基于三維全景可視化的輸電架空線路選線平臺研究

俞容江++徐強++胡晨剛++陳攀

摘 要：基于輸電線路設計過程中的需求特點，主要介紹三維全景可視化技術在輸電線路路徑選擇中的應用。利用高程數(shù)據(jù)（DEM）、高精度影像數(shù)據(jù)（DOM）、海量數(shù)據(jù)處理技術，構建三維全景可視化的輸電架空線路選線平臺。通過合理的數(shù)據(jù)庫設計，建立設計數(shù)據(jù)、設備模型一體數(shù)據(jù)模型。三維全景可視化選線平臺的軟件功能滿足輸電架空線路設計、規(guī)劃、模擬培訓等業(yè)務功能，同時完成設備空間和屬性信息的維護與查詢。

關鍵詞：輸電架空線路 三維全景可視化 優(yōu)化選線

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0022-02

輸電架空線路設計規(guī)劃的前期主要任務就是線路路徑的優(yōu)化和桿塔模型的選型工作。在以前的工程設計過程中，路徑的優(yōu)化工作主要靠人工決策，桿塔的選型主要根據(jù)以往線路的選型經(jīng)驗，在相應的統(tǒng)計分析基礎上進行。這樣就會有很大的局限性，不能從宏觀上考慮輸電架空線路工程的設計；不能很好地從經(jīng)濟角度進行分析，直觀地進行選線方案的比選；地圖資料陳舊，與實際現(xiàn)場差異很大，不能很好地進行全數(shù)字化表達；不能充分地考慮微地形等因素；針對這些現(xiàn)象，以三維全景可視化技術作為基礎，快速模擬三維線路走廊的地形，同時以高精度的影像數(shù)據(jù)作為基礎，結合電網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)和高程模型，對規(guī)劃重點的地形如河流、房屋、農(nóng)田、道路進行三維立體表達。通過三維全景可視化輸電架空線路選線平臺可以更加直觀真實地處理越來越復雜的三維空間數(shù)據(jù)，提高線路規(guī)劃的準確性。同時，在我國電力行業(yè)率先建立三維全景可視化輸電架空線路平臺，將填補國內相關領域的空白，并且可以與國外的相關技術相抗衡。因此建立全景三維可視化輸電架空線路平臺是進一步提高工作效率、降低成本、發(fā)展技術的新途徑。輸電架空線路規(guī)劃設計可以采用圖1的實現(xiàn)機制。

1 三維線路路徑初選

基于輸電架空線路的基本構建，需要結合可視化場景的相關數(shù)據(jù)構建，注重影像相關數(shù)據(jù)的合理分析，結合高程數(shù)據(jù)的應用，做好輸電架空線路實際專業(yè)性的分析。關于影像數(shù)據(jù)的基本分析，結合航空攝影的基本應用，衛(wèi)星影像全面實現(xiàn)。關于高程數(shù)據(jù)的相關應用和分析，需要結合數(shù)字高程模型，實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的有效性分析和應用，注重地理信息數(shù)據(jù)的根本分析。

三維全景可視化平臺采用虛擬與現(xiàn)實相結合的技術特點，利用高精度的DOM和DEM數(shù)據(jù)，構造成真實的三維場景。操作者可以在三維的空間中管理已經(jīng)生成的輸電電線路、設計新的輸電線路，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況適時調整和優(yōu)化線路路徑選線執(zhí)行方案，快捷地提取路徑斷面供設計進行預排位，同時提供對三維輸電電設備模型的信息查詢、交叉跨越分析等功能，使線路路徑的走向更加經(jīng)濟合理化，其主要功能包括以下幾點。

（1）三維全景可視化場景下的放大、縮小、漫游、飛行瀏覽等基本操作，對可視范圍內的地物、輸電設備進行可視三維化。并且生成桿塔定位圖、斷面圖。

（2）基于三維全景可視化場景下的地形、地貌以及線路的走向，進行線路路徑優(yōu)化設計。其主要表現(xiàn)在：追加新線路、在現(xiàn)有線路上增加桿塔、移動轉角塔、刪除轉角塔、直線塔與轉角塔互換。

（3）在三維場景中加入點、線、面等標識符號，這樣便于在線路優(yōu)化選擇上進行標記。便于對輸電線路路徑選擇進行綜合考慮。

2 氣象資料的分析選取

輸電架空線路優(yōu)化設計過程中對氣象資料的分析選取，一般受限于以下幾個因素。

（1）設計可靠性標準。

（2）氣象原始資料的選取與分析。

（3）資料概率的統(tǒng)計方法。

（4）線路所經(jīng)過地區(qū)的氣象災害調查結果。

（5）氣象環(huán)境的分析，主要針對線路所經(jīng)過區(qū)域的氣象環(huán)境的計算，結合這些數(shù)據(jù)對線路設計進行判定，給出工程可用的氣象信息與路徑規(guī)劃。

3 桿塔排位優(yōu)化

在得到每條線路的斷面數(shù)據(jù)后進行桿塔的排位優(yōu)化。

桿塔規(guī)劃：進行桿塔的排位設計時，要根據(jù)水平檔距、垂直檔距、高程、塔基高度以及桿塔模型等數(shù)據(jù)情況進行排位設計，同時還要考慮對地安全距離以及各種跨越情況對排位設計的影響。

造價分析：對不同的地形、地質條件、線路占地、土方量、工程造價等進行綜合分析，得出實施此條線路的工程費用，并與造價進行比較，從而選出經(jīng)濟合理的輸電架空線路。

4 參數(shù)影響分析

除了地理條件和跨越物對線路設計優(yōu)化的影響外，還要綜合考慮到導線參數(shù)和外界環(huán)境對弧垂的影響。

導線分為架空線和地線兩種，主要的參數(shù)包括導線材質、拉斷力、導線直徑、導線單位長度下的重量、導線彈性系數(shù)、膨脹系數(shù)、運行應力。

外界因素包括天氣環(huán)境、溫度、濕度、覆冰情況、大風條件等。

根據(jù)每段耐張段的設計參數(shù)對伽馬頭的排位影響進行排位與優(yōu)化。

5 樁位成果輸出

通過在斷面圖上的桿塔預排位及其排位優(yōu)化，在三維場景中自動生成排位后桿塔的位置。利用三維的高度真實性，用戶可以從不同位置和不同視角觀測桿塔位置和設計后的線路走向，以便對桿塔排位進行進一步調整和優(yōu)化。根據(jù)排位結果，工程勘測員可以在現(xiàn)場對斷面、桿塔位置進行確認、修正和補測。對桿塔排位進一步優(yōu)化，最終線路設計結果以樁位成果表輸出。

6 弧垂分析以及成果輸出

對于弧垂的分析過程，主要是結合桿塔中間點的相關線路下垂情況，做好有效性的模擬，在電力線路距離地面高度逐漸小于下垂高度的同時，線路直接觸碰地面，往往需要及時調整桿塔的位置，對桿塔密度進行及時的調整，通過合理控制電力線的下垂高度，分析弧垂的功能，結合野外勘測工作，并盡可能降低工作量。輸出數(shù)據(jù)的同時，就要結合桿塔數(shù)據(jù)基本坐標形式，實現(xiàn)信息的有效輸出，并注重屬性數(shù)據(jù)的合理應用，做好數(shù)據(jù)的保存工作，進而實現(xiàn)實地勘測的應用。

7 結語

該文根據(jù)輸電架空線路的設計要求，利用數(shù)字高程模型和影像數(shù)據(jù)，采用高分辨率的影像做為基礎數(shù)據(jù)源，輔以現(xiàn)狀輸電電網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)。結合二維GIS和三維GIS的突出特點，實現(xiàn)對輸電架空線路的線路走廊規(guī)劃和區(qū)域優(yōu)化，為提高輸電線路設計的可行性以及輔助線路設計提供了依據(jù)和參考。

基于三維全景可視化輸電線路路徑選擇平臺能夠將部分路徑優(yōu)化工作提前到規(guī)劃科研階段進行，能夠使路徑走向更加合理，縮短線路路徑，降低投資。高分辨率影像圖對房屋判讀能力良好，配合GPS在外業(yè)現(xiàn)場作業(yè)，對房屋的避讓能夠達到比較好的效果。項目的實施能夠減少房屋拆遷量，減少后續(xù)勘測設計返工現(xiàn)象，減少了工程建設對人民生活造成的不利影響，林地砍伐減少，保護環(huán)境，加快設計進度，能夠比傳統(tǒng)作業(yè)提前工期。系統(tǒng)實施能夠大大減少設計、施工階段的困難，加快工程進度，為線路順利投產(chǎn)運營打下了基礎。

參考文獻

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