基于多平臺的電力選線系統(tǒng)研究

王 彬，肖偉紅，胡天碩，何 勇，閆苗苗

（1.中國能源建設(shè)集團甘肅省電力設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101）

基于多平臺的電力選線系統(tǒng)研究

王 彬1，肖偉紅1，胡天碩2，何 勇2，閆苗苗2

（1.中國能源建設(shè)集團甘肅省電力設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101）

基于國產(chǎn)GIS平臺EV-Globe，利用Google Earth、Bing Maps、天地圖、百度地圖等二三維地圖平臺，封裝集成了基于多平臺的電力選線系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)不同地圖服務之間的信息互通，利用各自優(yōu)勢，跨越多種地圖平臺進行輸電線路設(shè)計；并利用優(yōu)勢平臺進行結(jié)果校驗，得到最佳設(shè)計路線，完成專題數(shù)據(jù)的生成展示與輸出，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的信息化管理。

多平臺；電力選線；Google Earth；三維可視化

隨著全球信息化技術(shù)的推進，基于數(shù)字地球技術(shù)的信息產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展，其研究內(nèi)容和應用領(lǐng)域都在不斷擴展[1]；同時，用戶需求的不斷增長，也推動了數(shù)字地球、在線地圖服務的不斷完善。基于客戶端的虛擬地球軟件平臺應運而生，且在國內(nèi)外各領(lǐng)域快速得到應用，如利用高分辨率航片進行土地利用調(diào)查，采樣數(shù)字地面模型和其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行防災減災和災后重建，基于在線地圖進行實時交通監(jiān)測，利用三維數(shù)據(jù)進行道路、電網(wǎng)規(guī)劃選址，輔助設(shè)計等[2]。其中，電力工程中的鐵塔選址、線路路徑選擇、緩沖區(qū)分析、資源數(shù)字化和大幅地圖輸出等是數(shù)字地球在電力行業(yè)重要的應用領(lǐng)域。

1 電力選線技術(shù)的發(fā)展

在電力工程中，電力線路路徑設(shè)計十分關(guān)鍵，是電力項目的基礎(chǔ)工作，選線成果的優(yōu)劣直接影響項目的進展情況、建設(shè)成本、運營成本和服務能力。傳統(tǒng)的選線方法是首先基于1∶50 000地形圖進行粗選，設(shè)計人員進行現(xiàn)場探勘，然后在地圖上進行修改，最后選出最佳路徑方案。其不足之處在于，地形圖的現(xiàn)勢性差，受圖幅所限，選線范圍固定，不易進行篩選、統(tǒng)計等分析。鑒于此，利用先進的三維平臺、在線地圖等資源進行技術(shù)方法革新，是十分必要的。馬旭波[3]等利用Google Earth影像易獲取、更新快、分辨率高等特點，將其應用于澤州東—東水110 kV線路選線項目，有利于優(yōu)化地圖路徑選擇，減少了外業(yè)的工作量。何新杰將三維GIS平臺Skyline應用于電力線路設(shè)計中，并研究了電力選線三維系統(tǒng)的總體建設(shè)內(nèi)容、三維可視化場景的建設(shè)方法和專題應用功能的設(shè)計思路，基本滿足了電力選線的要求[4]。閻平[5]等利用高分辨率衛(wèi)星影像和數(shù)字高程模型建立三維選線平臺用以輔助選線和桿塔規(guī)劃，有效提高了線路路徑的可行性和準確性，并在寧東—山東±660 kV輸電線路工程中加以驗證，結(jié)果表明平臺在前期規(guī)劃選線中可起到良好的輔助作用。

2 多平臺電力選線系統(tǒng)

縱觀前人研究可以發(fā)現(xiàn)，所采用的選線平臺都是單一的、固定的，缺乏可比性和參考性。若該平臺影像的高程等數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或錯誤，又缺乏類似平臺對比輔助，則可能產(chǎn)生工程差錯，帶來損失。而且單一平臺在電力輔助設(shè)計中數(shù)字影像資源并不豐富，不能對技術(shù)成果進行直觀、全面的比較[6-8]。 因此，本文使用國內(nèi)外主要的幾款衛(wèi)星地圖產(chǎn)品（EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖），設(shè)計了多平臺電力選線系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)概述

多平臺電力選線系統(tǒng)是為適應新形勢下地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，滿足線路工程實際應用需求而研發(fā)的。該系統(tǒng)結(jié)合虛擬地球平臺，利用各平臺的優(yōu)勢，借助信息化手段實現(xiàn)電力勘測設(shè)計的三維虛擬可視化，提高工作效率，為輔助決策提供可行性方案。該系統(tǒng)在甘肅省電力設(shè)計院電力線路規(guī)劃中得到了良好的應用，提高了方案設(shè)計的準確性，實現(xiàn)了電力設(shè)計的信息化管理，縮短了工期，減輕了勞動強度，提升了電網(wǎng)建設(shè)和管理水平。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

多平臺電力選線系統(tǒng)以國產(chǎn)優(yōu)秀三維GIS平臺EV-Globe為默認平臺，并行集成了Google Earth、Bing Maps和天地圖3個特色地圖，以實施信息交互和數(shù)據(jù)共享（圖1）。

圖1 多平臺電力選線系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)地圖窗體架構(gòu)使用了窗體鑲嵌技術(shù)，既保留了各平臺的設(shè)計成果在對應平臺調(diào)用時的實時展示，也保證了非調(diào)用平臺的資源釋放和進程休眠，有效減少了計算機負載。系統(tǒng)模塊框架使用插件式結(jié)構(gòu)開發(fā)，即每個平臺、每個功能模塊不相互依賴，是并列的，可根據(jù)需要加載和卸載，并為以后系統(tǒng)升級優(yōu)化提供應用接口。系統(tǒng)管理框架采用“同界不同體”的開發(fā)結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)界面是同一界面，而在下面設(shè)立了矩陣式調(diào)用模塊。點擊界面任何功能，都能激活鑲嵌于界面上的平臺對應的操作，既保證界面整潔，用戶體驗良好，又能整合各平臺的并列功能，易于學習和操作。

2.3 系統(tǒng)主要功能

2.3.1 工程管理

為滿足實際工作需要，工程管理是系統(tǒng)主要功能之一，以工程的方式來管理區(qū)別每次選線操作。其主要設(shè)置工程的新建、打開、編輯，項目的廢棄、還原、刪除等，將工程管理中的多種操作進行整合，提高工作效率。它還支持在Google Earth、Bing Maps和天地圖等多種平臺上瀏覽選線方案。

2.3.2 線路路徑

它是系統(tǒng)核心功能之一，能實現(xiàn)在EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖等平臺上進行選線操作，規(guī)劃線路主線、線路邊線和風偏線；以路徑方案為依據(jù)進行回路和緩沖區(qū)設(shè)置、平斷面提取、線路編輯、線路刪除、路徑導出等；可參考高精度底圖影像和三維DEM圖層，避開障礙區(qū)和不利的地形因素。

2.3.3 文件轉(zhuǎn)換

在線路工程涉及的眾多數(shù)據(jù)中，坐標點數(shù)據(jù)是構(gòu)成線、面、三維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，在實際野外踏勘測量、平臺操作、成果對接等工作中，會多次使用，生成諸多格式的文件。因此，文件轉(zhuǎn)換提供了坐標文件讀取、坐標文件轉(zhuǎn)換、坐標提取轉(zhuǎn)換等功能。它可以讀取.csv和.dat等格式的測量文件，加載并精確擬合實地測量的真實地形；可設(shè)置投影，生成對應等高線，并導出成果文件。為了更好地對接行業(yè)現(xiàn)有其他平臺，亦可將成果文件格式進行轉(zhuǎn)換，如將kml文件中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成shape文件以方便在ArcGIS系列軟件中使用，或轉(zhuǎn)換成dwg文件在CAD軟件中使用。

2.3.4 制圖輸出

為滿足電力選線工作中對特定區(qū)域的影像需求，也為了成果能夠借助在線影像和DEM制成大幅成果圖，系統(tǒng)提供制圖輸出功能，即在選定的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置出圖采樣間隔（單位：m）以及比例尺，框選輸出圖區(qū)域，屏幕會自動從左自右、從上向下按采樣間隔下載影像瓦片，并按照一定矩陣規(guī)則輸出保存每個瓦片，最后再基于選定的坐標系統(tǒng)按行列矩陣標記位置拼接成大圖（.jpg和.png），并自動保存信息日志文件和伴隨.dwg文件，便于在CAD中加載顯示、配置等高線的輔助設(shè)計、設(shè)計出圖、打印成圖等。

2.4 多平臺特點

目前應用較廣泛的地理信息平臺在線衛(wèi)星地圖產(chǎn)品有Google Earth、Bing Maps、天地圖、百度地圖以及高德地圖等?；诙嗥脚_的電力選線系統(tǒng)主要優(yōu)勢為：

1）選線結(jié)果可在多平臺進行對比分析，充分利用各自的優(yōu)勢。例如，可以利用Google Earth在線高程數(shù)據(jù)實時提取線路平斷面、高程點、等高線等輔助設(shè)計資料。

2）實現(xiàn)了多平臺數(shù)據(jù)間的信息互通，數(shù)據(jù)交互和共享。例如，在EV-Globe平臺中缺少高精度影像和DEM的地區(qū)進行選線時，可將粗選線路導入數(shù)據(jù)級別較高的天地圖進行節(jié)點編輯和調(diào)整，也可再次導入Google Earth，結(jié)合高程數(shù)據(jù)進行斷面優(yōu)化。

3）同界面同管理，方便對數(shù)據(jù)進行操作。系統(tǒng)采用同一界面，激活鑲嵌平臺操作。

4）輔助分析功能多樣齊全。系統(tǒng)提供的空間分析、空間量算、三維瀏覽幾乎覆蓋了行業(yè)內(nèi)從點線面到點面體之間所有的分析量算和效果瀏覽，能很好地支持和輔助設(shè)計。

5）平臺數(shù)據(jù)對接良好，利用率高。例如，可以將測量獲得的.dat文件進行展示，在坐標轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，生成Excel文件、kml文件等，也可轉(zhuǎn)換為地理坐標系下的shape文件和CAD文件，達到數(shù)據(jù)高效利用的目的。

6）利用在線資源，實現(xiàn)數(shù)字化專題數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)置地形數(shù)字化功能，以在線數(shù)據(jù)平臺為底圖，進行基于符號庫的點線面物體標繪，然后導出成各類坐標系下的kml文件或shape文件，可在ArcGIS軟件中輔助設(shè)計分析。

基于多平臺的電力選線系統(tǒng)主要封裝了EV-Globe、Google Earth、Bing Maps和天地圖4種地圖平臺，其中兩款為全三維平臺，兩款為二維平臺，各平臺特點和效果如表1、圖2所示。

表1 各平臺特點

圖2 各平臺展示對比瀏覽

2.5 數(shù)據(jù)源

2.5.1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是多平臺電力選線系統(tǒng)的支撐，主要包括路網(wǎng)數(shù)據(jù)、地名注記數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、河流數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)以及地形圖數(shù)據(jù)等，如表2。全省范圍內(nèi)采用30 m DEM數(shù)據(jù)，局部地區(qū)采用更高精度的DEM數(shù)據(jù)（以外業(yè)調(diào)繪的方式得到）；各等級道路、交叉跨越、房屋、河流等數(shù)據(jù)存儲方式主要是紙質(zhì)或電子地圖，需進行矢量化處理、坐標轉(zhuǎn)換、圖例配置等工作，并完善屬性信息；影像數(shù)據(jù)是航片經(jīng)過一系列處理生成DOM[9-10]，并按照柵格數(shù)據(jù)的管理方法進行入庫、顯示和調(diào)用。

表2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)內(nèi)容

2.5.2 其他數(shù)據(jù)

系統(tǒng)實施輸電線路路徑規(guī)劃，設(shè)計勘測測量業(yè)務相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括：控制點成果表，地形圖、直線樁、塔位樁成果表，塔基地形圖，平斷面圖，塔基斷面圖，房屋分布圖和地下管線圖等。

3 系統(tǒng)應用

3.1 工程概況

本文以甘肅省電力設(shè)計院設(shè)計的永登—金昌750 kV輸電線路方案部分線路為例，運用基于多平臺的電力選線系統(tǒng)對該工程的選線情況進行了對比研究。

3.2 多平臺電力選線結(jié)果對比

如圖3所示，從選線結(jié)果圖來看，EV-Globe和Google Earth具有高程優(yōu)勢，三維立體視覺效果較好，適合進行粗略電力選線；并可在此基礎(chǔ)上進行精確電力選線。Bing Maps影像清晰，可以有效地進行障礙物規(guī)避。天地圖街道地圖的信息非常豐富，可作為地物圖參考。從數(shù)據(jù)的支持度來看，EV-Globe較為靈活，可控性較好。從地形圖角度來說，天地圖、EV-Globe可進行地形圖的導入，但其他地圖均不支持該操作。此外，Google Earth中具有歷史影像，這是電力選線中非常重要的一個方面，可為電力選線提供參考。

基于多平臺的電力選線系統(tǒng)可進行多格式文件的導入與繪制、多圖層管理與交互、多坐標系互轉(zhuǎn)、多平臺成果展示、多平臺線路編輯等，降低了外業(yè)調(diào)查的工作量，提高了電力線路路徑方案的可行性和選線質(zhì)量。

圖3 各平臺選線高空視角對比

4 結(jié) 語

基于多平臺的電力選線系統(tǒng)是實現(xiàn)多平臺統(tǒng)一化，信息共享化，成果精細化的重要工具，也是地球空間信息技術(shù)民用化的典范。該系統(tǒng)高度集成了多種衛(wèi)星地圖服務，充分利用各平臺優(yōu)點，實現(xiàn)了各平臺數(shù)據(jù)間的信息互通，讓設(shè)計者能夠直觀地判斷不良地質(zhì)的分布情況，明確地識別建筑、河流等避讓區(qū)，并建立相應的緩沖范圍，進行輔助分析，實現(xiàn)電路路徑規(guī)劃的優(yōu)選。

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：1672-4623（2016）11-0069-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.025

王彬，工程師，主要從事電力工程勘測技術(shù)工作。

2015-07-07。