3S技術(shù)在輸電線路設(shè)計中的應(yīng)用

蔡 穎，王紅亮

(東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院，吉林吉林132012)

輸電線路的設(shè)計是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前提，其質(zhì)量關(guān)系著線路的投資運行費用與運行的可靠性，線路的路徑選擇在線路設(shè)計中起著舉足輕重的作用。

1 輸電線路選線的傳統(tǒng)方法及其存在的問題

傳統(tǒng)的選線方法是:首先搜集有關(guān)設(shè)計線路所需的技術(shù)資料，其次在已掌握的1 10000或1 50000小比例尺地形圖上選出幾個可行的線路方案，經(jīng)過全面的分析比較后確定一個較為經(jīng)濟、合理的路線方案［1］?？梢钥闯觯@種選線的方法存在的問題主要表現(xiàn)在:

(1)我國現(xiàn)用的1 10000和1 50000地形圖大都是80年代或更早測繪的，在經(jīng)濟建設(shè)高速發(fā)展的今天，這些地圖顯然過于陳舊，無法反映現(xiàn)狀。

(2)輸電線路的設(shè)計很大程度上取決于勘測設(shè)計人員的實際經(jīng)驗和技術(shù)水平，加之勘測設(shè)計人員在現(xiàn)場受到“視野局限性”的客觀限制，很難選出理想的路徑方案。

(3)設(shè)計文件不能以數(shù)字的信息形式表達和匯總，不利于計算機建庫管理

2 3S技術(shù)簡介及其在輸電線路選線中的應(yīng)用

3S技術(shù)是GIS、RS、GPS的簡稱，即地理信息系統(tǒng)、遙感及全球定位系統(tǒng)的總稱。作為空間信息處理的這3個技術(shù)系統(tǒng)，在空間信息管理中各具特色，均可獨立完成自身的功能。同時，它們所能解決的問題之間又有很多關(guān)聯(lián)性，在功能上又各自存在著自己獨有的特性［4］。如果能夠?qū)⑷哂袡C結(jié)合在一起共同應(yīng)用于輸電線路選線，就能解決輸電線路選線中遇到的空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性差的問題，并能提高輸電線路設(shè)計的效率和質(zhì)量。

2.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)(簡稱RS)

遙感技術(shù)通過探測地表物體對電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而獲取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。通過對影像紋理和顏色處理，可有效地識別地表巖石、土壤，植被，水體等地物［3］。遙感技術(shù)與攝影測量技術(shù)的結(jié)合不僅可以通過對遙感相片的分析直接制作普通的1 1萬至1 25萬比例尺地形圖，而且能夠制作數(shù)字地面模型(DEM)及正射影像圖，還能夠?qū)⒄溆跋駡D疊加到DEM透視圖上，制作真實三維景觀圖。

由此可見攝影測量和遙感技術(shù)不僅可以大大縮短地形圖的更新周期，高效地獲取大面積的區(qū)域信息，而且能夠使獲得的信息更加直觀。攝影測量和遙感技術(shù)的結(jié)合很好的解決了輸電線路選線中地形圖現(xiàn)勢性差的問題。

遙感影像數(shù)據(jù)處理的主要工作包括影像的訂購、幾何糾正、影像融合、生成正射影像圖和三維漫游場景等。由于遙感影像圖本身并沒有坐標信息，并且影像在拍攝的過程中存在著各種幾何畸變，因此幾何糾正就成為影像處理中最重要的環(huán)節(jié)之一。所謂的幾何糾正就是首先在影像上找出和地形圖上地物相匹配的明顯地物作為地面控制點，然后利用地面控制點GCP(Ground Control Point)和數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Mode1)對各種因素引起的圖像幾何畸變進行糾正，并將影像納入用戶所需的坐標系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)的數(shù)學(xué)模型對原始影像進行糾正，使其轉(zhuǎn)換為正射影像。地面控制點應(yīng)分布均勻，影像的邊緣部分要有控制點分布，同時在不同的高程范圍最好都有控制點。地面控制點的數(shù)量因地形地貌的復(fù)雜程度而定，如一幅Spot5影像一般需要15～20個地面控制點［2］。

由此可見，地面控制點的獲取方法直接影響著遙感影像數(shù)據(jù)處理的精度及速度。使用校正好的1 50000或1 10000地形圖作為地面控制點的來源，中誤差RMSE(RootMean Squareof Error)值一般可達到5～10 m。如果精度要求比較高就需要通過實地測量的方法獲取地面控制點。采用傳統(tǒng)的測量方法，不僅速度慢，而且要求各地面控制點之間以及地面控制點和國家高級控制點之間必須通視，在輸電線路經(jīng)過的山區(qū)這個條件一般不太容易滿足。如果采用全球定位系統(tǒng)GPS(Global Posi～tioning System)實測地面控制點，不僅精度高，觀測速度快，而且不要求控制點之間通視［2］。

2.2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是一種空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其原理是利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電波，進行距離測量，觀測時進行幾個站的同步觀測或準同步觀測，用幾何方法推求相互間的關(guān)系位置，從而進行定軌或定位。其代表有美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲的伽利略定位系統(tǒng)和我國的雙星定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)GPS能快速地給出目標的位置，對空間數(shù)據(jù)的確定具有特殊意義，目前在車輛導(dǎo)航、工程測量、地殼運動監(jiān)測、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、飛機導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用［3］。

GPS較為常用的作業(yè)模式有靜態(tài)相對定位、快速靜態(tài)相對定位、準動態(tài)相對定位、和動態(tài)相對定位等。

靜態(tài)相對定位:采用兩臺或兩臺以上接收設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個端點，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，每時段45 min至2 h或更多。靜態(tài)相對定位精度可達到5 mm+1 ppm·D，(D為基線長度，單位km。1 ppm·D是指當距離為1 km的時候，比例誤差為1 mm)。作業(yè)布置見圖3。

快速靜態(tài):相對定位在測區(qū)中部選擇一個基準站，并安置一臺接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另一臺接收機依次到各點流動設(shè)站，每點觀測數(shù)分鐘。快速靜態(tài)相對定位流動站相對于基準站的基線中誤差為5 mm±1 ppm·D。作業(yè)布置見圖4。

準動態(tài)相對定位:在測區(qū)選擇一個基準點，安置接收機工連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;將另一臺流動接收機先置于1號站(如圖5)觀測;在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動接收機分別在2，3，4……各點觀測數(shù)秒鐘。準動態(tài)相對定位基線的中誤差約為1～2 cm。

動態(tài)定位:建立一個基準點安置接收機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;流動接收機先在出發(fā)點上靜態(tài)觀測數(shù)分鐘;然后流動接收機從出發(fā)點開始連續(xù)運動;按指定的時間間隔自動運動載體的實時位置。動態(tài)相對定位相對于基準點的瞬時點位精度1～2 cm。

2.3 地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)

地理信息系統(tǒng)是在計算機軟硬件支持下，對地理環(huán)境諸要素進行采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計算機系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是以數(shù)字地圖作為主要的平臺，在數(shù)字地圖中包含了豐富的基礎(chǔ)地理信息，空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟件相區(qū)別的主要特征。高效的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力使GIS在環(huán)境監(jiān)測、資源管理、城市區(qū)域規(guī)劃設(shè)計等各個行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。受傳統(tǒng)測圖方法的限制，地形圖的獲取成為GIS發(fā)展的瓶頸。如果能將攝影測量和遙感技術(shù)與GIS結(jié)合展現(xiàn)在用戶眼前的就是一個既具有豐富基礎(chǔ)地理信息，又能夠體現(xiàn)最新的地物地貌的設(shè)計平臺。

確定輸電線路路徑的工作主要包括進行GIS數(shù)據(jù)庫建立、地形DEM建立，DEM坡度分析、地表形態(tài)分類、確定線路走向等;以起始點開始，在線桿的檔距范圍內(nèi)，搜尋地形符合要求的區(qū)域;與GIS數(shù)據(jù)庫信息對比，排除因已有建筑或地質(zhì)條件不符合等情況的備選位置區(qū)域;分析剩余區(qū)域在輸電線路規(guī)程或施工方便性的可行性水平，得到最佳點;依次對其他點進行分析，得最優(yōu)路徑。確定最佳路徑位置的過程見圖6［5］。

圖6 確定最佳路徑位置的過程

3 結(jié)束語

輸電線路路徑選擇是一項復(fù)雜的工作，社會的、經(jīng)濟的、環(huán)境的以及自然的因素等都對其有重要影響。采用傳統(tǒng)的方法進行選線往往花費大量的時間、人力、物力，效果還不理想。應(yīng)用3S技術(shù)結(jié)合不僅可以提高工作效率而且由于利用了現(xiàn)勢性較強的遙感影像作為空間數(shù)據(jù)源，還可以大大提高選線的質(zhì)量。由此可見利用3S技術(shù)結(jié)合進行選線是輸電線路設(shè)計的發(fā)展方向。

［1］高首都，李珂.遙感三維可視化技術(shù)在輸電線路選線中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2010，8(5):19-20，23.

［2］李少龍.高分辨率遙感影像在輸電線路選線中的應(yīng)用［J］.山西電力，2009(增1):91-93.

［3］羅相濤.3S技術(shù)新發(fā)展及其在輸電線路選線工程中的應(yīng)用［J］.科技咨詢導(dǎo)報，2007(7):34-36.

［4］曹軍，覃杰，萬芳，馬衛(wèi)方.基于3S技術(shù)的貴州電網(wǎng)輸電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)［J］.啟明星辰，2008，6(8):83-86.

［5］黃維，楊武年.空間分析在電力GIS中的應(yīng)用［J］.科技咨詢，2010(11):143-144.