摘要：电网建设通常需要跨越地理区域,变电站选址和线路选线的首要任务就是采集站址和沿线的地理信息。如今,众多电力设计单位已将GIS引入电网建设工程的勘察设计中,实现了电网资源与地理信息的有机整合,有效弥补了传统现场踏勘方式只能看到局部地物的缺陷,提高了电网建设工程勘察设计的工作效率,显著提升了设计质量。因此,对GIS在架空电力线路设计中的应用进行探究符合勘察设计行业的发展趋势。
关键词：GIS；架空电力线路；设计；应用
一、GIS的应用现状
GIS的全称是GeographicInformationSystem,即地理信息系统。它不仅可以采集、存储、显示有关地理信息数据,还具备管理、处理、分析等功能,与全球定位系统(GPS)和遥感系统(RS)并称3S系统。GIS在我国近三十多年的现代化建设中发展迅速,已被应用在包括电网建设在内的各行业基础建设中。
国内电力设计院搭建的输变电工程GIS平台经历了从最初的二维分析到目前的三维展示,从单一的信息管理到规划勘察设计一体化集成,通过在实际工程中的不断试验和完善,积累了丰富的经验,产生了可观的增值效益。东部某电力设计院开发的“输电线路三维数字化设计系统”以大型数据库为核心,以高精度航摄影像、数字高程模型、基础地理信息为基础,整合线路走廊的地形地貌信息和建设过程数据,面向勘察和设计业务提供服务。通过与其他数据管理系统、专业设计软件的对接,实现了工程数据的输入、编辑、更新、删除、查询、统计、输出等众多功能,完成了协同工作和资源共享。南方某电力勘察设计院开发的“三维数字化GIS规划与设计平台”以该省域范围内的无人机遥感技术和卫星导航定位技术为核心,将无人机作为飞行平台,以先进的全自动化摄影测量工作站作为处理平台,制作了一套涵盖省内全部500kV及以上的变电站及输电线路,可展示各输变电项目的地理位置、使用情况以及相互关系的信息系统。通过整合开发,打通发电、变电及输电工程设计数据信息通道,实现了涵盖从电源到电网全过程、多专业、一体化的设计应用。中部某省电力设计院开发的“三维数字化电网工程辅助设计平台”是即专业又统一的辅助设计系统,通过调用数据库的方式打开各个相关专业间的提资接口,简化设计过程中的资料互提环节,并开发相关设计辅助功能,能够对设计完成的输电线路进行三维展示和电气校核验算。
二、GIS在架空电力线路设计中的应用
（一）路径选择及优化
在架空电力线路的路径选择过程中,传统方式主要基于地形图进行。但是,普通地形图通常缺乏时效性。现代城镇和乡村的发展日新月异,经常会出现图纸信息与实地情况不符的现象。因此,图上选线后需要进行大量的现场调查工作。而现场调查劳动强度大,效率低,工期长,且无法直观的对路径方案进行多方位的考察,更难以确定微气象以细化设计气象条件。通过将GIS应用在路径选择过程中,通过高清晰卫星影像,同时借助数字高程模型进行地形分析,再结合现场详细调查了解,即可划分微气象区段,在路径选择时尽量避开或采取相应技术措施,实现路径方案的优化设计,提高电力线路抗御灾害的能力。另外,应用GIS选择和优化路径时还可以同时开展各类专题研究,提高方案确定过程的完整性和针对性,减少厂矿拆迁、民房跨越、森林砍伐、公用设施迁移等政策处理问题,提升电网建设在经济、社会、环境等方面的综合效益。
在架空电力线路的路径选择过程中把GIS应用和层次分析法结合起来,能够更好的优化路径方案,进而为多方案的对比和取舍提供客观依据。在架空电力线路设计中,影响设计方案的因素包括法律、经济、技术、环境等。采用层次分析法,能够对各路径方案进行定量分析,优化路径方案。层次分析法是一种把定性分析与定量分析相结合的分析方式,不仅能够主动响应设计人员在路径选择中的主观因素,同时还能对客观存在的外界因素进行分析处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆把层次分析法应用在实际设计中,首先需要把卫星影像与数字地理模型有效结合起来,得出多个备选方案;其次罗列出路径方案评价的主要影响因素,包括路径长度、曲折系数、交通情况、重要交叉穿越、走廊清理难度等;再在对比分析前选择必要的影响因素,对于系统数据库中缺失的因素,则需要进行详细深入的现场调查,将实地调查结果和数据录入至分析系统以进一步处理。借助数字高程模型,能够对架空电力线路的三维长度进行计算;再建立评价矩阵,即可确定各影响因素的权重,进行合理分配,并反复验证、调整;最后,通过系统分析得出评价结果,确定各个备选方案中的最优方案。由此可见,在架空电力线路设计中灵活运用层次分析法,能够对影响路径选择的众多影响因素进行全面的定性、定量评估,保证路径方案结论客观、可靠。
（二）配合专业设计软件
GIS能够与架空线路设计的多个专业设计软件配合使用,大大提高设计效率。GIS可将航摄数据生成高精度的数字高程模型,计算生出全线的纵断面,同时保存为与平断面定位设计软件相匹配的格式文件,即可将其应用在架空线路杆塔定位设计软件中,进行杆塔排位。对于杆塔定位设计完成后的成果,也可以导入至三维地理信息系统中进行展示,从而实现架空电力线路设计的可视化,提高线路设计成果的直观性、准确性和全面性。
（三）辅助杆塔、基础设计
位于平原地区以外的杆塔,一般要采用高低腿设计,以减少塔位处基面处理的土石方量,做到少开或不开基面,保护周边生态环境。高低腿杆塔采用不等高基础,要求设计人员熟悉塔位的地貌特征和地质条件。只有对所有杆塔位置进行过查勘,才能有效的开展室内设计工作。而有些架空电力线路的现场地形条件十分恶劣,现场勘查无法到位,设计人员只能根据经验进行估算,这就会造成杆塔和基础设计不经济或者技术方面出现偏差。另外,在终勘定位过程中,当测量人员在对塔基勘测点进行测量时,测量范围一般都局限在铁塔根开范围内,对于周边的地形突变点容易忽略。在室内设计过程中难以发现此类问题,这些数据缺失就会造成测量误差,影响线路设计的准确性和安全性。
GIS采用的地理影像精度较高,因此可以模拟生成线路走廊的地形地貌,为设计人员提供直观、清晰的现场还原。另外,在实际应用时可以查询塔基勘测点周边所有点位的高程数据,并根据需要进行断面剖切,获得结构设计人员想要收集的地形数据,为高低腿杆塔和不等高基础的配置提供便利条件。通过模拟计算,还可以反向验证测量成果是否准确,查漏补缺,修正测量误差。
（四）影像输出
输电线路设计室外工作量较大,设计人员可在野外现场使用高清晰影像,快捷、便利的辅助外业工作。系统能够按照线路既定走向以设置的画幅宽度切割生成二维影像和三维影像。二维影像可作为设计文件的输入部分,用于室内设计工作;三维影像可导入到笔记本电脑或其他电子设备,引导现场查勘工作。
（五）线路工程的三维建模
在输变电工程的三维建模过程中,需把各电力设施按电压等级、外形尺寸、适用范围等分门别类,建立模型数据库。在建模前,将不同的设施分解为单个基本的结构模块,对多个结构模块进行空间组合和集成处理,即可生成完整的三维模型。如对杆塔和绝缘子串进行分别组合集成的基础上,匹配各自精确的三维坐标,便可在三维地理信息系统中,按照设计方案,自动装配杆塔和绝缘子串,动态生成三维线路模型。
三、结论
综上所述,随着数字化技术的快速发展,各专业信息系统的不断完善,GIS将越来越广泛的应用在架空电力线路的勘察设计中。传统的二维平面设计和现代的三维空间设计势必更加完美的结合,为电网建设提供更加高速、高效、高质的设计成果。
参考文献
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论文作者:张皓维
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/9
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