基于三維全景可視化輸電架空線路選線平臺探究

1、基于三維全景可視化輸電架空線路選線平臺探究 摘 要：基于輸電線路設(shè)計過程中的需求特點，主要介紹三維全景可視化技術(shù)在輸電線路路徑選擇中的應(yīng)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(shù)，構(gòu)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(shè)計，建立設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)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(shè)計、規(guī)劃、模擬培訓(xùn)等業(yè)務(wù)功能，同時完成設(shè)備空間和屬性信息的維護與查詢 關(guān)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(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0022-02 輸電架空線路設(shè)計規(guī)

2、劃的前期主要任務(wù)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(shè)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(yīng)的統(tǒng)計分析基礎(chǔ)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(shè)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(shù)作為基礎(chǔ)，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(chǔ)，結(jié)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

3、空線路選線平臺可以更加直觀真實地處理越來越復(fù)雜的三維空間數(shù)據(jù)，提高線路規(guī)劃的準(zhǔn)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(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，并且可以與國外的相關(guān)技術(shù)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(shù)的新途徑。輸電架空線路規(guī)劃設(shè)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(gòu)建，需要結(jié)合可視化場景的相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建，注重影像相關(guān)數(shù)據(jù)的合理分析，結(jié)合高程數(shù)據(jù)的應(yīng)用，做好輸電架空線路實際專業(yè)性的分析。關(guān)于影像數(shù)據(jù)的基本分析，結(jié)合航空攝影的基本應(yīng)用，衛(wèi)星影像全面實現(xiàn)。關(guān)于高程數(shù)據(jù)的相關(guān)應(yīng)用和分析，需要

4、結(jié)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(yīng)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(jié)合的技術(shù)特點，利用高精度的DOM和DEM數(shù)據(jù)，構(gòu)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(shè)計新的輸電線路，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況適時調(diào)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(shè)計進行預(yù)排位，同時提供對三維輸電電設(shè)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(nèi)的地物、輸電設(shè)備進行可視三維化。并且生成桿塔定位圖、斷面圖 （2

5、）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(shè)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(zhuǎn)角塔、刪除轉(zhuǎn)角塔、直線塔與轉(zhuǎn)角塔互換 （3）在三維場景中加入點、線、面等標(biāo)識符號，這樣便于在線路優(yōu)化選擇上進行標(biāo)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(shè)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(shè)計可靠性標(biāo)準(zhǔn) （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(zāi)害調(diào)查結(jié)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(jié)合這些數(shù)據(jù)對線路設(shè)計進行判定，給出工程

6、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(shè)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(shè)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(shè)計的影響 造價分析：對不同的地形、地質(zhì)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(shè)計優(yōu)化的影響外，還要綜合考慮到導(dǎo)線參數(shù)和外界環(huán)境對弧垂的影響 導(dǎo)線分為架空線和地線兩種，主要的參數(shù)包括導(dǎo)線材質(zhì)、拉斷力、導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線單位長度下

7、的重量、導(dǎo)線彈性系數(shù)、膨脹系數(shù)、運行應(yīng)力 外界因素包括天氣環(huán)境、溫度、濕度、覆冰情況、大風(fēng)條件等 根據(jù)每段耐張段的設(shè)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(yù)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(shè)計后的線路走向，以便對桿塔排位進行進一步調(diào)整和優(yōu)化。根據(jù)排位結(jié)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(shè)計結(jié)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(jié)合桿塔中間點的相關(guān)線路下垂情況，做好有效性的模擬

8、，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(diào)整桿塔的位置，對桿塔密度進行及時的調(diào)整，通過合理控制電力線的下垂高度，分析弧垂的功能，結(jié)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(jié)合桿塔數(shù)據(jù)基本坐標(biāo)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(yīng)用，做好數(shù)據(jù)的保存工作，進而實F實地勘測的應(yīng)用 7 結(jié)語 該文根據(jù)輸電架空線路的設(shè)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(chǔ)數(shù)據(jù)源，輔以現(xiàn)狀輸電電網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)。結(jié)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(shè)計的可行性以及輔助線路設(shè)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?qū)⒉糠致窂絻?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(shè)計返工現(xiàn)象，減少了工程建設(shè)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(shè)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(shè)計、施工階段的困難，加快工程進度，為線路順利投產(chǎn)運營