三維GIS技術(shù)下的輸電線路地理信息系統(tǒng)設(shè)計探究

廖曉蘇

（廣州市電力工程設(shè)計院有限公司，510000）

三維GIS技術(shù)下的輸電線路地理信息系統(tǒng)設(shè)計探究

廖曉蘇

（廣州市電力工程設(shè)計院有限公司，510000）

隨著三維設(shè)計技術(shù)的普及，輸電線路設(shè)計也引入數(shù)字化三維設(shè)計。文章主要論述建立一個以三維地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）為支撐的數(shù)字化設(shè)計平臺，最終實現(xiàn)設(shè)計信息化、軟件集成化、圖紙電子化、管理規(guī)范化，使得設(shè)計成果更加直觀、設(shè)計手段更加先進(jìn)、協(xié)同作業(yè)更加便捷、項目管理更加高效、成果移交更加規(guī)范。滿足電力系統(tǒng)對輸電線路的管理的需求。

GIS技術(shù)；輸電線路；地理信息系統(tǒng)；三維展示

1　構(gòu)建三維輸電線路系統(tǒng)技術(shù)難點

1.1模型復(fù)雜數(shù)據(jù)大

與傳統(tǒng)二維GIS技術(shù)相比，三維的GIS技術(shù)顯得更加的深奧與復(fù)雜，不管是矢量結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)圖，還是柵格結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)圖，想要對復(fù)雜的實際地形進(jìn)行精確的表達(dá)，都需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)計算以及數(shù)據(jù)處理，而在實際的輸電線路系統(tǒng)中，一條完整的輸電線路都特別的長，一般在幾十公里到幾百公里之間，這就使得通過三維GIS技術(shù)構(gòu)建輸電線路系統(tǒng)的數(shù)字地形模型的規(guī)模巨大，加上許多實際的地形問題，比如河流、街道、居民住宅區(qū)等特殊地形模型以及那數(shù)量眾多的輸電設(shè)備模型，從而導(dǎo)致整個三維GIS地形模型場景極其的復(fù)雜，且數(shù)據(jù)量龐大，因此如果沒有一個很好的地形模型數(shù)據(jù)管理模式，系統(tǒng)將很難達(dá)到在互聯(lián)網(wǎng)上交互式顯示的目的，同時顯示效果也會大大降低。

1.2標(biāo)記符號多樣

在以往GIS系統(tǒng)中，一般使用點或是符號之類的標(biāo)記來代表電力設(shè)備，不能夠清楚直觀的表現(xiàn)電力設(shè)備的實際情況，比如桿塔高度、輸電線的長度等實際情況，但是在三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)中就需要對輸電設(shè)備的真實情況進(jìn)行模擬，已達(dá)到與實際輸電設(shè)備情況相同步的水平，因此這將會大大提升電力設(shè)備模型的復(fù)雜程度，使三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)的建設(shè)更為困難，因此必需要選用更加簡單而且高效的電力設(shè)備模型設(shè)計方案，來實現(xiàn)三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)中的電力設(shè)備模型建設(shè)。

1.3數(shù)據(jù)查詢

由于三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)是一個集地理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、地理模型、設(shè)備模型、設(shè)備信息數(shù)據(jù)等眾多數(shù)據(jù)于一體的綜合管理平臺系統(tǒng)，因此如何將如此眾多的數(shù)據(jù)高效的、規(guī)整的結(jié)合在一起，建立起一個整體性的三維模型數(shù)據(jù)庫，以方便相關(guān)的使用人員進(jìn)行快捷的查詢，成了三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)建設(shè)的一大技術(shù)難點。

2　輸電線路系統(tǒng)的設(shè)計

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)的地理數(shù)據(jù)是GIS的“血液”，GIS數(shù)據(jù)的采集獲取在GIS發(fā)展中起著決定性的作用，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，GIS數(shù)據(jù)獲取變的多樣化，其中主要通過以下幾種方式獲取GIS數(shù)據(jù)。1）、航空遙感數(shù)據(jù)采集2）、無人機(jī)數(shù)據(jù)采集。

根據(jù)三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)難點，以及輸電線路管理的基本要求，在參考分析了一些成熟的三維GIS地理信息以及輸電線路管理系統(tǒng)后，對三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計提出了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖，如圖1。因目前還沒有比較成熟的三維空間數(shù)據(jù)庫，因此在三維 GIS地理信息系統(tǒng)中的地形模型數(shù)據(jù)可以與其他的方位信息數(shù)據(jù)以及相關(guān)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分別儲存，同時將除了地形模型數(shù)據(jù)之外的數(shù)據(jù)集中儲存在統(tǒng)一的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，再考慮到系統(tǒng)地形模型的變化主要是地理位置變化 ，因此可以通過為設(shè)備建立起一個三維模型原形庫的方式，在三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)運行時為系統(tǒng)場景中的三維原型模型匹配一個地形模型數(shù)據(jù)，同時再通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫得到相應(yīng)的方位信息 數(shù)據(jù)和設(shè)備信息數(shù)據(jù)，使模型信息可以與數(shù)據(jù)信息緊密的聯(lián)系在一起，從而大大節(jié)約了數(shù)據(jù)儲存的空，同時也能很好的實現(xiàn)交互式查詢的要求。

2.2模型顯示設(shè)計

由于輸電線路的涉及范圍比較廣而且所處的地形也比較復(fù)雜，因此想要很好的表達(dá)相應(yīng)的地形模型需要擁有很好的圖形顯示技術(shù)以及表面建模技術(shù)，因此針對地形模型復(fù)雜的三維GIS地理信息系統(tǒng)，可以采用混合使用不規(guī)則三角形網(wǎng)和方格網(wǎng)的地形模型表達(dá)方法，運用三角形網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以方便、快捷的建立起具有邊界形狀的目標(biāo)模型，同時對于三維地形模型的空間查詢以及查詢結(jié)果分析都很重要，采用碎部等級方法來解決巨大數(shù)據(jù)量情況下的三維地形模型顯示的優(yōu)化方法，可以將復(fù)雜的三維地形模型以不同的畫面質(zhì)量進(jìn)行預(yù)先處理和儲存，再根據(jù)顯示要求的需要進(jìn)行不同質(zhì)量的模型顯示，使觀察點的地形模型顯示質(zhì)量高，使遠(yuǎn)離觀察點的地形模型顯示質(zhì)量低，此方法既可以滿足地形模型顯示質(zhì)量的需要，又能大大減少地形模型顯示時的數(shù)據(jù)處理量，，而且還不會出現(xiàn)地形模型顯示質(zhì)量的耗損，同時對于此種顯示方式還可以從DEM空間數(shù)據(jù)索引方面進(jìn)行優(yōu)化，通過建立不同細(xì)致等級的DEM層次體系，通過層次結(jié)構(gòu)組成來進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)的空間索引，使數(shù)據(jù)能夠快速的存取而且不管數(shù)據(jù)量的大小，使地形模型的顯示具有無縫性，從而保證在同一時刻構(gòu)成地形模型的數(shù)據(jù)為一個恒定值，從而最大限度的提高用戶的交互效率，而且還可以通過對輸電設(shè)備模型的分層管理，使相關(guān)的使用者在進(jìn)行信息查詢時可以根據(jù)查詢要求的不同，來進(jìn)行輸電設(shè)備模型的分層顯示，從而提高系統(tǒng)界面的刷新速度。

2.3模型層次設(shè)計

三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)的模型設(shè)計是一項龐大而且極其復(fù)雜的工作，因為整個三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)它包括有大量的地形模型、設(shè)備模型以及一些特殊模型，單單以設(shè)備模型的角度來講，就包括種類繁多的輸電設(shè)備以及一些組合型的設(shè)備，而且此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜，如果沒有對此類模型設(shè)計良好的層次結(jié)構(gòu)，將會使相應(yīng)的設(shè)備管理人員對設(shè)備的管理工作變得復(fù)雜起來。因此運用對象結(jié)構(gòu)型模式以用樹形結(jié)構(gòu)來表示輸電設(shè)備的層次關(guān)系和相互關(guān)聯(lián)，使得單個設(shè)備和組合型設(shè)備的使用信息具有一致性，從而保證了整個設(shè)備對象的層次清晰，而且可以更加方便地加入新的電力設(shè)備，同時還可以采用模板分離的模式來設(shè)計地形模型的模板，使三維場景中的模型顯示具有鮮明的層次感。

3　案例分析

本文通過對三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)的幾個技術(shù)問題的研究，結(jié)合三維GIS軟件的使用技術(shù)，開發(fā)了一套基于三維GIS技術(shù)的輸電線路管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的區(qū)域范圍大約500平方公里，地表地形模型用數(shù)字地圖生成，并將河流、湖泊、公路、居民區(qū)等特殊地形模型覆蓋在數(shù)字地型模型上，同時該系統(tǒng)在運行初期包含有一條含60多個桿塔的輸電路，并且還可以任意的增加其它的輸電線路，通過實際的應(yīng)用，該系統(tǒng)可以在大部分電腦上實現(xiàn)信息交互功能，如圖2所示，為該三維GIS輸電線路地理信息系統(tǒng)的全景圖。

圖2　

4　結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)信息化高度發(fā)展，智能電網(wǎng)下的全過程信息化電網(wǎng)技術(shù)是“全過程數(shù)字化GIS技術(shù)”演變而來，是在總結(jié)原有海拉瓦技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的深入創(chuàng)新開發(fā)，將測繪科學(xué)、電力勘測設(shè)計、電力基建施工、電力運行管理和計算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科、多專業(yè)的技術(shù)集成，歷經(jīng)十年形成的服務(wù)于電網(wǎng)工程的規(guī)劃、可研、設(shè)計、施工和生產(chǎn)維護(hù)等各階段工作的綜合性平臺，實現(xiàn)了電網(wǎng)建設(shè)的全生命周期管理，使電網(wǎng)建設(shè)變得統(tǒng)一開放、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠。

［1］王學(xué)超.配電自動化中的動態(tài)地理信息系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999.08

［2］孟遂民，李光輝，王正平.輸電線路GIS的總體設(shè)計［N］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報1999.04

［3］朱慶.三維動態(tài)交互式可視化模型［N］.武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，1998.03

Research on the design of transmission line geographic information system under three dimensional GIS Technology

Liao Xiaosu
（Guangzhou Electric Power Engineering Design Institute Co.，Ltd.510000）

With the popularization of 3D design technology，the design of transmission lines is also introduced into the digital 3D design.Creating this paper mainly discusses a on the three dimensional geographic information system，geographic information system，GIS）for the support of digital design platform，the ultimate realization of information design， software integration， drawings electronically，standardized management，the design results more intuitive，design means more advanced，collaborative operation more convenient，project management more efficient，the results of the transfer of more standardized.Meet the demand of power system for the management of transmission line.

GIS technology；transmission line；geographic information system；3D display

圖1