基于WebGIS的四川省電網通道與環境敏感區“一張圖”管理系統研發

李金陽, 楊 丹,杜思穎, 侯國彥, 張全明, 羅 毅, 曾文慧，鄒 斌,楊 楠,劉 新

(1.國網四川省電力公司經濟技術研究院，四川 成都 611731；2.國網四川省電力公司，四川 成都 611731；3.紫光軟件系統有限公司，北京 100084)

隨著我國經濟發展，基建設施建設加快推進，環水保問題也日益突出，而生態敏感區因其敏感特性成為極易出現環水保問題的地區，因此生態敏感區也成為環境保護和水土保持的重點區域。輸變電工程是廊道式建設工程，在規劃、選址、設計階段[1-3]，由于無法準確獲取輸變電工程與所在區域生態環境敏感區的空間分布關系，線路極易穿越環境敏感區；在建設、運行階段，由于監管時效性差、效率低，無法確切獲取環境敏感區影響范圍的相關保護措施落實情況，會對沿線景觀和生態系統有一定的干擾和阻斷[4-6]。因此，優化工程生態設計、避免破壞敏感生境、提高水土保持成效、提升綠色電網品質是國家電網建設的戰略性要求。

目前在輸變電工程項目管理與業務工作中，存在使用地圖陳舊、需重復向政府相關行政部門搜集環境敏感區資料、缺乏線路擺動造成的穿(跨)越環境敏感區告警工具、傳統的輸變電工程運維管理模式效率低下等問題。針對這些問題，目前已有的系統均未能完全解決，特別是不同電壓等級線路環境影響的范圍不同，線路選址分析中應該區別對待，但實際并未做到區別對待。如湖南電網地理信息系統[7]、基于WebGIS的電網規劃信息管理系統[8]，存在缺乏違規線路擺動分析告警、線路選址輔助功能等問題；基于GIS生態電網規劃輔助決策系統[9]、電網環境敏感區地理信息系統[10]，其系統開發方式為C/S方式，不能進行數據共享，數據更新受限。

存在這些問題的核心在于，輸變電工程項目管理及工作開展缺乏基于WebGIS的“一張圖”管理系統。為此，國網四川省電力公司經濟技術研究院研發并實現了基于WebGIS的四川省電網通道與環境敏感區“一張圖”管理系統。該系統能實現線路選址設計及分析、線路對比優選以及重大變動分析、系統管理等實用業務功能，通過解決以上問題，提高輸變電工程環水保管控和業務工作效率，對工程進行環水保優化，縮短環評水保方案編制、審查的周期，實現對違規線路擺動和穿(跨)越環境敏感區變化的監控和告警功能，加強對輸變電工程的環水保管理。

1 “一張圖”管理系統業務需求

經過充分的調研分析，電網行業環水保管理及工作具體需求有：

(1)急需反映現狀的基礎底圖輔助輸變電工程選址、路徑規劃。目前，在輸變電工程設計中，使用的地圖多是20世紀80年代以前的陳舊圖件，然而由于城鄉經濟的快速發展，許多地區自然、社會面貌發生了很大改變，圖件無法真實動態地反映當地現狀，無法為輸變電工程選址、路徑規劃提供基礎數據。

(2)急需輸變電線路與環境敏感區共享工具。在輸變電線路規劃、可研以及環評水保等前期工作中，需識別環境敏感區與輸變電線路，而輸變電線路坐標分布在各個施工單位，無法及時獲取；環境敏感區由政府相關行政部門管轄，各項目搜集工作量大，占用大量人力物力。因此，共享輸變電線路與環境敏感區數據，并進行及時更新，是行業內急需解決的問題。

(3)急需各種分析工具。線路與環境敏感區空間位置分析是線路選址、建設、運維過程中保護環境敏感區、減少水土流失的基礎工具，多條線路對比分析與重大變動分析在線路選址、設計、建設、運維等階段，為判斷線路與環境敏感區位置關系、最優線路選取及重大變動分析提供數據支撐，對減少環境破壞、減少水土流失、保護生態環境具有重要意義。

2 系統設計

2.1 系統原理

2.1.1 系統整體原理

四川省電網通道與環境敏感區“一張圖”管理系統通過集成四川省不同階段線路、不同類型環境敏感區矢量數據，以高分辨率遙感影像、高精度DEM，以及道路等基礎地理數據為背景，實現線路選址設計及分析、線路與敏感區關系分析、線路對比優選及重大變動分析等功能。其原理為將數據按照統一存儲方式進行剝離，使基礎地理數據與業務專題信息分離，將不同數據的業務維護分開，從而使一份基礎地理數據對應多份業務專題數據。

基礎地理數據庫主要是對基礎地理數據(如遙感影像、輸變電線路及環境敏感區)進行規范化處理，通過元對象表對基礎數據進行描述。基礎地理數據庫的更新與維護由專屬管理模塊進行，以便實現對業務系統數據管理權限的控制；基礎地理數據由專業部門進行管理，以保障系統內輸變電線路與環境敏感區數據的完整性與穩定性[11]。

業務數據庫主要指前端網站或者行業應用的關系型數據，在業務系統中，通過對基礎數據關聯的表格進行選取與刪除、合并、分類等運算，形成新的對象表。將需要表達的業務專題信息與幾何圖形結合，生成業務專題數據。

2.1.2 不同電壓等級線路選址緩沖閾值設置原理

不同電壓等級的輸變電工程環境影響范圍不同，因此在不同電壓等級的線路選址設計過程中，避讓環境敏感區的距離應區別對待。《環境影響評價技術導則 輸變電》(HJ 24—2020)明確：因不同電壓等級線路電磁、聲環境影響范圍不同，針對交流110 kV、交流220～330 kV、交流500 kV及以上和直流±100 kV及以上3個級別設置了不同的評價范圍，生態環境影響范圍為輸電線路(生態敏感區范圍外的輸電線路)邊導線地面投影外兩側各300 m內的帶狀區域。根據《關于印發〈輸變電建設項目重大變動清單(試行)〉的通知》(環辦輻射〔2016〕84號)，輸電線路橫向位移超出500 m的累計長度超過原路徑長度的30%則認定為重大變動。因此，在線路選址分析時，不同電壓等級線路與敏感區的緩沖距離最低應設置為300 m，最高應設置為500 m。

2.2 系統框架設計

系統框架包括業務層、邏輯層、數據層(圖1)。業務層即用戶端，實現環境敏感區與輸變電線路展示、計算等功能，通常采用瀏覽器作為用戶操作的應用程序，支持IE8、Google Chrome以上瀏覽器使用，運行環境為Window Server系統。邏輯層即服務器，實現用戶命令，分析業務層輸入的命令，調取GIS服務和數據庫服務，并在業務層進行展示，服務器運行環境主要滿足ArcGIS和ArcServer。數據層即數據庫，作為原始數據來源，包括業務專題數據和基礎地理數據；數據層數據不能直接在系統中使用，需要通過入庫數據或者發布工具導入到應用支持層的對應服務中；數據庫主要采用Mysql數據庫。

圖1 系統框架設計

3 系統數據準備

系統集成的數據主要為四川省遙感影像數據、DEM數據、輸變電線路矢量數據及省內環境敏感區矢量數據等。針對遙感影像數據，受天氣、傳感器、地形等因素的影響，為消除傳感器誤差、幾何畸變和坐標誤差，需要對遙感影像進行預處理，如大氣校正、幾何校正、數據融合、影像增強及影像裁剪等處理[12-13]。

針對集成的數據，需要進行規范化處理后入庫。首先將異源數據經過規范化處理，如投影坐標、命名、存儲格式等按照統一規定進行處理，然后通過元數據的方式加以組織，并對入庫數據進行數據轉換、檢查、處理及入庫等步驟，最后保存至數據庫中。對于無法獲取的數據，可通過相關報告、論文等文獻資料，利用GIS軟件對圖片進行控制點配準、矢量化操作獲得。

4 系統實現與應用案例

4.1 輸變電線路與敏感區空間位置分析

集成四川省環境敏感區、輸變電線路矢量圖，以地圖形式直觀展示不同階段輸變電線路。系統可根據實際變動情況對環境敏感區與輸變電線路數據進行實時更新。

在設計階段和施工階段，為確保線路穿(跨)越敏感區長度最短，需分析輸變電線路穿(跨)越敏感區情況。用戶可利用 “線路選址”功能，獲取線路具體穿(跨)越敏感區的位置、長度及占比，以及不同電壓等級線路與敏感區距離小于特定距離(根據不同電壓等級線路選址緩沖閾值設置原理進行設計)的所有桿塔位置等信息，為輸變電線路選址，以及減少對靠近輸變電線路的生態環境影響提供數據支撐(圖2)。

圖2 新建輸變電線路與環境敏感區空間位置關系

4.2 輸變電線路設計輔助

線路最佳設計方案是通過對比多條線路路徑及穿(跨)越敏感區情況獲取的。《飲用水水源保護區污染防治管理規定》中明確規定：“在二級保護區內不準新建、擴建向水體排放污染物的建設項目，改建項目必須削減污染物排放量，原有排污口必須削減污水排放量，保證保護區內水質滿足規定的水質標準，禁止設立裝卸垃圾、糞便、油類和有毒物品的碼頭。”利用“線路對比”功能，對比設計線路穿(跨)越飲用水水源地的桿塔數量、轉角數量、曲折系數、線路長度、穿(跨)越敏感區長度以及占比，在減少水體破壞，保護水資源前提下，最大程度限制穿(跨)越桿塔數量、長度及施工擾動范圍，為最佳線路的選取提供數據支撐(圖3)。

圖3 不同設計方案線路設計圖

4.3 輸變電線路重大變動監控和告警

在施工階段與驗收階段，利用系統“重大變動”功能，自動判別路徑長度變化、偏移情況以及新進敏感區情況。《關于印發〈輸變電建設項目重大變動清單(試行)〉的通知》(環辦輻射〔2016〕84號)規定“因輸變電工程路徑、站址等發生變化，導致進入新的飲用水水源保護區、自然保護區、風景名勝區等生態敏感區定為重大變動”，并且《飲用水水源保護區污染防治管理規定》規定“保護水源林，禁止毀林開荒，禁止非更新砍伐水源林”。若輸變電線路發生重大變動，系統會顯示紅色，提示施工單位應在建設過程中及時履行相應變動手續，避免發生違法事件；同時提醒施工單位需監測變化位置是否進行了水源林砍伐，為保障輸變電線路順利驗收、減少水土流失、節約應急處置人力物力提供技術支撐(圖4)。

圖4 輸變電線路重大變動分析

5 總 結

針對輸變電線路管理與環水保工作現狀，提出B/S結構的四川省電網通道與環境敏感區“一張圖”管理系統，實現了輸變電線路與環境敏感區數據共享和動態管理，解決了環水保工作低效等問題，特別是針對不同電壓等級線路環境影響范圍的不同，進行選址分析閾值設置。系統集成了四川省高分辨率遙感影像、高精度DEM、環境敏感區與輸變電線路數據，實現了線路文件的增刪改、保存、下載，以及基于環境敏感區的輸變電線路選址分析、對違規線路擺動和穿(跨)越環境敏感區變化的監控和告警等功能，為輸變電線路選址設計及分析，以及輸變電線路重大變動分析提供支撐，提升了輸變電線路管理水平和環水保工作效率，有效減少環境破壞，減少水土流失，保護生態環境，促進電網建設綠色和諧發展，亦可為其他區域電網通道與環境敏感區“一張圖”管理系統的建設提供參考。