三維全景技術輔助特高壓通道優(yōu)化研究

李顯鑫 ，崔章順，王 輝，馬存石

(1.國網(wǎng)北京經濟技術研究院，北京 100052；2.北京洛斯達數(shù)字遙感技術有限公司，北京 100120；3.河北省電力勘測設計研究院，石家莊 050031；4.甘肅省電力設計院，蘭州 730050)

1 概述

隨著我國社會與經濟建設的飛速發(fā)展，電網(wǎng)建設與土地資源和環(huán)境保護的矛盾也日益突出，為盡可能少占通道資源，特高壓輸電線路工程多采取平行架設、共用走廊的優(yōu)化方案。但如何控制其電磁環(huán)境，在確保安全可靠的前提下，減少走廊寬度與拆遷，降低工程投資，是工程建設面臨的新課題。

目前傳統(tǒng)的輸電線路工程通道優(yōu)化工作以1∶50000地形圖為主要依據(jù)，一般地形圖較為陳舊，這樣的通道優(yōu)化方案難以做到經濟合理。本文以河西走廊多回特高壓直流線路規(guī)劃為例，以數(shù)字地球為載體，集成專題數(shù)據(jù)和線路工程綜合信息，實現(xiàn)輸電線路工程通道的三維全景可視化表達，進行同走廊內多回線路的布置，輔助路徑方案比選；同時為通道規(guī)劃設計提供一種全新、高效的工作手段，從而可降低輸變電工程建設過程中民事協(xié)調難度，為建設后期遺留問題解決提供依據(jù)，有助于提高電網(wǎng)建設水平，對實現(xiàn)精益化管理具有重要意義。

2 河西走廊通道概況

河西走廊地形狹長，分布有甘肅省多個重要城市，如嘉峪關、酒泉、張掖、金昌、武威等。建設中的哈密南－鄭州±800kV特高壓直流輸電線路以及規(guī)劃中的酒泉－湖南±800kV、哈密北－重慶±800kV、準東－成都±1100kV三條特高壓直流輸電線路均通過河西走廊，且并行距離長。走廊通道內，規(guī)劃區(qū)、軍事設施、地震地磁臺、輸油輸氣管道分布較多，走廊通道緊張，且障礙物協(xié)調搬遷難度很大，有必要對對走廊通道內的各線路及其塔位布置方式進行研究和統(tǒng)籌協(xié)調。

從河西走廊段的總體路徑布置看，建設中的直流線路走廊基本位于河西走廊的北側，大體在與內蒙交界附近走線。線路避開了重要的城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)和廠礦建設區(qū)，但在局部地區(qū)，仍對當?shù)匾恍┟穹?、設施等產生一定影響，尤其是多回直流線路平行通過地區(qū)，多回線路占用的寬闊走廊以及多回直流線路疊加產生的各類電物理效應，會對周邊環(huán)境有一定影響。

3 通道優(yōu)化平臺應用

建立平臺并進行通道優(yōu)化的思路是：以平臺化的理念、信息化的手段，建立基于三維全景技術的通道資源優(yōu)化平臺(圖1)，整合遙感數(shù)據(jù)、工程信息、交叉跨越、冰區(qū)、污穢區(qū)，以及影響線路走向的其它障礙物和敏感點信息，通過直觀再現(xiàn)這些信息，對房屋、樹木以及規(guī)劃區(qū)、開發(fā)區(qū)、自然保護區(qū)、機場等自然和人文等要素進行合理的避讓，規(guī)劃可能的通道方案；通過平臺進行不同方案的優(yōu)化和比選，減少房屋拆遷、林木砍伐，避讓工礦設施，少占耕地，避免不確定因素的干擾等，為后續(xù)工程建設利用提供支撐和保障。

圖1 通道優(yōu)化平臺

在二維場景規(guī)劃基礎上，利用平臺提供的“所見即所得”的三維展示模式，實現(xiàn)三維場景中通道布置的直觀模擬。輸電線路設計人員可通過三維漫游對通道內地貌地物進行多角度觀察、分析地形與桿塔模型和導線的關系，直觀的判斷設計路線是否合理，以便及時對設計線路做出調整。

該平臺具備如下功能：

(1)通道方案選擇。用戶結合各種二維矢量圖形及高清衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)或航片，初步選擇線路可能的多種方案。

(2)平斷面掃描。用戶在指定某方案首尾桿塔位置后，系統(tǒng)能實時自動提取該線路的平斷面圖。

(3)桿塔排位。在輸入桿塔設計參數(shù)后，借助自動優(yōu)化排位工具，從桿塔位置可行性、經濟性等方面實現(xiàn)桿塔排位的自動優(yōu)化。

(4)統(tǒng)計分析。路徑方案確定后，獲得不同方案的交叉跨越、桿塔數(shù)量等信息，方便用戶進行多方案的比選，使設計更具有可行性、經濟性。主要的統(tǒng)計分析指標有線路長度、桿塔數(shù)量、平均耐張段長度、總鋼材使用量、交叉跨越信息、線路在給定走廊寬度內的房屋拆遷面積、跨越林區(qū)的長度，以及經過不同地形、不同污穢區(qū)域的線路長度及比例，線路最低、最高海拔等。

(5)三維展示。該平臺除具備常規(guī)二維的通道布置設計功能外，還具備三維展示與空間分析功能。三維展示功能，能夠實現(xiàn)線路全域瀏覽。三維空間分析功能彌補二維空間分析對于分析結果無法直觀形象表達的先天缺點，能讓用戶更加清晰的了解分析結果，更加方便的輔助用戶進行決策。

4 通道優(yōu)化與三維模擬

圖3 通道二維平面布置模擬

借助通道優(yōu)化平臺，利用高分遙感影像、基礎地理信息和各類工程障礙物信息，可以很直觀地發(fā)現(xiàn)線路走廊通道內存在的問題并加以分析和總結。通過分類和標注，梳理障礙物與路徑位置關系(包括距離及是否跨越等)，以確定可行的方案。特別是在擁擠地段，通過三維電磁影響分析和三維施工模擬更好地輔助設計單位進行路徑方案選擇和優(yōu)化，提出合理的路徑方案及建議。

根據(jù)已有的哈鄭線終勘數(shù)據(jù)，在優(yōu)化平臺上繪制酒泉－湖南、哈密北－重慶、準東－成都三條特高壓直流輸電線路，進行多條特高壓并行通道布置的二維和三維模擬，見圖3、圖4。

圖4 通道三維布置模擬

5 通道清理工程量統(tǒng)計

綜合考慮電磁環(huán)境、擁擠走廊的施工情況，結合各種塔型排列形成的線路通道(圖5、圖6)，統(tǒng)計最優(yōu)布置方案下通道的工程清理圖。

圖5 F型塔統(tǒng)計范圍(168m通道)

圖6 非F型塔統(tǒng)計范圍(240m通道)

如圖可知，河西走廊內多回特高壓直流線路并行時，采用單側掛線的F型塔布置時所需走廊間距最小，因此在走廊緊張的地帶，建議用“廊間型塔。尤其是兩回路均使用塔”。塔，可以大大降低走廊寬度。推薦F塔段采用面對背同向的F塔布置方式，在常規(guī)塔和F塔配合采用情況下，優(yōu)先采用F塔面對普通塔，其余F塔面對背同向的布置方式。根據(jù)走廊情況確定統(tǒng)計范圍，并統(tǒng)計范圍內有影響房屋的面積，從而比較方案的優(yōu)劣。下表1是河西走廊內四條特高壓平行走線時不同走廊寬度范圍內有影響房屋的面積統(tǒng)計結果。

表1 四條特高壓平行走線不同布置方案下的跨房面積

6 結語

本文研究了河西走廊內四條直流特高壓線路同走廊走線問題，探索了基于三維全景技術輔助通道布置模擬和資源優(yōu)化的工作模式，創(chuàng)新輸變電工程通道資源優(yōu)化利用的手段，為指導輸變電工程通道規(guī)劃建設提供技術支撐和實踐經驗，具有較強的實際意義。特別是對走廊狹窄地段和房屋密集區(qū)，利用三維全景技術對通道內多種要素進行全方位的現(xiàn)狀分析，優(yōu)化輸電線路方位，能夠進一步節(jié)約走廊通道，保證在建、擬建線路的最優(yōu)布置，為后續(xù)建設提供可靠的基礎資料。

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