可根據指定的桿塔號生成線路冰區、風區標注，統計查詢得到冰區條件一覽表及風區條件一覽表，實現了數字化的冰區和風區。

5 工程應用

勘測平臺已在我公司的雅安—武漢特高壓輸電線路工程、金沙江中游電站送電廣西±500 kV輸電線路工程、埃塞俄比亞500 kV輸電線路工程、厄瓜多爾500 kV輸電線路工程等輸電線路工程中進行了使用，取得了良好的經濟效益，通過采用勘測平臺進行輸電線路路徑優化、勘測數據精細化采集，減少了施工圖設計階段勘測作業和數據處理工作量，大大節約了工程成本。軟件為勘測各專業提供了完善的數據處理功能，經過與傳統勘測數據處理模式進行對比，平臺較好地實現了工程勘測數據統一管理、勘測數據數字化移交、真立體環境下的輔助優化設計、各專業專題圖功能，提高了特高壓輸電線路終勘中的勘測數據處理效率，通過勘測平臺處理生成的各種數據模型滿足特高壓輸電線路勘測規范要求。下面以某1000 kV交流特高壓輸電線路工程施工圖勘測中的應用情況進行簡要介紹。

該線路總長度為56 km，其中2×10 km(重冰區)按2個單回路架設，其余36 km按同塔雙回路架設。線路所經地段主要為高山大嶺，沿線地形起伏較大。高程在200～1350 m，相對高差300～600 m，測區沿線樹林密集，荊棘叢生，植被以松樹、杉樹、灌木為主，少量毛竹。

根據DMC航攝相機拍攝的航空影像制作了五條航帶共97個立體像對，并生成影像分辨率為0.3 m的全線正射影像和數字地面模型，在立體模型上載入了三個專業的勘測數據，并可根據需要隨時進行平斷面圖的采集，見圖8、圖9。

圖8 全線終勘成果顯示在影像圖上

圖9 部分線路的終勘平斷面圖

通過地面高程模型實時采集斷面，杜絕了因高差過大、檔距過大、鐵塔負荷超載，局部地段陡峭不能立塔等因素導致路徑難以成立的影響。大范圍進行路徑優化后，全面綜合考慮了錯綜復雜的問題，減少了不確定因素的干擾，提高了路徑成立的可信度。

工程數據加載到平臺后，平臺運行性能良好，在施工圖勘測過程中，利用數據庫對各專業各階段的輸電線路工程勘測數據進行統一管理，促進了各專業勘測數據共享和高效利用，為輸電線路工程設計、施工、運行維護提供了全面可靠的勘測基礎數據。圖10為避開大型采礦區的情況。

圖10 輔助路徑優化中避開大型采礦區

在該工程中采用勘測平臺進行勘測數據處理，整理成品資料，有效地提高了勞動效率，降低勞動強度，根據完成的勘測卷冊資料與傳統的資料整理進行對比發現，利用本平臺的自動專題圖輸出和強大的專業數據分析功能進行勘測成品資料整理具有十分明顯的優勢，大大提高了勘測專業成品資料整理的效率，以50 km的特高壓輸電線路工程勘測資料整理工作量進行估算(單位：人天)，資料整理效率的對比情況見圖11，處理效率得到了成倍提升。

圖11 新舊模式數據處理效率比較

6 結語

我公司輸電線路工程綜合數字勘測平臺的建立將大大提高輸電線路工程勘測中各專業、各階段數據的耦合度，真正將輸電線路工程勘測作為一個整體進行管理，可以實現對勘測數據的高效利用，為輸電線路設計提供更加全面的數據支持，利用平臺可基于全面的勘測基礎數據進行全方位路徑優化，實現與地方經濟建設和諧發展，更好地為我國的綠色電網、智能電網建設服務。

由于平臺實現采用C/S與B/S相結合的模式實現，需要依賴于服務器上的數據庫進行數據管理，雖然目前設計了平臺離線作業模式，但如何處理好離線應用與在線應用的數據沖突問題，是平臺今后要解決的問題。

[1] 張祖勛，等．三維可視化工程設計的研究[J]．武漢大學學報(信息科學版)，2002，27(4)．

[2] 張劍清，等．攝影測量學[M]．武漢：武漢大學出版社，2003．

[3] 張祖勛，張劍清．數字攝影測量學[M]．武漢：武漢測繪科技大學出版社，1996．

[4] 陸小藝，徐祖艦，李小明．三維GIS在電網工程設計運行過程中的應用研究[J]．紅水河，2009，14(2)．

[5] 丁永福，等.寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程三維數字化移交[J]．電力建設，2011，32(2).

[6] 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)．

[7] 湯堅．大場景立體匹配片技術在輸電線路路徑優化中的研究[J]．電力勘測設計，2011，(4)．

Design and Realization of Integrated Digital Survey Platform in Transmission Line Project

XU Hui, CHENG Zheng-feng, HU Ji-lun, CHEN Gong
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

This paper discussed the develop procedure of CSEPDI transmission line Digital Survey Platform.This paper introduced the background and the benefits of the platform construction, detailed the realized functions of the platform.At the same time this paper introduced the platform applications in transmission line projects and proposed the problems needed to be focused.This paper provided the beneficial reference for the transmission line engineering survey data management.

transmission line; stereo-mate photo; digital survey; optimization route selection.

P2·TP39

B

1671-9913(2017)03-0014-07

2016-03-24

徐輝(1979- )，男，湖北仙桃人，高級工程師，從事電力工程測量工作。