Global Mapper在高壓輸電線路選線設計中的應用探討

杜全維，龔秋全，董武鐘，程森

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016)

1 引 言

高壓輸電線路建設過程中，一個宏觀路徑選擇的優劣，對項目經濟可行性起主要作用。

項目的選線設計工作通常采用CAD結合圖紙的方式進行，該方式是二維的、微觀的，難以在宏觀上以3D方式顯示線路所在整個區域的地形變化，無法對線路方案進行精準評價；其次，在中西部地區區域性DEM獲取困難，從而影響項目開展。

Global Mapper(簡稱“GM”)軟件具有數據處理快速化、數據瀏覽三維化特點，可以利用全球免費SRTM DEM數據創建區域數字高程模型，多視角瀏覽區域地形、地貌、地物，為電力勘察設計工作提供基礎高程數據支持，極大地方便了新建輸電項目的選線設計工作，探討其在輸電線路選線設計中的應用將具有重要意義[1～4]。

黔西南州-220kV新建線路工程全長約 40 km，線路位于喀斯特地貌區域，地形地質情況復雜，輸電線路選線困難。全線從測繪部門收集1∶1萬地形圖25幅，均為JPG格式柵格圖，由于矢量化工作量巨大，區域DEM數字高程模型的實現困難。本文筆者基于Global Mapper，對其在該區域應用進行了研究探討，驗證GM在選線設計中的實用價值。

2 Global Mapper介紹

GM軟件是美國Global Mapper公司開發的圖形管理和操作軟件。其是一款功能強大的GIS柵格影像和矢量數據處理、加工軟件。GM能夠獲取TerraServer數據庫和USGS(美國地質勘探局)衛星照片資料，并且軟件本身具有豐富的WMS數據源。GM功能強大，幾乎具有所有GIS軟件的性能，通過簡單、直觀的方法將復雜的問題解決，如快速處理DEM數據、影像數據鑲嵌及投影轉換等等[5，6]。

GM軟件突出的數據處理、三維可視化及海量數據特性使其在不少領域得到一些應用，如石油勘探、海洋測繪、工程選址等。

3 Global Mapper在輸電線路選線設計中的應用

3.1 高清Google Earth影像圖的獲取

根據規劃設計路徑大致走向，下載路徑范圍左右 500 m范圍內高清谷歌影像圖(如圖1所示)。在GM中，通過配置參數，將影像圖加載到GM中。投影方式選Transverse Mercator，基準根據需要選擇西安80坐標系，中央子午線按105°設置。GM提供了非常多可供選擇的投影方式和基準，如果內置的參數不滿足工程需求，通過加載外部文件，可導入或者新建工程需求參數。

圖1 Google Earth路徑影像圖

在影像圖上能清楚地看到路徑周邊的交通、居民區、植被及已建高壓輸電線路鐵塔，直觀地查看路徑方案的位置，更好地調整路徑方案避開擁擠通道，使送電線路的優化設計得以實現，方便現場定位及后期施工工作的開展。

3.2 利用SRTM DEM生成路徑區域等高線

SRTM(全稱Shuttle Radar Topography Mission，即航天飛機雷達地形測繪任務)數據，獲取的數據范圍為北緯60°～南緯56°，東經180°～西經180°之間的所有區域，覆蓋全球陸地表面的80%以上，目前能夠免費獲取，GM軟件對下載的SRTM DEM數據能夠進行批處理[7，8]。

可以在中國科學院數據云網站(http：//www.csdb.cn/)下載輸電線路路徑區域內的SRTM數據。設置與影像圖一致的坐標系統和投影基準，將SRTM數據加載到GM中，如圖2所示。

圖2 加載在GM中的SRTM數據

(1)等高線生成

設置好投影方式和基準等參數，在GM軟件中打開下載的SRTM DEM(文件名：TaskIMG 10221744)。根據工程規劃需求，在項目大區域內自定義創建新的區圖元，設置等高距，勾選以小差距值插補空數據等選項，在區圖元邊界線范圍內生成合適等高距的等高線，如圖3所示，是利用SRTM DEM生成的線路路徑區域內等高線。

(2)等高線與衛星影像吻合性檢查

將SRTM DEM數據生成的等高線與衛星圖片疊加，檢查等高線是否有遺漏；高程點是否存在異常值，

圖3 SRTM DEM生成的等高線

如零值；等高線是否反映區域地形突變和結構信息，從而檢驗數據資源獲取手段的正確性。

從GM疊加的數據中可以看出，湖泊河流與地形匹配良好，山腰道路走勢合理，地形紋理層次分明有序，山谷、山脊輪廓清晰，因此這種DEM獲取的手段與衛星圖片下載的方法都是有效、正確的。

3.3 三維可視化方案比選

傳統的方案比選，是CAD結合紙質圖在二維空間上進行，方案的比選是局部的，不能在大區域內進行綜合考慮對比，缺乏立體直觀性。GM的三維視圖可視化功能，彌補了這些不足，其能夠更加直觀立體的將方案在3D空間內，展示給設計規劃人員，讓設計的方案更為科學經濟，如圖4所示。在GM軟件中設置好SRTM DEM的投影基準，將CAD格式的路徑方案轉換為kml文件，疊加在GM軟件中，利用3D視圖瀏覽功能360°瀏覽不同方案在區域內的位置，初步判斷塔位位置以及不同路徑方案的塔位數量，綜合考慮，選取最優路徑方案。

圖4 GM 3D效果圖

在GM加載的SRTM DEM數據上，選畫一條路徑線，利用3D路徑剖面/視線工具，可以生成路徑方案的斷面圖，根據斷面圖綜合考慮路徑的科學性，進行優化設計調整，如圖5所示。

圖5 GM生成的縱斷面圖

3.4 海拔網格格式數據生成及斷面圖繪制

選定范圍內的等高線數據，由GM輸出海拔網格格式數據文件(.ASC)，通過架空送電線路軟件(TL)讀取ASC文件，設置參數，繪制輸電線路路徑方案斷面圖。結合斷面圖及3D視圖，可以很方便地預定每基桿塔所在位置，現場定位根據室內設計方案進行微調。

如圖6所示，為JA75-JA77斷面圖，由GM生成的ASC數據繪制的斷面圖與實地測量的斷面圖比較，其地形地勢吻合度高，滿足路徑方案的規劃設計。

圖6 輸電線路斷面圖

4 數據分析

實驗區采用黔西南州-220 kV新建輸電線路工程全長約 40 km的數據進行分析，該工程根據STRM數據室內設計塔位67級，最終現場定位69級，多出的兩個塔位均為跨越已建 110 kV高壓輸電線路，根據現場測量數據調整增加。

分析外業定位實測的高程數據與STRM高程數據進行分析，其中表1列出了部分數據，如圖7所示，對于兩種數據的數值進行了對比分析。

實測高程數據與STRM高程數據對比表 表1

圖7 高程差值分布圖

分析圖7可得，高程差值絕對值總體分布在 0 m～ 19.4 m之間，其中差值絕對值小于5的占54%；差值絕對值大于5的占46%。本次數據83%差值絕對值分布在小于10以下，可以滿足規劃設計階段的精度要求。本文的方法滿足線路選線設計工作的精度要求，提高了選線設計精準性，避免選線設計初期的盲目性，能夠為線路選線設計階段提供參考和依據。

其中，數據精度與區域內的植被關系很大，該實驗區域屬于喀斯特地貌，植被為灌木，故實測值與STRM數據差值較小。根據外業勘察經驗，對于植被茂密的地形，STRM數據的精度有限，但對于線路前期的準備工作還是有很大的參考價值。

為了進一步檢驗STRM DEM獲取的地面線數據的精度，對以往做過的大型輸電項目斷面數據進行綜合比較分析，得出基于STRMDEM地形精度與人工從1∶1萬地形圖上判讀的精度相當，可滿足規劃階段的要求。另一方面，GM生成ASC文件繪制斷面的速度遠快于人工提取的速度，并且是DEM疊加影像的三維平臺，立體直觀。

5 結 論

輸電線路選線設計是一項綜合性很強的復雜工作，需要考慮社會、經濟、環境等多方面影響。Global Mapper軟件具有數據處理快速化、數據瀏覽三維化特點，便于方案展示與決策。本文基于Global Mapper軟件，對其在電力規劃選線方面的應用進行了研究探討，論述了其在選線設計中的應用過程及方法，分析了其數據精度，驗證了其可靠性。GM的應用使得線路路徑選擇和桿塔定位在逼真、清晰的三維場景上進行，在新建輸電線路路徑方案研究過程中，具有廣泛的應用價值。相信GM在未來的電力勘察設計領域將有更加廣闊的前景，GM的二次開發也將是今后信息領域重點研究的對象。

[1] 王立遷，黃現民. 基于VirtuoZo的高原地區高精度DEM制作方法[J]. 勘察科學技術，2016(5)：41～44.

[2] 王俊冬. Global Mapper在新建鐵路前期選線中的應用[J]. 鐵道勘察，2012，38(6)：58～61.

[3] 裴彥良，劉晨光，華清峰等. GlobalMapper軟件在第28次南極考察中的應用[J]. 海洋測繪，2013，33(2)：73～75.

[4] 劉方蘭，肖波. GlobalMapper系統在海洋調查中的應用[J]. 海洋技術，2011，30(1)：24～26.

[5] 李東，毛之琳，劉露. GlobalMapper在山區獨立坐標系建立中的應用[J]. 測繪通報，2012(4)：86～91.

[6] 林松，程維明，喬玉良. 基于Global Mapper的地貌暈渲制圖[J]. 地球信息科學學報，2009，11(6)：802～808.

[7] 田茂義，曹洪松，劉如飛等. 基于ArcGIS和Global Mapper軟件的三維地形可視化技術的應用[J]. 全球定位系統，2011，36(2).65～68.

[8] 易共才，王彥軍，高宏. Google Earth在公路工程中的應用研究[J]. 中外公路，2008，28(1)：1～4.