基于ArcGIS Engine的輸電線路路徑三維信息系統設計

張文強，王 鵬，戚 慧

（國網新疆電力有限公司烏魯木齊供電公司 新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

電力系統為了加大供電量可以采取兩個方面的措施：一方面可以從供電設備及供電企業管理入手；另一方面可以在電力線路設計上做文章。合理恰當地選擇輸電線路路徑，是一項技術性要求較高的工作，不僅能降低輸電過程中的損耗，還可以減少資金的投入。ArcGIS Engine是ArcGIS的一套軟件開發引擎，可以讓程序員創建自定義的GIS桌面程序，它具備完善的嵌入式GIS組件庫和工具庫，ArcGIS Engine支持多種開發語言，包括COM、NET框架、Java和C++，能夠運行在Windows、Linux等平臺上。它提供了一系列比較高級的可視化控件，方便程序員構建應用程序。利用ArcGIS Engine平臺，設計解決輸電線路路徑選擇實際問題的三維信息系統，實現輸電線路路徑選擇，具備理論可行性。

2 路徑選擇原則和影響因素

電力線路設計中路徑選擇的原則主要有3點：（1）堅持距離最短的原則，要盡可能地減少線路走向的轉折，盡量使用直線的設計方法；（2）堅持經濟實用性的原則，根據工程預算，需要均衡好經濟和使用之間的關系，盡量減少該項不必要的開支，為社會節約空間等資源；（3）避開特殊地形的原則，應盡量遠離峽谷、高山等跨域地區，還要避開樹木、草地、高層建筑等區域。

電力工程輸電線路路徑選擇包括路徑初選、現場踏勘和政策確認3個階段[1]。路徑初選是應用衛星地圖在線路起止點之間初選輸電線路路徑；現場踏勘是在考慮經濟、技術因素的情況下，實地踏勘對初選路徑進行修改；政策確認是與規劃、國土和交通等部門對接同意，并取得沿線相關單位的支持性協議。綜上分析，輸電線路路徑選擇需綜合考慮線路長度、地形地貌、地質、氣象、交通、施工、運行及城市總體規劃等因素，主要表現為經濟、技術、環境和社會4個方面[2-3]。

在目前的輸電線路選線工作中，普遍采用的是在紙質地圖或者衛片上選線，由于選線工作必須完全依靠人工完成，因此線路路徑選擇的決策過程存在一定的隨意性，對線路走向和方向的決策要較多地依賴選線人員的個人工作經驗和責任態度，而且費時費力。

國網某公司2016年—2020年18項輸電線路路徑選擇情況進行統計見表1，路徑選擇修改4次及以上者達83%。對某公司2016年—2020年輸電線路路徑選擇所需天數進行統計見表2，輸電線路路徑選擇的平均周期為9.67月，無法滿足未來對當地電網工程建設的需要。

表1 2016年—2020年輸電線路路徑選擇情況統計

表2 平均路徑選擇周期統計情況

3 系統方案

使用信息化手段設計輸電線路選取方案，并以模型模擬的形式顯示在計算機終端上，可以有效地提高輸電線路設計的工作效率，且能以更宏觀和更直觀的角度觀察線路情況，用技術手段壓縮了輸電線路設計周期，節約了設計成本。

本系統是基于ArcGIS Engine的輸電線路路徑三維信息系統，數據庫地圖中的不同地理信息可以通過標識進行識別，現有地理信息數據完備，可以通過一定信息化方法進行測量、計算。通過將地圖中地理屬性明確后，將兩點之間通過規避不同的地理要素連接可以形成多種路徑，最終將兩點之間連接起來[4]，系統邏輯結構見圖1。

圖1 系統邏輯結構圖

該系統選線數據模型按網格種類分，參與計算的數據分為以DEM為基礎的地理靜態網格和以行政、經濟和自然限制條件為基礎的動態矢量圖層。將電網信息參數集成至現有ArcGIS Engine三維信息系統上，通過對4種因素參數進行分析，利用智能選線算法進行輸電線路路徑識別[5]，輔助設計人員進行決策，系統原理圖見圖2。

圖2 系統原理圖

4 系統模塊解決方案

系統數據庫模塊主要功能是對不同類型的數據實現存儲、處理分析和轉換，通過對比數據處理能力性能，選用防黑客能力安全性高、并發處理能力強、數據處理能力高的“SQL Server”，其特點是支持異地使用數據庫的要求，節點多，支持多重路由器，管理權限劃分細致，對內安全性高，同時支持萬人在線提交，在處理海量數據的效率、后臺開發的靈活性、可擴展性等方面強大。

數據軟件開發工具主要功能是利用相應開發工具進行算法編程，選擇了數據類型豐富、編輯方式靈活實用、程序執行效率高、可靠性高、運行速度快的C#語言。

算法模塊主要根據此次輸電線路路徑選擇方式，選擇了運行速度快，運行準確度高的A*算法，是一種靜態路網中求解最短路徑、最有效的直接搜索方法，其特點是適合于求解任意兩點間的最短路徑問題，速度快，運行準確度高。

顯示模塊主要根據輸電線路路徑顯示方式，選擇了文件占用空間小，放大后圖像不會失真的矢量圖，是以數學函數的方式表示的圖像，任意放大可以不失真，常用軟件為Auto CAD，格式為.dwg、.dxb，其特點是文件占用內存空間小，放大后圖像不會失真，圖形清晰度分辨率無關。

5 系統功能和硬件布置

該系統需具備智能選線功能，相應選線分析功能以及線路路徑三維顯示功能，決策系統功能，見圖3。

圖3 系統功能圖

根據系統方案和系統功能需求，調試所需硬件設備，包括系統服務器、數據導線、安全芯片等，系統硬件布置結構見圖4。

圖4 硬件布置結構圖

6 應用

系統應用的前提是進行數據資料的收集，數據來源可以購買，也可以自己生產，以上數據收集越全、精度越高，系統選線結果越準確。系統可以應用于各種高壓電線的選線工作，通過為系統提供研究區域的各種影響因子的空間數據，可以實現高壓線路的自動選擇。

7 結語

本文介紹了一種基于ArcGIS Engine輸電線路路徑選擇三維信息系統的工作原理以及各模塊的解決方案，開創性地提出了計算機智能選線，相比以往的人工選線，計算機智能選線更加高效、準確，為又快又好地構建智能電網提供技術支撐；提出了一種分層次、逐級計算的選線方法，該方法綜合考慮多種影響因子，能快速選出輸電線路，大大降低了輸電線路選取所花費的時間和成本。通過搭建樣機并進行實驗，數據表明該系統成功降低了路徑選擇因各種因素反復修改的次數，減輕了人工路徑選擇的工作量，提升了工作效率。

該系統對實現經濟和社會綜合效益有重大現實意義，使用信息化手段設計輸電線路選取方案，并以模型模擬的形式顯示在計算機終端上，可以有效地提高輸電線路設計的工作效率，且能以更宏觀和更直觀的角度觀察線路情況，用技術手段壓縮了輸電線路設計周期，節約了設計成本。建立“智能選線”系統數據庫，重復利用以前積累的各種資料和信息，可以提高輸電線路選線的技術水準和成果質量。