GoodyGIS在電力工程測繪中的應(yīng)用

常紅斌，張 輝

(新疆電力設(shè)計院，新疆 烏魯木齊 830002)

GoodyGIS在電力工程測繪中的應(yīng)用

常紅斌，張 輝

(新疆電力設(shè)計院，新疆 烏魯木齊 830002)

在電廠和輸電線路的可研和初設(shè)階段中，需要測繪人員向設(shè)計專業(yè)人員快速地提供小比例尺地形圖和線路平(斷)面圖作為設(shè)計依據(jù)和參考，而傳統(tǒng)的作業(yè)模式無法滿足上述要求。為此提出運用GoodyGIS軟件提供的免費衛(wèi)星航空影像資源數(shù)據(jù)來快速獲取地形圖、平(斷)面圖的方法和線路路徑優(yōu)化方法以滿足設(shè)計的需求。結(jié)合具體工程實例進行數(shù)據(jù)比較分析，確認方法在電力工程應(yīng)用中的可行性和實用性。

GoodyGIS;廠區(qū)選址;輸電線路;地形圖;平斷面圖

GoodyGIS(谷地地理信息系統(tǒng))是一款基于Google Earth API二次開發(fā)的免費資源地理信息系統(tǒng)軟件，除具有Google Earth所具有的功能外，又增加了谷歌高程數(shù)據(jù)提取、SRTM高程數(shù)據(jù)下載、等高線繪制、地形圖和斷面圖生成、AutoCAD、KML、GPS、Shape和Excel文件導(dǎo)入/導(dǎo)出地球、坐標糾正、地圖疊加等功能。免費影像資源一般公布的是1～3年前的衛(wèi)星和航空影像照片，并和真實的地球物理信息做了匹配，其地形、海拔、經(jīng)緯度信息和GPS輸出的經(jīng)緯度信息完全重合，具有很高的民用價值。衛(wèi)星和航空數(shù)據(jù)來源豐富，全球地貌影像有效分辨率通常為30 m，針對大城市和建筑物區(qū)域能提供分辨率為1 m和0.6 m左右的高精度影像，視角高度約為500 m和350 m[1-2]。

1 選址地形圖、輸電線路平(斷)面圖生成和線路路徑優(yōu)化

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力負荷不斷增大，大型火電廠、水電站、風電場和太陽能等新興能源項目迅速崛起。通常情況下上述項目在報審前都要做可行性研究和廠址、線路的選擇等前期工作，但收集的地形圖往往現(xiàn)時性較差，不能滿足現(xiàn)有工程的需要，而GoodyGIS軟件所提供的影像一般都比較新，能彌補以上不足，可為電力工程的前期工作或精度要求不高的可研和初設(shè)階段提供很好的服務(wù)。

1.1 GoodyGIS軟件在電力行業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢體現(xiàn)[3]

1)節(jié)省購買地形圖和航測的費用，能夠提供免費且現(xiàn)時性好的影像數(shù)據(jù)，能真實、準確反映實際的地形地貌；

2)影像分辨率高，部分地方能達到1 m以內(nèi)，為平面測圖提供保障；

3)絕對高程精度較差，平地誤差約為2 m，平丘誤差約為10 m，山區(qū)誤差約為30 m，但相對精度較好[4]；

4)可以提取片區(qū)所需坐標和高程并生成地形圖，轉(zhuǎn)換成CAD下的DWG格式；

5)增加了輸電線路選線工具，可以沿線路走向提取高程并生成平(斷)面圖；

6)影像圖下載拼接并導(dǎo)出。

1.2 利用GoodyGIS軟件制作地形圖

電廠、灰場、水電站、風電場等選址時一般由測繪人員向設(shè)計方提供小比例尺地形圖，供設(shè)計方對環(huán)評、土方、匯水面積等因素進行綜合性考慮并做出決策，在此階段對地形圖的精度要求一般較低，通常1∶1萬～1∶10萬比例尺地形圖即可滿足設(shè)計要求，此時可直接利用GoodyGIS軟件中的快速生成功能直接生成地形圖[5]。具體步驟見圖1。

圖1 利用GoodyGIS軟件制作地形圖流程

龔明劼等人研究得出的影像空間分辨率R與地圖比例尺(1/M)的關(guān)系，可用式(1)表示[6]。

(1)

式中:L為人眼視覺分辨率，其值可取0.1～0.4 mm。確定不同成圖比例尺的地圖對遙感影像的空間分辨率的要求，見表1。目前電力項目的可研階段所需的比例尺為1∶1萬～1∶10萬，其對應(yīng)的影像空間分辨率為0.5～20 m,故目前GoodyGIS軟件提供的影像地圖完全滿足要求。

表1 比例尺對應(yīng)的影像空間分辨率范圍

衛(wèi)星影像截取時，按影像分辨率的大小分為1～19級，假設(shè)影像質(zhì)量級別為M，根據(jù)PSG：3785投影下的分辨率計算為

(2)

式中：當M=16時，16級別的影像分辨率=2.4 m；當M=18時，18級別的影像分辨率=0.6 m；當成圖精度要求為1∶1萬時，將M設(shè)置為16；當成圖精度要求為1∶5000時，將M設(shè)置為17；當成圖精度要求為1∶2000時，將M設(shè)置為18[7]。

1.3 利用GoodyGIS軟件進行輸電線路選線和高程數(shù)據(jù)自動提取生成平(斷)面圖[8-9]

1)GoodyGIS是以WGS84坐標系統(tǒng)為框架，投影采用墨卡托投影，與GPS基本一致。

首先將設(shè)計方提供的大致轉(zhuǎn)角坐標制作成KML文件，導(dǎo)入到軟件中并用地標進行標注，生成大概路徑，然后在GoodyGIS圖上進行影像判別，對沿線的村莊、林帶、道路、建筑、河流湖泊、具有地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域和具有規(guī)劃區(qū)、軍事區(qū)等特殊點位進行避讓，并充分考慮已有線路的走向和分布、電廠位置等因素進行線路優(yōu)化的逐段調(diào)整，對影像不清楚的地方或有疑問的地方可以到實地進行踏勘比較，直到方案確定。

2)將最終確定的路徑連接成整條線段，利用GoodyGIS軟件里的輸電線路選線功能進行線段選取，設(shè)置采樣間隔，提取高程數(shù)據(jù)并生成平(斷)面圖，輸出所需坐標系統(tǒng)的坐標成果信息。

3)將生成的平(斷)面圖利用相關(guān)軟件轉(zhuǎn)換成ORG文件，再導(dǎo)入到道亨SLW軟件中生成平(斷)面圖進行預(yù)排桿塔位，設(shè)計方根據(jù)排位成果可以進行各種材料的統(tǒng)計和計算，與傳統(tǒng)的作業(yè)方法相比，測量和設(shè)計人員可以通過GoodyGIS軟件將線路沿線的大致地形地貌很形象、直觀地反映在大腦里，可以進行快速的查詢?yōu)g覽和調(diào)整路徑，提高選線工作效率，減輕外業(yè)人員的勞動強度，縮短工期。

2 工程應(yīng)用

2.1 地形圖生成應(yīng)用

2.1.1 風電場測區(qū)概況

地形圖生成應(yīng)用以新疆木壘風電場為例，測區(qū)為丘陵地帶，以戈壁為主，中間部分有山體，高差總體起伏不大，測區(qū)面積約為16 km2，施工圖階段要求測圖比例為1∶2000，為說明GoodyGIS軟件的實用性，筆者用該軟件制作了1∶2000的地形圖，并對兩者進行比較。

2.1.2 地形圖制作

將測區(qū)的4個角點WGS84坐標制作成KML文件，按多邊形形式導(dǎo)入到GoodyGIS軟件中，在軟件中應(yīng)用等高線繪制功能，對各種參數(shù)進行設(shè)置(等高距、采樣間隔、線寬、注記等)，本測區(qū)共在三維顯示界面中提取6865個點的高程，所需時間約為10 s，生成的地形圖可以在GoodyGIS軟件中直觀地感受到，還可以旋轉(zhuǎn)地圖將等高線套合在地面上，形象逼真，最后將生成的帶有等高線的地形圖輸出到CAD格式下，生成的地形圖效果見圖2。

圖2 GoodyGIS軟件自動成圖

2.1.3 地形圖數(shù)據(jù)比較分析

將轉(zhuǎn)換到CAD下的圖與實測地形圖進行比較，其結(jié)果顯示雖然生成的地圖成果高程絕對值存在6 m左右的差異，但其屬于系統(tǒng)差值，用軟件提取高程生成的地形變化大體趨勢與實測地形趨勢基本一致，而且兩圖內(nèi)的地形相對高差也基本一致，如果將GoodyGIS軟件自動生成的地形圖高程整體提高6 m,則兩圖內(nèi)的同一山頭、谷地等有代表性的地形高程值基本一致，誤差約1 m左右,這是以施工圖階段地形圖做的實驗比較結(jié)果。在可研和初設(shè)階段用此軟件生成的地形圖對各種場址選址、方案比較、大致估算各種工作量等是完全可以滿足可研和初設(shè)階段設(shè)計精度要求的。GoodyGIS軟件生成的地形圖見圖3，實測地形圖見圖4。

圖3 GoodyGIS軟件生成的地形圖

圖4 實測地形圖

2.2 輸電線路選線和平斷面圖生成應(yīng)用

2.2.1 輸電線路沿線概況

工程實例以新疆伊犁220 kV輸電線路為例，線路全長約120 km，地形以山區(qū)和丘陵為主，高差總體起伏較大，按常規(guī)工測的方式選線和定線難度都非常大。所以工程從可研開始利用GoodyGIS軟件進行總體規(guī)劃選線，初設(shè)階段又利用GoodyGIS軟件對路線進行優(yōu)化設(shè)計，并在現(xiàn)場進行實地踏勘比較，總體感覺對工程幫助非常大，目前階段,220 kV以下的輸電線路工程都以此方法為主。

2.2.2 輸電線路選線和平斷面圖生成

可研階段選線時一般是將線路兩端點直接連線，然后按大的設(shè)計原則在直線上增設(shè)轉(zhuǎn)角，避開城鎮(zhèn)、礦區(qū)、湖泊等因素，制定大的線路方案。初設(shè)階段選線時，根據(jù)可研設(shè)計階段擬定的線路方案將轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)制作成KML文件，導(dǎo)入到GoodyGIS軟件中，然后在影像圖上按設(shè)計原則將影響線路走向的各種地物和不利的地質(zhì)災(zāi)害進行避讓，不清楚的地方到實地進行核實，對線路進行整體規(guī)劃，局部調(diào)整，細節(jié)優(yōu)化，最終選定一條比較理想的線路路徑。利用軟件上自帶的線路斷面提取功能選擇線段，進行參數(shù)設(shè)置，平地一般步長取30 m，丘陵取10～15 m，山區(qū)取5～10 m，截取的數(shù)據(jù)相對誤差較小，因為線路設(shè)計主要考慮的是相臨點間的高差和檔距。生成的平斷面數(shù)據(jù)和圖形可以經(jīng)軟件進行自動數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換，成為電力之星所用的格式，再轉(zhuǎn)換成SLW所需的格式并導(dǎo)入道亨軟件后進行自動成圖，最后提交給設(shè)計專業(yè)人員進行桿塔位預(yù)排和各種材料、工作量的統(tǒng)計。

2.2.3 終勘定位數(shù)據(jù)比較

施工圖階段用工測或航測方法進行平斷面測量成圖，定位后再對平斷面圖進行修正和整理，本文取J8-J10段的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)比較。GoodyGIS軟件生成的平斷面圖見圖5，施工圖階段實測的平斷面圖見圖6。

圖5 GoodyGIS軟件自動生成平斷面圖

圖6 實測數(shù)據(jù)生成平斷面圖

兩圖對比可以看出，兩張平斷面圖基本一致，反映了線路走向的實地變化情況，兩山頭間或明顯斷面點間高差基本一致，誤差也均在2 m左右，這是基于地表裸漏無植被遮擋的區(qū)域，此方法可以滿足可研和初設(shè)階段的設(shè)計要求。

3 結(jié) 論

根據(jù)以往的案例數(shù)據(jù)對比，可以確定，通過對GoodyGIS軟件提供的免費衛(wèi)星航空影像資源數(shù)據(jù)的充分利用，可以提取區(qū)域和線路的高程信息，生成設(shè)計方所需的地形圖和線路平斷面圖，可以滿足設(shè)計人員對電力項目在可研和初設(shè)階段的要求[10]。

[1]鈄春紅.Google Earth在水利水電中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2011(5):53-55.

[2]竇友平,楊永平.基于Google Earth的電力GIS應(yīng)用[J].云南電力技術(shù)，2010(1):25-28.

[3]王力.淺談Google Earth軟件在高壓送電線路設(shè)計中的應(yīng)用[J].安徽電力，2009(2):52-55.

[4]張學(xué)禮，劉家輝，武學(xué)旭.Google Earth在輸電線路選線中的應(yīng)用[J].電力勘測設(shè)計，2008(4):22-26.

[5]李翔，丁嘉鵬，劉鑫夫.基于Google map API 的Mashup專題地圖的技術(shù)和制作[J].測繪工程，2012,21(6):63-67.

[6]龔明劼，張鷹，張蕓.衛(wèi)星遙感制圖最佳影像空間分辨率與地圖比例尺關(guān)系探討[J].測繪科學(xué)，2009(4):232-234.

[7]劉東，施昆. 利用Google Earth影像輔助大比例尺地形圖測量的方法[J].測繪通報，2013(1):68-69.

[8]劉強. Google Earth在輸電線路設(shè)計中的應(yīng)用[J].紅河水,2011(5):87-89.

[9]王一波，邵偉偉，羅新宇. Google Earth數(shù)據(jù)精度分析及在鐵路選線設(shè)計中的應(yīng)用[J].鐵道勘察, 2010(5):68-71.

[10]胡明剛，李愛民，張春雨,等.Google Earth三維選線技術(shù)在高壓送電線路中的應(yīng)用[J].電力勘測設(shè)計,2010(4):25-28.

[責任編輯：張德福]

Application of GoodyGIS to electric power engineering surveying and mapping

CHANG Hong-bin,ZHANG Hui

(Xinjiang Institute of Electric Power Design, Urumqi 830002，China)

For the transmission line feasibility study and preliminary design stage in the power plant, it often needs that the surveying and mapping personnel quickly and accurately provide the designer with topographic map and circuit of small scale flat section as designing basis and reference, while the traditional operation mode can not meet the above requirements. The rapid acquisition of topographic map, the cross-section diagram and wiring path optimization method are proposed to meet the design need with free satellite aerial image data usin g GoodyGIS software. At the same time, combined the specific project example with the comparative analysis of the data, it confirms the feasibility and practicability of this method in power engineering applications.

GoodyGIS; plant location; high voltage transmission lines; topographic map; cross-section diagram

2014-04-14

常紅斌(1976-),男，工程師.

P208

：A

：1006-7949(2014)08-0073-04