基于全息數(shù)據(jù)的輸電智慧設計方法研究與應用

袁敬中，謝景海，郭 嘉，盧詩華，蘇東禹，孫 密，呂 科

(國網冀北電力有限公司經濟技術研究院，北京 100038)

0 引言

電網設計技術歷經幾十年的發(fā)展和演變，從傳統(tǒng)的手工繪制、計算機兩維輔助設計，到目前已經發(fā)展到了數(shù)字化三維設計。隨著新技術的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)、海拉瓦全數(shù)字化攝影系統(tǒng)(Helava)、建筑信息模型(building information model，BIM)以及電網信息模型(grid information model，GIM)等三維設計技術手段成功地應用到電網設計中，基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)的空間位置信息、高清衛(wèi)星攝影圖片以及無人機拍攝的圖片等均成為了電網設計的重要數(shù)據(jù)資源，為電網進一步數(shù)字化、電力物聯(lián)網及新型電力系統(tǒng)建設奠定了良好基礎[1-2]。但是，目前電網設計中的設計方案獲取、比選、校核、決策、判斷和評估等大量復雜工作仍然需要依靠設計人員完成，這不僅需要大量的高級人力資源，而且設計質量仍然主要取決于設計人員的技術水平和經驗。

另一方面，我國電網建設從超高壓時代邁入了特高壓、交直流互聯(lián)等新時代，遠距離送電與城鎮(zhèn)發(fā)展、鄉(xiāng)村振興，電力電子裝備廣泛應用，對電網設計也提出了更高的要求。比如，變電站(包括換流站和開關站)的站址選擇和輸電線路路徑選擇在電網設計中極為重要；但是面對更為復雜的電網建設環(huán)境，兩者都日趨困難。再者，近年來又提出了“三通一標”“兩型一化三新”“標準化設計、工廠化加工、模塊化建設”“機械化施工、流水線作業(yè)”等全新理念，無疑又給電網設計帶來了巨大挑戰(zhàn)。

同時，面對新形勢、新發(fā)展、新要求，國家電網有限公司加速能源互聯(lián)網、數(shù)字電網、電力物聯(lián)網、新型電力系統(tǒng)建設，大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生和人工智能等技術已經發(fā)展到了廣泛應用的歷史階段，而電網設計是一個適合大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和人工智能等新技術廣泛應用的專業(yè)領域。目前，正是將大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和人工智能等新技術引入電網設計的恰當時機。換句話說，提出電網智慧設計的新理念和新方法已經具備基礎技術條件。

因此，如何結合目前電網數(shù)字化三維設計的成功經驗，采用大數(shù)據(jù)、強人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、5G、VR、3DS、云霧邊(端)緣計算、萬物智聯(lián)、鏡像、圖像識別、虛擬成像等先進新技術大幅度提升電網設計工作效率和設計質量，是一個具有重要價值且亟待研究的課題?；谏鲜霰尘埃疚木C合利用多種先進新技術手段，提出基于全息數(shù)字孿生技術，適用于數(shù)字電網建設的輸電智慧設計理念，并開展輸電智慧設計方法研究與應用。

1 輸電智慧設計理念

1.1 智慧設計基本概念

智慧設計，是指根據(jù)應用場景靈活采用大數(shù)據(jù)、強人工智能、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、5G、VR、3DS、云霧邊(端)緣計算、萬物智聯(lián)、鏡像、圖像識別、虛擬成像等新技術手段，具有設計、比對、評估、迭代的質量控制過程和較高自動化程度，能夠滿足技術經濟一體化的全方位數(shù)字化設計方法。

智慧設計是基于設計技術新發(fā)展和設計結果新要求的理念創(chuàng)新，具有高度的獨立設計和整體設計的靈活性，能夠滿足各種復雜條件下的設計要求。智慧設計技術應用在電網線路工程中，就形成輸電智慧設計。輸電智慧設計的功能如圖1所示。

圖1 輸電智慧設計功能

1.2 智慧設計目的

智慧設計目的旨在對工程項目開展精準化、精細化、數(shù)字化、立體化、空間化設計，進一步大幅度提升設計質量和效率，減少人為影響因素，實現(xiàn)精準設計、精細算價，具有高度自動化的思考、推理、自檢、糾錯、評估等智慧功能。

1.3 智慧設計模式

智慧設計模式將充分利用傳統(tǒng)電網設計的可靠經驗和多種先進新技術手段的優(yōu)勢，構建具有良好適應性、靈活性和學習性的電網設計高度自動化、數(shù)字化智慧平臺，實現(xiàn)設計階段一體化、技術與經濟一體化、設計和評估(評審)一體化。

1.4 智慧設計方法

在工程項目各個設計階段，基于強人工智能等最新技術融合的智慧設計系統(tǒng)，在各個階段采用設計、比對、評估、優(yōu)化多步多次迭代，獲得整體最優(yōu)化設計方案，形成高質量、高水平設計產品。

2 輸電智慧設計關鍵技術

輸電智慧設計作為一種多維度嶄新設計理念，融合了各領域多方面的智能化關鍵技術。多種技術的有效融合促使電網智慧設計從理論走向現(xiàn)實。下面綜合討論電網輸電智慧設計在全息數(shù)據(jù)、強人工智能、區(qū)塊鏈、云霧邊(端)等技術應用方面內容。

2.1 全息數(shù)據(jù)技術

數(shù)據(jù)是開展一切設計工作的基礎。數(shù)據(jù)是全息數(shù)字孿生平臺的核心，是電網智慧設計的基礎。利用數(shù)字孿生和克隆技術，統(tǒng)一標準、統(tǒng)一規(guī)格、統(tǒng)一屬性、統(tǒng)一賦能，融合多源數(shù)據(jù)，構建適用于智慧設計的全息數(shù)字孿生平臺。

基于大數(shù)據(jù)、圖像識別、虛擬成像、數(shù)字孿生等技術，還原現(xiàn)場真實環(huán)境，構建全息數(shù)字孿生平臺，形成虛擬全息空間環(huán)境，重現(xiàn)空間孿生體或克隆體，能夠完成三維虛擬全息環(huán)境的構建。

2.2 強人工智能技術

目前，普遍廣泛采用的人工智能技術是弱人工智能(weak artificial intelligence)，只能解決特定的領域限定問題，完成有限事務，是機械地實現(xiàn)設定的行為，是一種技術工具。強人工智能技術(strong artificial intelligence)，能夠實現(xiàn)類人意識，通過深度學習，具備工程項目設計推理和解決問題的功能。結合強人工智能技術和虛擬三維成像技術，可將衛(wèi)星遙感、航飛、激光點云、海拉瓦、攝像、照相等影像，通過算法還原成真實立體物體，并賦能屬性。在站址選擇、路徑選擇、方案選擇及比選、設備選擇、造價分析等方面，通過模型建立，算法訓練，具備學習、推理、解決問題的能力，實現(xiàn)智慧設計功能。

2.3 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈技術的去中心化、透明性、開放性、可追溯性、不可篡改、隱私匿名、多點共識等這些特征，非常適合應用在電網設計技術和造價中。在電網輸電設計中線路電氣、線路結構、勘測、造價等專業(yè)協(xié)同同步開展設計，有效地保證設計方案的正確性，以及工程項目造價編制和算價的精準。利用區(qū)塊鏈技術，可同步實現(xiàn)設計中各個階段設計、對比、評估、評審等功能。

2.4 云霧邊(端)技術

在電網輸電工程項目設計中，將電氣、絕緣配合、架構承載、土建結構、桿塔結構、導地線選擇等計算融入到設計過程中，隨著設計進程，應用邊緣計算技術，及時開展計算，選擇合適方案、導線、配置、塔型等。評審和審核功能也隨時通過邊緣計算、分析和評估及時完成，實現(xiàn)分步評審和審核功能。

開展電網設計工作的相關數(shù)據(jù)涉及網架、敏感地理位置等敏感保密信息，一般設置在內網，導致設計人員在外現(xiàn)場工作時無法登陸內網，不能開展相關業(yè)務。為了及時有效開展工作，采用鏡像技術，在需要時經授權，把內網相關需要的數(shù)據(jù)鏡像到外網服務器，以加密方式，通過5G或4G技術，在遠端使用終端開展設計工作，實現(xiàn)邊(端)、霧、云設計和計算功能。當設計工作完成之后，及時收回授權，并把最新成果鏡像到內網服務器，保持系統(tǒng)內容及時更新。

冀北經研體系已經建成了“1+7”三維設計平臺，在經研院設置了3臺主服務器，在7家經研所和設計單位設置了7臺輔助服務器。各單位各自完成的設計成果在各自服務器上儲存。主服務器實現(xiàn)云計算功能，輔助服務器實現(xiàn)霧計算功能，操作終端實現(xiàn)邊(端)計算功能。

2.5 虛擬VR技術

虛擬VR技術應用到電網設計將是一項全新的實用技術，包括計算機、電子信息、仿真技術于一體，計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。采用AI+3D+虛擬VR技術，可以實現(xiàn)身臨其境，處于物體空間內開展立體設計狀態(tài)，更加直觀、精準、真實地開展設計。與無人機結合，實時成像，坐在辦公室也可以開展現(xiàn)場設計工作，可以實現(xiàn)遠程同步設計功能。

2.6 智慧知識庫構建

結合國家、行業(yè)、國網公司、冀北公司等設計標準和規(guī)范，在“三通一標”“兩型三新一化”、專家設計經驗等基礎上建立具有自學習、自推理、自豐富、自診斷、自積累等功能的智慧專家?guī)?。智慧專家?guī)鞈獦藴式y(tǒng)一、規(guī)范統(tǒng)一、賦能統(tǒng)一、使用統(tǒng)一、維護統(tǒng)一，做到從規(guī)劃設計、采購制造、建設運維全生命周期貫通統(tǒng)一，虛體和實體一致。智慧專家?guī)彀ǔＳ猛ㄓ迷O計庫、主接線庫、設備庫、導線材料庫、建筑物庫、構筑物庫、線路基礎庫，以及策略庫、規(guī)則庫、經驗庫等，這些庫用于智慧選擇、判斷、比對及優(yōu)化等應用。

2.7 萬物智聯(lián)技術

基于物聯(lián)網思維，全生命周期理念，建立電網統(tǒng)一識別碼體系。將電網設備、材料、建筑物、構筑物、鐵塔、導線、金具等等，任何一個可獨立元件或單元，從規(guī)劃設計開始統(tǒng)一編碼(GID碼)，并進一步賦能，將相關特性和屬性等標注，成為一個智慧單元或元件，全部單元或元件全感知、智能、智慧，實現(xiàn)萬物智聯(lián)。工程建設時也同樣，每個環(huán)節(jié)每個部件也能全感知，實時跟蹤，狀態(tài)感知。建成后，便形成了一個設計產品的孿生體，可以用于運行、維護、全生命周期有效健康管理。

3 輸電智慧設計總體方案

輸電線路智慧設計，是在傳統(tǒng)設計技術基礎上，以全息平臺提供的地理信息數(shù)據(jù)為支撐，結合三維技術、人工智能技術、大數(shù)據(jù)技術，從路徑選擇、電氣設計、結構設計、造價分析等各個環(huán)節(jié)開展研究，實現(xiàn)輸電設計流程的全面智能化、設計與技術技經一體化，并形成相應的系統(tǒng)成果?？傮w方案流程如圖2所示。

圖2 輸電智慧設計總體方案流程圖

3.1 智慧設計基礎數(shù)據(jù)構建

3.1.1 全息環(huán)境構建

在工程項目中，可以使用三維場景構建技術，在全息平臺上合成三維環(huán)境影像，構建三維虛擬環(huán)境，用于智慧輸電線路設計與建設。三維虛擬環(huán)境場景構建的重點包括：

1)通過調查和研究，了解目前國內外電網、地質、航天、交通等行業(yè)衛(wèi)星圖片、航空圖片等內容，獲取相關有效數(shù)據(jù)信息，為構建三維虛擬場景提供數(shù)據(jù)準備。

2)研究國內外各主流GIS平臺及所支持的地理信息數(shù)據(jù)格式，通過對不同數(shù)據(jù)格式的分析及對比建立符合項目要求的數(shù)據(jù)組織結構和算法。

3)研究矢量地形圖數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)融合方法，將不同比例尺地形圖疊加到三維數(shù)字化路徑選擇場景并實現(xiàn)快速切換。

4)研究河道、路網、礦區(qū)等專題圖數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)融合方法。數(shù)據(jù)融合成果將為路徑選擇提供優(yōu)化依據(jù),方便設計人員對設計施工過程中運輸費用進行綜合考慮，得出最優(yōu)路徑結果。

3.1.2 數(shù)據(jù)種植和處理

通過數(shù)字孿生和克隆技術將相關數(shù)據(jù)種植到平臺上，經過處理和清洗，形成立體全息可使用的熟數(shù)據(jù)(cooked data)。

需要種植電網工程設計相關的數(shù)據(jù)主要分四類：地理信息、地上物、地下物以及數(shù)據(jù)虛物體(孿體)；其中地理信息包括地形、地貌、高程信息、公路鐵路等基本信息；地上物包含電力桿塔、樹木、構筑物等物體；地下物包含礦產、地層結構、地下管道等；數(shù)據(jù)虛物體主要包括設計所需的規(guī)程、規(guī)范、模型及政府文件，在此基礎上，判別該區(qū)域的屬性所劃分的區(qū)域，即規(guī)劃區(qū)、文物保護區(qū)、自然保護區(qū)等，即為屬性判別區(qū)域。

考慮有效使用，將數(shù)據(jù)屬性定義分成紅區(qū)、黃區(qū)、綠區(qū)、灰區(qū)四類區(qū)。紅區(qū)：工程設計選址選線過程中必須避讓的區(qū)域；黃區(qū)：工程設計選址選線過程中需要付出直接或間接代價的區(qū)域；綠區(qū)：工程設計選址選線過程中可無代價經過的區(qū)域；灰區(qū)：工程設計選址選線過程中存在潛在風險的區(qū)域，可隨實際情況轉化成為其他類型區(qū)域。

利用數(shù)字孿生技術，通過數(shù)據(jù)種植、清洗、煎熟，形成獲得立體全方位空間熟數(shù)據(jù)，適用于強人工智能算法使用。

3.1.3 多元數(shù)據(jù)融合

在設計平臺的構建中，需要融合包括結構化數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)源。利用大數(shù)據(jù)、圖像識別、虛擬成像等技術進行處理分析。通過分析國內外主流GIS平臺及三維設計技術的應用情況，研究、融合并管理各類新型測繪數(shù)據(jù)和工測數(shù)據(jù)。

構建的全息數(shù)字孿生平臺是實物空間的孿生體。在全息數(shù)字孿生平臺上，結合模塊化設計，通過數(shù)字孿生、克隆技術生成實際物體孿生體；同時也可以開展全過程設計、模擬施工、運維等。每個獨立模件是一個感知體，具有電網識別碼(grid ID，簡稱GID)，全生命周期有效。

現(xiàn)場空間孿生體，經過設計、加載、加工變成設計產品(可研、初設、施工圖、竣工圖)，就是設計孿生體；再經過建造變成實物孿生體(電網)，設計孿生體和實物孿生體是一對一模一樣的孿生體。

采用這個孿生體可以建設孿生變電站、孿生輸電線路，形成數(shù)字孿生電網。在數(shù)字孿生電網上可以開展實物電網上所有的一切工作，可以提前分析、預判、診斷等，用于指導實物電網運行、控制、維護、仿真等健康管理。

3.2 輸電線路路徑智慧選擇

輸電線路路徑選擇的傳統(tǒng)方法是：首先在紙質或掃描地形圖上進行路徑方案初步確定，然后進行現(xiàn)場踏勘測量，發(fā)現(xiàn)問題再對路徑初選方案進行修改。這種工作方式存在以下缺點：敏感數(shù)據(jù)的獲取、管理、保密等工作耗時費力；地形圖的精度低，導致現(xiàn)場勘測的次數(shù)增加；傳統(tǒng)地形圖直觀性差，不利于線路路徑方案的合理性判斷；已完成工程資料數(shù)據(jù)電子化轉換困難，數(shù)據(jù)復用性差。且時間長，效率低，不精準。

因此，提出融合海拉瓦技術、GIS技術和人工智能等先進技術的“智慧路徑選擇”方法?！爸腔勐窂竭x擇”的優(yōu)點主要體現(xiàn)在三個方面：其一，“智慧路徑選擇”由計算機完全替代人工，可以根據(jù)相應的約束條件及多種高級綜合算法進行自動尋優(yōu)，選擇最優(yōu)線路路徑，使設計效率大為提高。其二，“智慧路徑選擇”可針對不同地域的地形特點和地形細節(jié)，結合豐富的經驗自動做出最佳的選擇，提高輸電線路路徑選擇的技術水準、成果質量和方案的可實施性。其三，“智慧路徑選擇”能有效利用海拉瓦和航空影像等先進測繪技術所獲取的高質量數(shù)據(jù)，提高設計準確性。

為了突破輸電線路路徑選擇及優(yōu)化的難點，需要用地理信息數(shù)據(jù)構建三維場景。同時，應充分考慮地形圖數(shù)據(jù)在輸電線路路徑選擇工作中的意義和作用，通過融合多種數(shù)據(jù)源以確保三維場景的真實性和準確性。構建適用于輸電線路路徑選擇的三維化仿真場景，應將各種比例尺的地形圖數(shù)據(jù)與地理信息基礎數(shù)據(jù)相結合，并支持多種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)格式，包括測量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星圖片、航拍圖片、激光雷達點云數(shù)據(jù)等。圖3給出的是融合多種數(shù)據(jù)的輸電線路設計的三維展示界面?；谳旊娭腔墼O計的輸電線路路徑選擇過程中采用先進的大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)融合，為后續(xù)構建適用于輸電線路路徑選擇的三維化仿真場景提供真實準確的數(shù)據(jù)。

圖3 輸電線路設計三維展示界面

在輸電線路路徑方案的選擇中，同時需要綜合考慮拆遷量、砍伐量和施工運輸?shù)雀鞣N影響工程造價和線路路徑質量的因素。因此，輸電線路路徑選擇平臺應能夠支持矢量地理信息圖層數(shù)據(jù)的疊加，并能夠結合影像、地形圖、專題圖以優(yōu)化線路走廊。為了最大程度地優(yōu)化線路走廊，往往需要進行桿塔預排位和計算預排位方案的工程造價，為線路路徑方案優(yōu)化提供依據(jù)。圖4給出了考慮拆遷量的設計界面，而圖5給出了考慮砍伐量和施工條件的設計界面。應用大數(shù)據(jù)技術與人工智能技術，在桿塔預排位、計算預排位方案工程造價、計算綜合考慮各種影響因素后的工程造價等過程中，可實現(xiàn)平臺自主智能計算輸出工程造價等相關計算量結果，能夠實現(xiàn)快速高效且優(yōu)質地獲得線路路徑優(yōu)化方案的依據(jù)，為后續(xù)獲取線路最優(yōu)路徑創(chuàng)造有利的基礎條件。

圖4 考慮拆遷量的設計界面

圖5 考慮砍伐量和施工條件的設計界面

在最優(yōu)路徑算法方面，首先要建立適合于輸電線路的路徑選擇算法，采用逐次逼近法，空間投資價值最優(yōu)原則[3-4]，分別按照粗選、細選、精選三步驟，逐次推進可研、初設、施設各個階段的路徑選取。粗選路徑需要考慮的關鍵指標策略是線路長度、曲折系數(shù)、轉角度數(shù)、避讓紅區(qū)、居民區(qū)、經濟林、礦區(qū)等；細選路徑需要增加考慮的關鍵指標策略有地形坡度、冰風舞雷區(qū)、采空區(qū)、跨越、河流、道路、邊坡、臨近線路、農田、轉角個數(shù)等；精選路徑需要再增加考慮的關鍵指標策略是塔位、斷面、交通、低地等。智慧路徑選擇界面如圖6所示。

圖6 智慧路徑選擇界面

通過采用大數(shù)據(jù)技術與人工智能等先進技術對現(xiàn)有地理數(shù)據(jù)進行收集和處理，建立一個統(tǒng)一高效的仿真地理環(huán)境，在此環(huán)境中實現(xiàn)自主智慧路徑規(guī)劃，數(shù)據(jù)管理，資料提取等工作，其中數(shù)據(jù)由統(tǒng)一服務器進行管理?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)的數(shù)字化、智能化線路路徑選擇及優(yōu)化方案，能便捷高效地改進線路路徑設計質量，提高輸電線路規(guī)劃設計的智能化水平，減少工程費用。

此外，還需進行路徑輔助設計及優(yōu)化，通過采用人工智能等先進技術突破快速材料統(tǒng)計及造價分析、智能交互路徑選擇等相關技術難點，也可通過人工干預與計算機設計相結合進一步提高路徑設計質量。

3.3 輸電線路本體智慧設計

輸電線路設計模型，需要考慮多種氣象條件下的模型形態(tài)及空間距離，在矢量模型建立時應結合大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術，采用參數(shù)化方式進行建模，確保建模工作不增加設計人員工作負擔，同時又能夠針對模型進行各種電氣計算，實現(xiàn)矢量模型的自主智能建立與矢量化電氣量自主智能計算過程。

輸電線路本體智慧設計，主要包含以下內容：根據(jù)系統(tǒng)條件及要求合理選擇導線，設置絕緣配合(圖7)，完成桿塔規(guī)劃及排列(圖8)，優(yōu)化基礎選擇(圖9)，形成三維設計成果，一鍵輸出成品。

圖7 智慧絕緣配合設計

圖8 智慧桿塔規(guī)劃設計

圖9 智慧基礎設計

3.4 技術與經濟一體化及造價分析

在工程項目本體設計完成之后，包括方案、可研、初設、施設、竣工等階段，系統(tǒng)自動獲取設備、材料等價格信息，自動套取定額，編制完成估算、概算、預算、工程量清單等；同時，同步完成造價分析，實現(xiàn)設計技經與分析一體化貫通。電網設計方案關系著電網的建設質量、建設全過程和投資效益，起著非常關鍵的作用。智慧設計相關技術的廣泛應用及研究，大大提高了電網設計質量和水平，使建設未來數(shù)字電網、智慧電網及新型電力系統(tǒng)成為了可能[5]。

4 輸電智慧設計平臺

隨著電網多維度智慧設計技術、人工智能技術不斷發(fā)展，輸變電工程設計未來將更加廣泛的采用“人工智能”“專家系統(tǒng)”“智慧路徑選擇”“動態(tài)規(guī)劃”、GIS、GIM、BIM大數(shù)據(jù)、虛擬合成成像、圖像識別處理等新技術。構建實用化電網設計平臺，將“電網智慧設計”理念落地化，能夠推動電網設計理念的發(fā)展，全面提升工程項目設計質量和水平。

基于新技術融合的全息數(shù)字孿生電網智慧設計平臺，具有構建真實虛擬空間的功能，可以完成可研、初設、施設等各個階段的智慧設計任務，能夠貫穿于整個電網設計過程。智慧設計成果可以實現(xiàn)全電子化移交，使數(shù)據(jù)服務與數(shù)字化智慧電網建設和運行?；趶娙斯ぶ悄艿刃录夹g的電網智慧設計平臺的構建流程如下：

1)構建完整地理信息

利用現(xiàn)有衛(wèi)星、照相、移動測量、地下探測等綜合技術，采集工程區(qū)域內相關變電站站址、線路路徑等高清晰度立體地理信息。同時，可通過移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲取站址、路徑附近詳細地理信息，彌補宏觀信息不足的缺點，從而建立出區(qū)域內完整全面的地理信息庫。

2)構建全息數(shù)字孿生平臺

通過結合地理信息處理技術和三維仿真技術等先進技術，在地理信息庫上附加地上物、地下物、礦藏、鐵路、公路、電力線等全部關鍵信息，進行數(shù)據(jù)賦能，形成全息空間數(shù)據(jù)，從而建立完整立體的多維度全息數(shù)據(jù)平臺，用以適應智慧規(guī)劃設計的需要。

3)構建基于強人工智能的專家系統(tǒng)

結合建立的智慧知識庫，構建可視化的輸變電智慧選線平臺。輸變電智慧選線平臺是人工智能專家系統(tǒng)的支撐核心，利用該平臺進行線路智能化路徑選擇，能夠更好地解決現(xiàn)有專家系統(tǒng)存在的問題。該平臺具有以下優(yōu)點：一是采用獨立的地理信息構建系統(tǒng)，可以高效真實地還原現(xiàn)場地形、地貌場景，減少路徑選擇過程中不確定的因素，從而減少設計人員現(xiàn)場勘查的次數(shù)；二是可以對路徑的選擇進行智能規(guī)劃，輸入限定的邊界條件后該平臺將給出數(shù)條智能路徑選擇結果，并實時顯示設計路徑的平斷面等重要數(shù)據(jù)，為設計人員提供多種路徑選擇方案建議，有助于提高路徑選擇的質量和效率；三是支持衛(wèi)片、航片、電子地形圖、掃描地形圖、激光點云、傾斜攝影測量、虛擬成像等測繪數(shù)據(jù)導入，有助于提高路徑選擇初期數(shù)據(jù)準備的便利性。平臺對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，并對敏感數(shù)據(jù)進行加密存儲，以滿足設計人員對不同數(shù)據(jù)的管理需求；四是對已經設計完成的工程進行顯示存檔，提供對相關歷史數(shù)據(jù)的自助提取服務。系統(tǒng)與目前市場上的主流設計軟件應有效兼容。

通過人工智能專家系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對線路路徑的智能化、智慧化、合理化選取，從而實現(xiàn)對工程線路路徑規(guī)劃設計過程的進一步優(yōu)化。

4)構建多維度智慧設計系統(tǒng)及設計平臺

未來的設計概念，就是在同一平臺上進行云霧邊(端)設計。從設計開始，對電網每個元件進行編碼，形成電網中統(tǒng)一、編號唯一的代碼，用于電力物聯(lián)網基礎構建。多維度智慧設計是指在上下左右前后的多維度空間上[5]，實現(xiàn)立體旋轉設計，通過引入時間變量以實現(xiàn)多維度設計的理念。線路工程在確定起止點，以及邊界條件后，系統(tǒng)自動完成輸電線路路徑選擇、桿塔選擇、導線選擇等，智慧自動設計并生成出滿足要求的推薦方案，便于設計人員選擇；同時，與工程設計相關圖紙、數(shù)據(jù)、工程量、估算、概算、預算等全部信息量也自動生成，以供設計人員自動調?。粚崿F(xiàn)立體多維度設計工作，進而形成設計所需的全部信息。如果某一外部條件變化，系統(tǒng)可以隨時修改調整，并重新生成相關信息及方案。

5)設計產品無紙化輸出和移交

智慧設計實現(xiàn)了全過程多維度智慧完整設計，并生成了完整的數(shù)字化成果；同時實現(xiàn)了全設計過程、全信息的無紙化輸出與無紙化提交，這樣可以做到真正意義上的技術、造價(技經)一體化貫通設計。圖10給出了造價部分流程圖。

圖10 造價部分流程圖

未來，結合3D打印技術，可以在工廠或現(xiàn)場自動打印建構筑物，實現(xiàn)全鏈條自動化設計與制造。

6)設計輸出產品合規(guī)性自動檢查

智慧設計平臺集成了電網所有的嚴格策略、規(guī)則、規(guī)范、標準等，設計輸出的產品應該是滿足要求、符合規(guī)則的合格產品，也就自動分步隨時完成了各個階段評審工作，實現(xiàn)自動檢查與評審功能。

5 結語

智慧設計可以實現(xiàn)電網設計的全壽命、全過程融合，從而達到真正意義上的數(shù)字化設計。通過將規(guī)劃、設計、評估、評審、建設、調控、運維等更多功能融入其中，可以把設計平臺打造成一個集電網設計、評審、運維等業(yè)務于一體的綜合服務平臺。隨著先進的測量、強人工智能等技術深度應用于電網設計技術領域，將大大提升設計效率與設計質量，實現(xiàn)電網設計手段革命性改進和創(chuàng)新性發(fā)展，更好地適應對大規(guī)模、高電壓、高水平新型電網建設的需要。電網智慧設計的實現(xiàn)，將有效助力高質量數(shù)字電網及新型電力系統(tǒng)建設。