GoodyGIS在輸電線路數字化中的應用

GoodyGIS在輸電線路數字化中的應用

□□ 柳艷1，祁曉明2(1.山西職業(yè)技術學院，山西 太原030006；2.中國能源建設集團 山西省電力勘測設計院，山西 太原030001)

摘要：簡要介紹了GoodyGIS和GoodyGIS在輸電線路數字化中的優(yōu)勢。重點討論了GoodyGIS中數字化選線的關鍵環(huán)節(jié)，以長治欣隆電廠至大堡頭220 kV變電站220 kV線路工程為例進行了試驗。

關鍵詞：GoodyGIS；投影參數設置；地形圖繪制；優(yōu)化選線；三維漫游

文章編號：1009-9441(2015)01-0016-03

中圖分類號：P 228.4；TM 752

文獻標識碼：A

Abstract：The author introduces the advantage of GoodyGIS and that of transmission line in digitization.This paper mainly discusses the key step of digital line selection.Besides，taking the 220 kV line project of 220 kV transformer substation from XinLong，Changzhi to Dabutou，Changzhi as an instance，the author conducts an experiment.

作者簡介：柳艷(1984-)，女，山東泰安人，助講，主要從事地質災害研究。

收稿日期：2014-12-24

引言

GoodyGIS(谷地)是一款基于Google Earth(谷歌地球)API開發(fā)的應用軟件。Google Earth將衛(wèi)星數據、航拍數據與地理信息系統(tǒng)相結合后布置在地表的三維模型上，該軟件是由Google公司開發(fā)的一種相當于虛擬的地球儀的軟件，它提供了全球高分辨率的地理數據影像。而GoodyGIS軟件擴展了Google Earth的應用，GoodyGIS不僅具有Google Earth的功能，而且開發(fā)了地形圖生成、高程數據提取、多種格式坐標導入導出以及地圖疊加等多種功能，可應用于科研、工程、規(guī)劃、設計等工作，在測繪、地質、交通、電力、水利、農業(yè)、林業(yè)、能源和旅游等領域應用廣泛。

1輸電線路數字化

隨著信息化浪潮的日益高漲，以數字地球作為支撐的數字電網將縱橫千里的電網濃縮于電腦屏幕上，可以隨時查看輸電線路經過的路徑、地形地貌、山川河流、鐵路公路等。而GoodyGIS平臺則綜合利用遙感、定位、可視化和信息化技術，支撐輸電線路設計和管理等多項工作，是輸電線路數字化的基礎。

輸電線路建設的龍頭是設計，通過數字化設計，可以實現(xiàn)數字化移交，將工程數據信息詳實地提供給電網企業(yè)，服務于各電網企業(yè)的運行維護。本文重點介紹GoodyGIS在數字化設計中的應用。與傳統(tǒng)的設計方法比較，GoodyGIS的優(yōu)勢如下：

(1)GoodyGIS中提供了為電路選線的免費的相關影像數據，從而可以根據輸電線路的起始點確定范圍，為實時開展工作提供了有利條件。

(2)由于影像數據在不斷更新中，所提供的數據具有很強的現(xiàn)勢性，而且由于資源來源于衛(wèi)星數據、航拍數據，所以影像數據的分辨率也較高，可以清晰地分辨出河流、道路和村莊等地物。

(3)該軟件避免了傳統(tǒng)工作中比較常見的地形圖的掃描誤差和拼接誤差，所以精度較高。

(4)三維立體模型加載，GoodyGIS建立了全線桿塔位立體漫游，輸電線路可沿線虛擬三維現(xiàn)實顯示，為勘測設計成果的展示提供了一個直觀的平臺。

2工作流程

GoodyGIS中數字化設計的工作流程包括：確定設計范圍、地形圖的生成、選線及多路徑比選、平斷面圖生成和三維展示等。這里重點討論數字化選線的幾個關鍵步驟：投影參數設置、專題數據疊加、地形圖繪制、優(yōu)化選線、平斷面圖提取和三維漫游。

2.1　投影參數設置

目前，GoodyGIS平臺中采用的是世界WGS-84坐標系，WGS-84坐標系的參考橢球體是WGS-84橢球體，坐標原點位于地球的質心，坐標表示方法為經緯度和高程。而通常工程建設中廣泛采用的大地測量坐標系是北京-54坐標系或西安-80坐標系，坐標表示方法為平面坐標和高程。橢球參數體表見表1。

表1　橢球參數體表

由于橢球參數不同，坐標系不重合，因此需要進行坐標轉換。坐標系的轉換是一個復雜的計算過程，通常采用復雜嚴密的七參數法，根據一個地區(qū)3個以上已知點坐標計算該區(qū)域的7個參數(X平移，Y平移，Z平移，X旋轉，Y旋轉，Z旋轉，尺度變化K)，然后再進行坐標的轉換。

在進行坐標轉換過程中，首先需計算坐標轉換的7個參數值，然后再根據這7個坐標轉換參數來實現(xiàn)坐標的轉換，具體的實現(xiàn)步驟包括以下4步：

(1)將西安-80坐標系或北京-54坐標系通過高斯反算轉成空間大地坐標系統(tǒng)。

(2)將已有的控制點的坐標轉換到空間直角坐標系下。

(3)利用布爾莎模型和最小二乘法計算坐標轉換的7個參數值。

(4)根據布爾莎模型和Ozone算法，將WGS-84坐標系的坐標數據轉換到西安-80坐標系和北京-54坐標系下。

通?？梢酝ㄟ^COORD等軟件求得7個參數，輸入到GoodyGIS平臺中的坐標參數設置?？蓪氲钠矫孀鴺俗詣愚D為經緯度，并自動生成Google Earth中標準的KML文件。

2.2　專題數據疊加

輸電線路縱橫交錯，分布區(qū)域廣泛。沿線會有煤炭采空區(qū)、規(guī)劃區(qū)、保護區(qū)、軍事區(qū)等各種敏感制約點，以及污穢區(qū)、覆冰區(qū)、雷電活動強烈區(qū)和鳥害區(qū)等各種專題數據。可將各種數據生成點、線、面形式的KML文件，通過GoodyGIS平臺的地圖(圖層)疊加功能，導入GoodyGIS平臺生成專題數據層，作為數字化選線的底層平臺。

2.3　地形圖繪制

雖然Google Earth中提供高清晰的平面地理影像數據，但無法直觀地反映地形的高低起伏狀況，并判別各種地物。而GoodyGIS平臺可以輕松、方便、高效地解決這個問題，利用美國太空總署(NASA)和國防部國家測繪局(NIMA)聯(lián)合測量發(fā)布的SRTM數據，運用GoodyGIS平臺的等值(高)繪制功能，通過采樣、內插、平滑生產地形圖。

GoodyGIS平臺的等值(高)繪制功能，可以設置采樣間隔、等高距、注記間隔等，生成不同要求的等高線，并可輸出為CAD可以識別的DXF格式文件。

2.4　優(yōu)化選線

充分利用平臺中的影像、高程和各種專題數據，綜合考慮所有影響線路走廊的因素。結合采空區(qū)、易舞動區(qū)等專題數據，進行合理的路徑避讓；利用GoodyGIS平臺的路線緩沖區(qū)功能生成電力走廊的寬度，結合高分辨率影像，對森林進行合理避讓，以減少砍伐；對村莊合理避讓，以減小拆遷。利用優(yōu)選選線結果并結合現(xiàn)場勘查，對路徑進行調整，確定最終的路徑方案。

2.5　平斷面圖提取

電力選線(道亨斷面)功能可以自動快速生成全線斷面，利用道亨軟件進行排位，統(tǒng)計出全線各種材料量。

2.6　三維漫游

GoodyGIS平臺的電力路線展示功能將線路路徑放在真實的三維場景中，沿線林區(qū)、大型廠礦企業(yè)都清晰可見。而且設計完成后，可將可視化成果移交給基建施工和運行維護單位，從而實現(xiàn)施工和運行過程的可視化管控。一旦發(fā)生自然災害，通過電腦畫面就能及時分析搶修地點的地形地貌和氣候條件，據此快速制定搶修方案，節(jié)省搶修時間。

3工程實例

長治欣隆電廠至大堡頭220 kV變電站220 kV線路工程，線路長度為2×15.8 km，曲折系數為1.173。線路經過地區(qū)以平地和丘陵為主，高差起伏不大。但當地經濟發(fā)展迅速，村礦發(fā)達，電力線路密集，并有晉冀魯豫鐵路和長晉高速公路穿境而過。線路的主要障礙物為沿線多處的炸藥庫和煤礦采空區(qū)。由于全線為煤炭采空區(qū)，為保證電力線路的運行安全，全線采用兩條單回路架設，走廊寬度約60 m。由于擬建線路路徑現(xiàn)狀與1∶50 000地形圖相比差別很大，如按常規(guī)的選線方法外業(yè)工作量將非常大。因此，該工程利用GoodyGIS平臺對輸電線路進行設計。

根據長治欣隆電廠和大堡頭變電站位置坐標生成矩形KML文件，確定成圖范圍，應用等值線繪制功能內插生成等高線生產地形圖。進行路徑方案初選，避讓沿線村鎮(zhèn)、廠礦、炸藥庫等，并選擇合理的跨越鐵路位置。最后通過在現(xiàn)場的實地勘測，影像圖與現(xiàn)場的實際地形情況基本相符。

根據最終路徑方案自動提取平斷面，進行桿塔位預排，并根據排位結果統(tǒng)計工程量。圖1為部分平斷面塔位圖。

圖1　部分平斷面塔位圖

4結語

GoodyGIS平臺可以用于輸電線路的數字化設計，而且數字化設計成果可以實現(xiàn)施工和運行過程的可視化管控，在實際工程中有著顯著的效益和作用。

在經濟效益方面，一是能真實反映工程信息，GoodySIS中的影像符合現(xiàn)實情況，選線方法有利于集約化、節(jié)省化、最優(yōu)化使用自然資源。二是提高了路徑成立的可信度，全面考慮了錯綜復雜的問題，減少了不確定性因素的干擾。三是避讓了村莊、房屋和林區(qū)，有效控制了線路路徑走廊范圍內的清理費用，控制了工程投資。

在工作質量和效率方面，一是更好地優(yōu)化了路徑，縮短了路徑長度，減少了轉角數量和房屋拆遷量。二是改善了工作環(huán)境，把部分野外工作轉移到室內，減少了工作人員進行野外實地勘測的工作量。

參考文獻：

[1] 張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[K].第2版.北京：中國電力出版社，2002.

[2] 盛大凱.輸變電工程數字化設計技術[M].北京：中國電力出版社，2014.

[3] 李少龍.高分辨率遙感影像在輸電線路選線中的應用[J].山西電力，2009(S0)：91-93.

[4] 王解先，王軍，陸彩萍.WGS-84與北京54坐標的轉換問題[J].大地測量與地球動力學，2003，23(3)：70-73.

[5] 李廣俊.三維數字地形圖在電力工程設計中的應用[D].西安：西安科技大學，2010.

[6] 孟遂民，張方崢，尚鵬飛.基于Google Earth的輸電線路選線三維場景研究[J].三峽大學學報：自然科學版，2014(3)：46-49.

Application of GoodyGIS in the Digital Transmission Line

LIU Yan1，QI Xiao-ming2

(1.Shanxi Ploytechnic College，Taiyuan，Shanxi，030006，China；2.Energy China，Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute，Taiyuan，Shanxi，030001，China)

Key words：GoodyGIS；coordinate transformation；geometry registration；selection of transmission line

(編輯盛晉生)

施工技術