特高壓架空輸電線路二三維交互優化選線技術的研究與系統設計

湯 堅

(廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663)

特高壓架空輸電線路二三維交互優化選線技術的研究與系統設計

湯 堅

(廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663)

為解決特高壓架空輸電線路設計中路徑方案優選和優化排位等迫切問題，研究和開發了特高壓架空輸電線路正射影像選線、立體選線、平斷面排位、立體三維漫游之間實時交互的特高壓架空輸電線路二、三維交互優化選線技術。

二三維交互；優化排位；路徑方案優選；特高壓架空輸電線路。

1 概述

為促進資源節約型、環境友好型社會的建設，在發展經濟的同時必須考慮到能源的節約，這對能源工業發展和電力工業發展提出了新的要求，那么建設特高壓電網，是我國電力工業為適應新的電力發展形式、建設堅強電網的需要而提出的新任務。近年來我國特高壓輸電線路的建設已經取得飛速發展。這對如何抓好特高壓輸電線路的總體設計及路徑方案的比選和優化提出了更高更新的要求。

2 傳統路徑選擇的方法和流程

傳統的路徑選擇是在地形圖、正射影像圖上確定路徑平面方案，從數字高程模型DEM和影像上采集獲得確定路徑的平斷面，然后在平斷面上設計桿塔位。

具體路線方案優化的流程是：路徑平面設計定線→應用DEM插值得到斷面→繪制路徑兩旁規定范圍內的平面→在平斷面上排位設計→在立體模型中檢查塔位，量測塔腿坡度。當導線對地安全距離不夠，塔位高差過大造成上拔現象，或者線底跨越物過高造成路徑無法通過，當塔腿坡度過大不宜立塔等情況時，需要回到第一步重新調整路徑平面。就這樣重復循環多次，直到滿意為止。優化選線流程如圖：

圖1 線路優化選線流程圖

在優化過程中，每調整一次路徑平面，都必須重新繪制一次平斷面，重新做一次排位設計。很明顯，這種循環是單向的、需要反復很多次，需要花費較長的時間和很多的精力，實際設計中還需要多名勘測設計人員的相互配合，這就常常導致路線方案比選工作不夠充分，優化深度不夠。

如何在調整路徑平面的同時，能在屏幕上實時顯示平斷面圖；如何通過動態電子排位設計，將排位成果實時在路徑平面和立體模型中反應，以提高路線優化效率和精度。是實現特高壓輸電線路三維優化選線的迫切需求。

3 二三維交互優化選線技術的開發

基于以上背景和需求研究開發出國內第一套四窗口二三維交互的特高壓輸電線路三維優化選線系統，實現了正射影像選線、立體模型選線、平斷面電子排位、立體三維漫游的實時交互技術。

3.1 二三維交互優化選線技術的結構組成

⑴正射影像選線模塊

該模塊通過對正射影像鑲嵌、裁切，生成正射影像選線模型。在正射影像選線模型中通過對地物采集、編輯和量測完成電力線路的平面設計并輸出設計線路成果從而與其它模塊協同工作。

⑵立體模型選線模塊

該模塊利用DEM與正射影像生成立體大場景選線模型，利用人造立體視覺原理，用戶通過使用立體眼鏡和三維鼠標對地物、地形進行精確的立體采集和立體量測，完成電力線路的三維精選。并輸出設計線路成果與其它模塊交互工作。

⑶平斷面電子排位模塊

該模塊響應選線模塊輸出的平面路徑及相關地物的信息。即時顯示輸電線路平斷面圖。設置排位參數，在平斷面圖上添加，修改，刪除排位塔，并輸出塔位定位信息。

⑷立體三維漫游模塊

該模塊接收選線排位模塊的成果數據，在立體大場景模型中自動輸入電力線弧垂K值和電力塔模型，真實展現設計成果。通過自定義飛行線路進行任意角度的縮放漫游，從而對線路的幾何設計成果、線路與周圍環境的協調性、線路安全性進行綜合評價，同時還能進行視頻記錄為線路的設計評審提供科學依據。

⑸數據交互中心

該中心實時動態開辟共享內存，所有功能模塊均要與數據交互中心實時通訊，通過數據中心交換發送各功能指令和數據。

圖2 二三維交互技術窗口

3.2 二三維交互優化選線技術的原理及實現

⑴交互技術的原理

當主窗口打開時，會由數據交互中心開辟一片共享內存，該共享內存的作用是為了實時的更新各個窗口中的矢量。它由主窗口開辟，其他子窗口只能讀寫該共享內存中的數據，當主窗口關閉時釋放該共享內存。當一個子窗口對一個矢量進行了操作(包括新建、刪除、修改、取消刪除操作)，該子窗口會將操作的矢量的所有信息，及操作方式存儲在數據交互中心的共享內存中，再對其他窗口采用廣播的方式發消息，收到消息的窗口讀取共享內存，完成矢量的更新，保證了每個窗口中矢量文件的實時一致性。二三維交互優化選線技術協同關系如圖：

圖3 優化選線技術協同關系圖

⑵交互技術的實現

以下是程序實現的部分代碼：

4 二三維交互優化選線技術應用的意義

基于二三維交互優化選線技術應用的三維優化選線系統，具有以下意義：

4.1 取代傳統的靜態單向設計流程，實現動態交互的三維優化設計

三維優化選線系統改變目前設計中憑經驗單向設計的方法，使線路設計建立在可靠的數字化模型的基礎上，形成科學設計方法，大大減少人為的事務，使線路設計工作在初步設計階段達到施工圖設計深度，并全面提高線路工程施工圖階段技術經濟效益。通過統計，三維優化選線系統可縮短路徑長度1%～2%，配合優化排位，可節省投資5%～8%，既提高了工作效率，又提降低了工程成本。

4.2 取代傳統的室內路徑優化，為特高壓輸電線路路徑變更提供現場決策

線路優化是電網工程建設非常重要的內容，線路路徑的選擇不僅僅受到地形地貌、建筑物的影響，而且還受到路徑協議、施工外部條件的影響，尤其是在經濟發達地區不同設計、施工階段的調整和改線已是工作常態，線路路徑已不是設計單方所能確定，涉及多方利益的協調，三維優化選線系統為工程中各方的統一協商提供現場決策。

二三維交互優化選線技術應用及三維優化選線系統的實現不僅能滿足特高壓輸電線路優化選線的需要，還能有效地為復雜環境下的線路路徑選擇提供現場決策，有力地保障了電網建設的順利進行，實現了社會效益和經濟效益的有機統一。

[1]郭騰峰，等．公路三維關聯優化技術的研究與開發[J]．公路，2005，(11)．

[2]曾曉毅，劉軍偉，黃燕．特高壓交流輸電意義分析[J]．科協論壇，2009，(8)．

System Design and Study on Selecting Line Technique of TwoThree Dimensional Mutual Optimizingin Unusual High Voltage Impracticable Transport Electric Line

TANG Jian
(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangdong, Guangzhou 510663, China)

To solve the route selection optimization and staking optimization issues of the ultra-high voltage overhead transmission line, this paper discusses the research of the two and three dimensional interaction route selection optimization techniques of the ultra-high voltage overhead transmission line route by using the orthophotos route selection, stereo photos route selection, planar and cross-section staking, and three-dimensional real-time virtual walkthrough methods.

two and three dimensional interaction; staking optimization; route selection optimization; ultra-high voltage overhead transmission line.

TM621

B

1671-9913(2011)02-0068-03

2010-01-27

湯堅(1981- )，男，安徽巢湖人，工程師。