基于WebGIS的四川省電網(wǎng)通道與環(huán)境敏感區(qū)“一張圖”管理系統(tǒng)研發(fā)

李金陽, 楊 丹,杜思穎, 侯國彥, 張全明, 羅 毅, 曾文慧，鄒 斌,楊 楠,劉 新

(1.國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，四川 成都 611731；2.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 611731；3.紫光軟件系統(tǒng)有限公司，北京 100084)

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，基建設(shè)施建設(shè)加快推進(jìn)，環(huán)水保問題也日益突出，而生態(tài)敏感區(qū)因其敏感特性成為極易出現(xiàn)環(huán)水保問題的地區(qū)，因此生態(tài)敏感區(qū)也成為環(huán)境保護(hù)和水土保持的重點(diǎn)區(qū)域。輸變電工程是廊道式建設(shè)工程，在規(guī)劃、選址、設(shè)計(jì)階段[1-3]，由于無法準(zhǔn)確獲取輸變電工程與所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)的空間分布關(guān)系，線路極易穿越環(huán)境敏感區(qū)；在建設(shè)、運(yùn)行階段，由于監(jiān)管時(shí)效性差、效率低，無法確切獲取環(huán)境敏感區(qū)影響范圍的相關(guān)保護(hù)措施落實(shí)情況，會(huì)對沿線景觀和生態(tài)系統(tǒng)有一定的干擾和阻斷[4-6]。因此，優(yōu)化工程生態(tài)設(shè)計(jì)、避免破壞敏感生境、提高水土保持成效、提升綠色電網(wǎng)品質(zhì)是國家電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略性要求。

目前在輸變電工程項(xiàng)目管理與業(yè)務(wù)工作中，存在使用地圖陳舊、需重復(fù)向政府相關(guān)行政部門搜集環(huán)境敏感區(qū)資料、缺乏線路擺動(dòng)造成的穿(跨)越環(huán)境敏感區(qū)告警工具、傳統(tǒng)的輸變電工程運(yùn)維管理模式效率低下等問題。針對這些問題，目前已有的系統(tǒng)均未能完全解決，特別是不同電壓等級線路環(huán)境影響的范圍不同，線路選址分析中應(yīng)該區(qū)別對待，但實(shí)際并未做到區(qū)別對待。如湖南電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)[7]、基于WebGIS的電網(wǎng)規(guī)劃信息管理系統(tǒng)[8]，存在缺乏違規(guī)線路擺動(dòng)分析告警、線路選址輔助功能等問題；基于GIS生態(tài)電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)[9]、電網(wǎng)環(huán)境敏感區(qū)地理信息系統(tǒng)[10]，其系統(tǒng)開發(fā)方式為C/S方式，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)更新受限。

存在這些問題的核心在于，輸變電工程項(xiàng)目管理及工作開展缺乏基于WebGIS的“一張圖”管理系統(tǒng)。為此，國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院研發(fā)并實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的四川省電網(wǎng)通道與環(huán)境敏感區(qū)“一張圖”管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)線路選址設(shè)計(jì)及分析、線路對比優(yōu)選以及重大變動(dòng)分析、系統(tǒng)管理等實(shí)用業(yè)務(wù)功能，通過解決以上問題，提高輸變電工程環(huán)水保管控和業(yè)務(wù)工作效率，對工程進(jìn)行環(huán)水保優(yōu)化，縮短環(huán)評水保方案編制、審查的周期，實(shí)現(xiàn)對違規(guī)線路擺動(dòng)和穿(跨)越環(huán)境敏感區(qū)變化的監(jiān)控和告警功能，加強(qiáng)對輸變電工程的環(huán)水保管理。

1 “一張圖”管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

經(jīng)過充分的調(diào)研分析，電網(wǎng)行業(yè)環(huán)水保管理及工作具體需求有：

(1)急需反映現(xiàn)狀的基礎(chǔ)底圖輔助輸變電工程選址、路徑規(guī)劃。目前，在輸變電工程設(shè)計(jì)中，使用的地圖多是20世紀(jì)80年代以前的陳舊圖件，然而由于城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多地區(qū)自然、社會(huì)面貌發(fā)生了很大改變，圖件無法真實(shí)動(dòng)態(tài)地反映當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀，無法為輸變電工程選址、路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)急需輸變電線路與環(huán)境敏感區(qū)共享工具。在輸變電線路規(guī)劃、可研以及環(huán)評水保等前期工作中，需識別環(huán)境敏感區(qū)與輸變電線路，而輸變電線路坐標(biāo)分布在各個(gè)施工單位，無法及時(shí)獲取；環(huán)境敏感區(qū)由政府相關(guān)行政部門管轄，各項(xiàng)目搜集工作量大，占用大量人力物力。因此，共享輸變電線路與環(huán)境敏感區(qū)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行及時(shí)更新，是行業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

(3)急需各種分析工具。線路與環(huán)境敏感區(qū)空間位置分析是線路選址、建設(shè)、運(yùn)維過程中保護(hù)環(huán)境敏感區(qū)、減少水土流失的基礎(chǔ)工具，多條線路對比分析與重大變動(dòng)分析在線路選址、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等階段，為判斷線路與環(huán)境敏感區(qū)位置關(guān)系、最優(yōu)線路選取及重大變動(dòng)分析提供數(shù)據(jù)支撐，對減少環(huán)境破壞、減少水土流失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)原理

2.1.1 系統(tǒng)整體原理

四川省電網(wǎng)通道與環(huán)境敏感區(qū)“一張圖”管理系統(tǒng)通過集成四川省不同階段線路、不同類型環(huán)境敏感區(qū)矢量數(shù)據(jù)，以高分辨率遙感影像、高精度DEM，以及道路等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為背景，實(shí)現(xiàn)線路選址設(shè)計(jì)及分析、線路與敏感區(qū)關(guān)系分析、線路對比優(yōu)選及重大變動(dòng)分析等功能。其原理為將數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一存儲(chǔ)方式進(jìn)行剝離，使基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)專題信息分離，將不同數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)維護(hù)分開，從而使一份基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)對應(yīng)多份業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫主要是對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(如遙感影像、輸變電線路及環(huán)境敏感區(qū))進(jìn)行規(guī)范化處理，通過元對象表對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的更新與維護(hù)由專屬管理模塊進(jìn)行，以便實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理權(quán)限的控制；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)由專業(yè)部門進(jìn)行管理，以保障系統(tǒng)內(nèi)輸變電線路與環(huán)境敏感區(qū)數(shù)據(jù)的完整性與穩(wěn)定性[11]。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫主要指前端網(wǎng)站或者行業(yè)應(yīng)用的關(guān)系型數(shù)據(jù)，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的表格進(jìn)行選取與刪除、合并、分類等運(yùn)算，形成新的對象表。將需要表達(dá)的業(yè)務(wù)專題信息與幾何圖形結(jié)合，生成業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)。

2.1.2 不同電壓等級線路選址緩沖閾值設(shè)置原理

不同電壓等級的輸變電工程環(huán)境影響范圍不同，因此在不同電壓等級的線路選址設(shè)計(jì)過程中，避讓環(huán)境敏感區(qū)的距離應(yīng)區(qū)別對待?！董h(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 輸變電》(HJ 24—2020)明確：因不同電壓等級線路電磁、聲環(huán)境影響范圍不同，針對交流110 kV、交流220～330 kV、交流500 kV及以上和直流±100 kV及以上3個(gè)級別設(shè)置了不同的評價(jià)范圍，生態(tài)環(huán)境影響范圍為輸電線路(生態(tài)敏感區(qū)范圍外的輸電線路)邊導(dǎo)線地面投影外兩側(cè)各300 m內(nèi)的帶狀區(qū)域。根據(jù)《關(guān)于印發(fā)〈輸變電建設(shè)項(xiàng)目重大變動(dòng)清單(試行)〉的通知》(環(huán)辦輻射〔2016〕84號)，輸電線路橫向位移超出500 m的累計(jì)長度超過原路徑長度的30%則認(rèn)定為重大變動(dòng)。因此，在線路選址分析時(shí)，不同電壓等級線路與敏感區(qū)的緩沖距離最低應(yīng)設(shè)置為300 m，最高應(yīng)設(shè)置為500 m。

2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架包括業(yè)務(wù)層、邏輯層、數(shù)據(jù)層(圖1)。業(yè)務(wù)層即用戶端，實(shí)現(xiàn)環(huán)境敏感區(qū)與輸變電線路展示、計(jì)算等功能，通常采用瀏覽器作為用戶操作的應(yīng)用程序，支持IE8、Google Chrome以上瀏覽器使用，運(yùn)行環(huán)境為Window Server系統(tǒng)。邏輯層即服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)用戶命令，分析業(yè)務(wù)層輸入的命令，調(diào)取GIS服務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)，并在業(yè)務(wù)層進(jìn)行展示，服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境主要滿足ArcGIS和ArcServer。數(shù)據(jù)層即數(shù)據(jù)庫，作為原始數(shù)據(jù)來源，包括業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)不能直接在系統(tǒng)中使用，需要通過入庫數(shù)據(jù)或者發(fā)布工具導(dǎo)入到應(yīng)用支持層的對應(yīng)服務(wù)中；數(shù)據(jù)庫主要采用Mysql數(shù)據(jù)庫。

圖1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)主要為四川省遙感影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、輸變電線路矢量數(shù)據(jù)及省內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)矢量數(shù)據(jù)等。針對遙感影像數(shù)據(jù)，受天氣、傳感器、地形等因素的影響，為消除傳感器誤差、幾何畸變和坐標(biāo)誤差，需要對遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，如大氣校正、幾何校正、數(shù)據(jù)融合、影像增強(qiáng)及影像裁剪等處理[12-13]。

針對集成的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行規(guī)范化處理后入庫。首先將異源數(shù)據(jù)經(jīng)過規(guī)范化處理，如投影坐標(biāo)、命名、存儲(chǔ)格式等按照統(tǒng)一規(guī)定進(jìn)行處理，然后通過元數(shù)據(jù)的方式加以組織，并對入庫數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、檢查、處理及入庫等步驟，最后保存至數(shù)據(jù)庫中。對于無法獲取的數(shù)據(jù)，可通過相關(guān)報(bào)告、論文等文獻(xiàn)資料，利用GIS軟件對圖片進(jìn)行控制點(diǎn)配準(zhǔn)、矢量化操作獲得。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用案例

4.1 輸變電線路與敏感區(qū)空間位置分析

集成四川省環(huán)境敏感區(qū)、輸變電線路矢量圖，以地圖形式直觀展示不同階段輸變電線路。系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際變動(dòng)情況對環(huán)境敏感區(qū)與輸變電線路數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

在設(shè)計(jì)階段和施工階段，為確保線路穿(跨)越敏感區(qū)長度最短，需分析輸變電線路穿(跨)越敏感區(qū)情況。用戶可利用 “線路選址”功能，獲取線路具體穿(跨)越敏感區(qū)的位置、長度及占比，以及不同電壓等級線路與敏感區(qū)距離小于特定距離(根據(jù)不同電壓等級線路選址緩沖閾值設(shè)置原理進(jìn)行設(shè)計(jì))的所有桿塔位置等信息，為輸變電線路選址，以及減少對靠近輸變電線路的生態(tài)環(huán)境影響提供數(shù)據(jù)支撐(圖2)。

圖2 新建輸變電線路與環(huán)境敏感區(qū)空間位置關(guān)系

4.2 輸變電線路設(shè)計(jì)輔助

線路最佳設(shè)計(jì)方案是通過對比多條線路路徑及穿(跨)越敏感區(qū)情況獲取的?！讹嬘盟幢Ｗo(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》中明確規(guī)定：“在二級保護(hù)區(qū)內(nèi)不準(zhǔn)新建、擴(kuò)建向水體排放污染物的建設(shè)項(xiàng)目，改建項(xiàng)目必須削減污染物排放量，原有排污口必須削減污水排放量，保證保護(hù)區(qū)內(nèi)水質(zhì)滿足規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，禁止設(shè)立裝卸垃圾、糞便、油類和有毒物品的碼頭。”利用“線路對比”功能，對比設(shè)計(jì)線路穿(跨)越飲用水水源地的桿塔數(shù)量、轉(zhuǎn)角數(shù)量、曲折系數(shù)、線路長度、穿(跨)越敏感區(qū)長度以及占比，在減少水體破壞，保護(hù)水資源前提下，最大程度限制穿(跨)越桿塔數(shù)量、長度及施工擾動(dòng)范圍，為最佳線路的選取提供數(shù)據(jù)支撐(圖3)。

圖3 不同設(shè)計(jì)方案線路設(shè)計(jì)圖

4.3 輸變電線路重大變動(dòng)監(jiān)控和告警

在施工階段與驗(yàn)收階段，利用系統(tǒng)“重大變動(dòng)”功能，自動(dòng)判別路徑長度變化、偏移情況以及新進(jìn)敏感區(qū)情況?！蛾P(guān)于印發(fā)〈輸變電建設(shè)項(xiàng)目重大變動(dòng)清單(試行)〉的通知》(環(huán)辦輻射〔2016〕84號)規(guī)定“因輸變電工程路徑、站址等發(fā)生變化，導(dǎo)致進(jìn)入新的飲用水水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等生態(tài)敏感區(qū)定為重大變動(dòng)”，并且《飲用水水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》規(guī)定“保護(hù)水源林，禁止毀林開荒，禁止非更新砍伐水源林”。若輸變電線路發(fā)生重大變動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)顯示紅色，提示施工單位應(yīng)在建設(shè)過程中及時(shí)履行相應(yīng)變動(dòng)手續(xù)，避免發(fā)生違法事件；同時(shí)提醒施工單位需監(jiān)測變化位置是否進(jìn)行了水源林砍伐，為保障輸變電線路順利驗(yàn)收、減少水土流失、節(jié)約應(yīng)急處置人力物力提供技術(shù)支撐(圖4)。

圖4 輸變電線路重大變動(dòng)分析

5 總 結(jié)

針對輸變電線路管理與環(huán)水保工作現(xiàn)狀，提出B/S結(jié)構(gòu)的四川省電網(wǎng)通道與環(huán)境敏感區(qū)“一張圖”管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了輸變電線路與環(huán)境敏感區(qū)數(shù)據(jù)共享和動(dòng)態(tài)管理，解決了環(huán)水保工作低效等問題，特別是針對不同電壓等級線路環(huán)境影響范圍的不同，進(jìn)行選址分析閾值設(shè)置。系統(tǒng)集成了四川省高分辨率遙感影像、高精度DEM、環(huán)境敏感區(qū)與輸變電線路數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了線路文件的增刪改、保存、下載，以及基于環(huán)境敏感區(qū)的輸變電線路選址分析、對違規(guī)線路擺動(dòng)和穿(跨)越環(huán)境敏感區(qū)變化的監(jiān)控和告警等功能，為輸變電線路選址設(shè)計(jì)及分析，以及輸變電線路重大變動(dòng)分析提供支撐，提升了輸變電線路管理水平和環(huán)水保工作效率，有效減少環(huán)境破壞，減少水土流失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)綠色和諧發(fā)展，亦可為其他區(qū)域電網(wǎng)通道與環(huán)境敏感區(qū)“一張圖”管理系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。