基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路路徑優(yōu)化研究

摘要：在我國(guó)，發(fā)電能源的分布極不平衡，需要進(jìn)行全國(guó)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。在超高壓送電中，線路的路徑優(yōu)化是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，具體是指在線路的起止位置之間選擇一條路徑，滿足國(guó)家建設(shè)的各項(xiàng)方針政策。根據(jù)路徑選擇的原則和特征，給出了基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路徑優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；超高壓送電；線路路徑優(yōu)化

作者簡(jiǎn)介：湯柏濃（1964-），男，廣東江門人，廣東電網(wǎng)公司江門新會(huì)供電局，工程師。（廣東 江門 529100）

中圖分類號(hào)：TM723 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0201-02

對(duì)超高壓輸電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的實(shí)際意義。在此過(guò)程中，要考慮到各個(gè)方面的因素，主要包括本行業(yè)運(yùn)行的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的投資、便于施工和維修。同時(shí)，也應(yīng)該兼顧通信傳輸、工業(yè)施工等行業(yè)的正常運(yùn)行和生產(chǎn)，盡量求得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的雙豐收。傳統(tǒng)的送電線路路徑選擇方法是利用小比例尺的地形圖，但我國(guó)的地形圖測(cè)繪數(shù)據(jù)還是六七十年代的數(shù)據(jù)，早已無(wú)法準(zhǔn)確地顯示當(dāng)前的地形狀況，很難以此選擇較理想的路徑方案。當(dāng)下，GIS技術(shù)的發(fā)展日益成熟，可通過(guò)該技術(shù)獲得影像更加全面的信息，在測(cè)量分析和比較存儲(chǔ)中發(fā)揮著重要作用。在架空輸電線工程中，合理運(yùn)用該技術(shù)，進(jìn)行輸電線路的系統(tǒng)規(guī)劃和路徑方案的優(yōu)化選擇，已經(jīng)成為人們的首選。

一、路徑優(yōu)化的概念

所謂送電線路的路徑優(yōu)化，就是指在能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和各項(xiàng)功能的前提下，選擇一條線路路徑，能夠滿足輸送容量，符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)能夠滿足國(guó)家建設(shè)的各項(xiàng)方針和政策。綜合考慮各種因素，進(jìn)行路徑的優(yōu)化是電力行業(yè)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在操作過(guò)程中，一般是按照線位整體解決的原則進(jìn)行的，由于線路的工程總造價(jià)的高低與線路的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)角有關(guān)，同時(shí)，也與地形、地質(zhì)、水文和桿塔的使用等因素有關(guān)，所以將線位綜合考慮才能真正優(yōu)化解決方案。但是，目前的勘測(cè)水平、技術(shù)水平都有限，該指導(dǎo)原則和指導(dǎo)思想在路徑的選擇上很難得以充分體現(xiàn)，甚至在有些情況下，還需要通過(guò)更改路線來(lái)解決線路的沖突問(wèn)題。

在這種情況下，一門新的學(xué)科，也就是地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，給了人們新的思路，這一系統(tǒng)的普及，使得電力線路的路徑優(yōu)化真正實(shí)現(xiàn)了線位一體。采用GIS技術(shù)進(jìn)行輔助選線，能夠?qū)⒖睖y(cè)設(shè)計(jì)中的各種零散因子緊密結(jié)合起來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)資源合理利用，能夠幫助設(shè)計(jì)人員在眾多的路徑方案中選擇最為合理的路徑，從整體上實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的目的，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

二、路徑選擇的原則

在進(jìn)行路徑選擇時(shí)，要綜合考慮運(yùn)行的安全，經(jīng)濟(jì)合理及便于施工等多種因素，合理的選線方案能夠提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量?！耙跃€為主、線中有位”的選擇原則是指既要兼顧桿位的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，也要重視關(guān)鍵塔位成立的可能性。比較各種因素的過(guò)程中，應(yīng)該遵循一些基本原則。包括：

綜合評(píng)價(jià)。采用GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)三位地形地貌的再現(xiàn)，對(duì)高壓線和房屋，鐵路和高速公路等地物情況有清晰的了解，相比于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，能夠更加宏觀地優(yōu)化線路。對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的因素進(jìn)行綜合考慮，對(duì)不確定因素的干擾應(yīng)該盡量減少。

縮短長(zhǎng)度。在綜合考慮了各種因素的影響下，應(yīng)該盡量選擇路徑折度小的方案，縮短線路的長(zhǎng)度。

減少拆遷。在路徑的優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)該避開(kāi)房屋比較密集的區(qū)域，如果確實(shí)無(wú)法避開(kāi)，則應(yīng)該依據(jù)避重跨輕、避大跨小的原則，設(shè)置相應(yīng)的線路轉(zhuǎn)角，減少拆遷。

多用直線轉(zhuǎn)角，節(jié)約塔材。這個(gè)原則是為了能夠盡量避開(kāi)障礙物，大量減少塔材的使用量，節(jié)約成本。

避讓采石場(chǎng)等工礦設(shè)施。

少占耕地。當(dāng)路徑的通道沒(méi)有受到協(xié)議的限制時(shí)，應(yīng)該盡量繞過(guò)農(nóng)田，選擇荒地、山地走線。

三、路徑優(yōu)化的特征

送電線路路徑優(yōu)化過(guò)程中的一些特征，包括以下幾個(gè)方面：

1.多元綜合性

眾所周知，超高壓輸電線的路徑特別長(zhǎng)，跨越的空間距離超過(guò)了縣、市，有的甚至跨越了幾個(gè)省份。地區(qū)多，分布面積廣，造成了復(fù)雜的地理?xiàng)l件，包括軍事管理區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、丘陵、平地、有公路、鐵路、電力線、通訊線、居民區(qū)等等；同時(shí)，地理空間也會(huì)對(duì)線路和桿塔的設(shè)計(jì)帶來(lái)影響。因此，在進(jìn)行路徑選擇時(shí)，應(yīng)考慮到國(guó)家的建設(shè)方針以及技術(shù)政策，在操作中，可以初步選擇幾套備用方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的勘測(cè)和詳細(xì)的實(shí)地研究，從中選擇出一個(gè)相對(duì)合理的方案。

2.空間地域性

采用GIS技術(shù)，做到真正意義上的線位一體。GIS技術(shù)具有強(qiáng)大的空間分析能力，它能夠幫助人們進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)地理環(huán)境的觀測(cè)以及認(rèn)識(shí)。

3.政策管理性

在進(jìn)行線路優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)該兼顧到生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，盡量不占用耕地或少占用耕地。在送電線路的發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)該實(shí)施對(duì)環(huán)境有利的措施，保持電力與環(huán)境的同步發(fā)展。

四、基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路徑優(yōu)化的方法

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS）作為計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，包含有信息科學(xué)、空間科學(xué)以及管理科學(xué)等內(nèi)容，緊密結(jié)合了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、屬性數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及空間模型分析技術(shù)等，通過(guò)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備建立系統(tǒng)，進(jìn)行空間和模型的分析，能夠給環(huán)境資源管理，區(qū)域規(guī)劃以及一些重要的管理決策提供有用的信息。它突破了常規(guī)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理理念，同時(shí)進(jìn)行圖形管理和數(shù)據(jù)管理，空間表現(xiàn)力強(qiáng)，因此，在農(nóng)林、水利水電以及交通市政中得到了廣泛的應(yīng)用。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，GIS的應(yīng)用僅僅局限于描述二維空間，基于二維空間分析方法也發(fā)展到了比較成熟的階段，受到計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的限制，GIS在三維空間中的應(yīng)用一直無(wú)法得到突破，同時(shí)，利用二維的方法來(lái)描述三維事物具有很大的局限性，不僅無(wú)法精確地反映出有關(guān)信息，同時(shí)也給分析帶來(lái)了障礙，最終導(dǎo)致三維以及多維空間信息的失效。

ArcGIS內(nèi)部裝有一個(gè)擴(kuò)展模塊3DAnalyst，該模塊能夠?yàn)槿S事物的可視化和分析提供分析功能，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的三維模型，還可以用于交互式地圖的繪制，為地理數(shù)據(jù)的可視化提供途徑。利用ArcGIS，能夠進(jìn)行三維視線的分析，為所需研究的對(duì)象建立表面模型，無(wú)論是二維數(shù)據(jù)還是三維數(shù)據(jù)，都能夠采用三維的形式顯示其屬性值。因此，將其應(yīng)用于超高壓送電線路的路徑優(yōu)化中具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

現(xiàn)舉例說(shuō)明：現(xiàn)要在烏海500kV變電站到烏海北500kV變電站之間進(jìn)行送電線路的路徑優(yōu)化。首先需要制定路徑優(yōu)化的技術(shù)流程，如圖1所示。然后進(jìn)行路徑的優(yōu)化分析：在ArcGIS系統(tǒng)中輸入路徑，對(duì)路徑周圍的地形以及地貌進(jìn)行分析，通過(guò)緩沖、疊置、網(wǎng)絡(luò)以及DEM等的分析以及模擬，采用綜合優(yōu)化法、電子預(yù)排位法等，測(cè)量出一些影響線路的地物與路徑之間的距離，包括電力線、建筑物、通訊線、采石場(chǎng)等等。另外，應(yīng)該將一些陡峭地貌的坡度和對(duì)該地貌的識(shí)別等信息匯集起來(lái)，對(duì)于線路是否跨越了房屋以及這些房屋的屬性等信息也應(yīng)該有所了解。

將GIS系統(tǒng)運(yùn)用于超高壓送電線路的路徑優(yōu)化中，能夠生成精度較高、具有適當(dāng)分辨力的DEM，從而形成了真實(shí)的三維影像圖。在這一影像圖中，地形地貌、地物和植被甚至是房屋的分布和電線的走向等都能夠得到清晰的顯示，從事相關(guān)工作的設(shè)計(jì)人員可以借助這種三維空間中的線路，結(jié)合具體的情況進(jìn)行最優(yōu)路徑的選擇。其中，針對(duì)地形較為復(fù)雜地段的線路跨越問(wèn)題進(jìn)行研究，能夠使得路線的走向更加合理。具體工作包括以下兩個(gè)方面：

第一，在超高壓送電線路的優(yōu)化中，碰到地形較為復(fù)雜的地段，截取其斷面，將其進(jìn)行電子預(yù)排，對(duì)其跨越的可行性進(jìn)行分析。

第二，分析現(xiàn)有的地物是否會(huì)受到線路走廊的影響，繪制以及標(biāo)識(shí)出地物區(qū)域，為跨越性分析提供幫助。

五、結(jié)束語(yǔ)

在架空輸電線工程中，合理地運(yùn)用GIS技術(shù)，進(jìn)行輸電線路的系統(tǒng)規(guī)劃和路徑方案的優(yōu)化選擇，已經(jīng)成為人們的首選。本文基于GIS技術(shù)，根據(jù)路徑選擇的原則和特征，給出了基于GIS技術(shù)的超高壓送電線路徑優(yōu)化的方法，供同行參考。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）