先進勘測技術在電力線路設計中的應用

徐世澤，應明春，葉 林，張建波

（1.臺州宏遠電力設計院，浙江 臨海 317000；2.臺州電業局，浙江 臨海 317000）

輸電網是電力系統的重要組成部分，目前有多種軟件用于電力線路設計，但與輸電網實際需求相比，依然存在不少差距，主要有以下幾方面：

（1）各種應用軟件缺乏統一規范，對數據共享造成了很大的阻礙，成為信息技術綜合化應用最大的限制。

（2）功能設計時未能充分考慮電網建設需求，造成系統軟件重查詢而輕分析，沒有充分挖掘屬性數據、環境數據的應用潛力。

（3）由于電網系統各單位的職能區別，各地在將3S技術（遙感RS、全球定位系統GPS、地理信息系統GIS）應用到電網建設、運行管理時，片面強調基建或運行，使得3S技術分散為2個應用在不同層面上的系統，增加了各系統數據錄入的重復性，違背了3S技術提出的初衷。

本文尋求在運用當前開放且規范的數據結構的基礎上，建立具有統一標準的信息數據錄用流程，為電力線路設計提供決策支撐。

1 海拉瓦技術的構成及其對電網建設的作用

海拉瓦技術是基于海拉瓦全數字攝影測量系統，由洛斯達公司二次開發，滿足電網工程勘測、輔助設計的系統總稱，是由高精度掃描儀、計算機硬件和專用軟件組成的一個影像信息處理系統，能夠將各種影像資料（如航片、遙感片等）處理后生成各種數字產品。

1.1 正射影像地形圖（DOM）

正射影像地形圖是糾正了各種航空像片的誤差并符合一定比例尺的影像圖，集成了航空像片和地形圖的全部優點：地形、地貌等地面信息豐富、完整。擁擠的居民區、變電所等重要地段可以輸出大比例尺正射影像地圖，最大可到1/500。圖1為某220 kV變電所出線正射影像圖。

1.2 數字地面模型（DTM）

數字地面模型是將線路走廊內的地形信息數字化的重要數據資源，可以根據需要隨時提取路徑附近的平斷面圖、塔基地形圖等，并可計算特定區域內的土石方量。

1.3 立體影像

戴上特殊的眼鏡，可以在海拉瓦的屏幕上看出立體效果。立體影像模型可以按需要放大觀察，使細微地形地貌得以充分顯現，更可以實時、迅速地進行三維坐標和其他數據量取，從而使電力線交叉跨越、風偏驗算、塔基地形等得以精確落實。

海拉瓦—洛斯達技術利用衛星、航測技術獲取以上資料后進行全數字化信息處理，使線路實現數字化、三維可視化。應用于路徑及排桿優化后，設計人員在室內即可根據立體模型選線和方案比較。運用海拉瓦技術，電網規劃設計將產生跳躍式的發展，通過優化對比，預計可以縮短路徑1%～2%，設計工效也能得到有效提高。

2 GPS-RTK對電網勘測及數據更新的作用

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的先進的衛星導航定位系統。GPS作為一種新型測量儀器，給電網傳統的測繪作業程序帶來了巨大的變化；RTK（Real Time Kinematic實時動態測量）是GPS應用到測繪工作的主要技術手段，是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，能實時提供測點在指定坐標系中的三維定位結果，精度達到厘米級。

GPS定位系統對于將測量成果轉為運行資料，也有著非常重要的作用。GIS的核心之一是三維電網地理模型，而三維電網地理模型的基礎就是GPS測定的三維坐標。如果利用SKI-Pro軟件將基于GPS測定的坐標轉換成的點位資料，能直接轉換為GIS所用的坐標，將極大減少建立GIS數據庫時的數據重復錄用，GIS系統構建的工作量也會由此大幅減少。

3 先進勘測技術對輸電網GIS的優化作用及步驟

圖1 某220 kV變電所出線正射影像圖

由于目前電網建設與運行部門相對獨立，運行部門接受的竣工資料以藍圖為主。新工程GIS數據更新時，往往采用手工錄入藍圖數據、委派地理信息部門對新線路重新勘測的辦法，工作效率低且容易在二次輸入時出錯。利用海拉瓦-洛斯達技術并結合GPS-RTK實測得到的基礎數據，能使GIS數據錄用過程更為便捷。其相關過程如下：

（1）通過衛星照片確定推薦路徑并拍攝航片。利用衛星照片進行大方案比選，推薦優選路徑后，由航拍得到路徑周圍的正射影像地形圖，然后由勘測小組進行外控測量及線路附近的交叉跨越、不良地質地貌等的調查測繪工作。

（2）內業工作。依靠海拉瓦-洛斯達技術對航片、外控資料、調繪資料進行處理，能獲得正射影像圖、數字地面模型和三維景觀圖等豐富的信息。根據這些信息，設計人員在顯示器上可方便地看到地面模型，在DTM上不但可實時顯示地面上任意點的三維坐標及點與點之間的距離等信息，選線人員也可隨時調整線路，合理避讓房屋，優選桿塔位置。

（3）GPS-RTK后續定位測量。在實際放樣過程中，海拉瓦-洛斯達技術獲得的線路轉角坐標會由于樹木等覆蓋物影響實際坐標。不同樹木高度對高程的影響大概在2～6 m，不能滿足工程施工放樣精度要求，所以要利用精度為厘米級的GPS-RTK技術現場定位。根據海拉瓦-洛斯達技術獲得的初步排桿斷面等資料，設計人員可選定適合本工程的地理坐標系統進行現場放樣定位。

（4）施工圖編制、數據錄用。所有能反映現場平斷面的點位測定完成后，導入SKI-Pro軟件，獲得塔位實際坐標。通過這些現場實測的塔位數據進行校核后，即可進行施工圖編制。施工圖具體資料整理修正后，導入GIS系統數據接口層，初步建立工程的GIS數據。

（5）優化效果。海拉瓦技術與GPS定位系統結合后，GIS系統所需數據可以從施工圖設計過程直接導入，GIS系統設計人員只需對其中變動部分略加修改，便可完成系統的基本數據錄用。

4 工程實例

根據以上步驟，對110 kV沿赤線施工圖制作及數據錄入到GIS系統的方式進行研究，取得了一定的成效。

110 kV沿赤線位于臺州三門縣，線路路徑中既有海拔400多米的高山，亦有繁榮興旺的村落、廠房，地形條件十分復雜。工程初步設計桿塔106基，路徑長度約39.2 km。

通過海拉瓦技術優選路徑及優化排桿后，施工圖路徑縮減至37.3 km，合計桿塔96基，相對初步設計路徑減少1.9 km，塔位減少10基。由于線路實測時應用了海拉瓦優選的路徑斷面，避免了路徑改動及一些不影響線路運行的斷面測量，測量效率也大為提高。表1為傳統測量與先進勘測技術的測量效率對比。

表1 山區路徑勘測對比

在數據管理方面，工程初期利用海拉瓦技術對選定的初設路徑進行優化選擇，并為工程獲得優化路徑工程報告書、轉角坐標成果表、定位用線路平斷面簡圖、外業控制與調繪報告書等資料，可用于運行改線、系統分析等后續工作。

因此，海拉瓦技術在勘測定位中的優勢是傳統測量技術所無法比擬的。

GPS-RTK利用接口程序處理SKI-Pro軟件輸出的文本格式數據，得到三維坐標和高程的定線成果表，該表導入平斷面定位軟件能直接得到線路平斷面圖，導入到GIS系統中能減少現場返測所需的時間。表2為GPS-RTK技術分析后得到的資料分類表。

通過GPS-RTK技術對線路實測定位后進行施工圖編制，繼而將其中可用于建立GIS數據庫的數據進行收集錄用，初步建立了新工程GIS數據構架。表3對比了輸電GIS系統臺帳管理原始數據來源分類及其作用。

表2 GPS-RTK技術資料分類

表3 輸電GIS系統臺帳管理原始數據分類

在輸電系統的管理中，輸電線路設計圖紙的調閱頻率極高，并且無法集中管理。表3所列的線路詳細信息及時調閱到GIS系統中后，充實了系統中的圖紙管理模塊，使管理人員圖紙調閱和信息查詢更加便捷。

5 結語

本文圍繞電網設計、建設過程中三維輸電網地理信息系統構建，對其中的關鍵問題進行了深入的分析和探討。利用海拉瓦技術結合GPS衛星定位系統，在輸電線路建設和運行時使用同一個數據庫，有效地保證了數據應用的連續性。由于數據重復利用，大大降低了系統建設的成本。

由于GIS系統的三維飛視功能只能簡單描述當地地物對線路的影響，不能作為精確計算結果應用到GIS中，所以如何切入設計軟件建立實時地物分析數據，使其能以合理形象的科學數據為規劃設計、故障分析提供有價值的決策輔助，將成為GIS系統應用的探索方向。

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