信息化測繪條件下的電力勘測設(shè)計

李國華 ,程 永 ,陳 功

(中南電力設(shè)計院,湖北武漢430071)

1 引言

信息化測繪體系建設(shè)是當(dāng)前測繪事業(yè)發(fā)展和地理信息資源共享與數(shù)字中國的熱點問題。與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相一致,信息化測繪體系建設(shè)主要是體現(xiàn)在技術(shù)和服務(wù)上。測繪和地理信息產(chǎn)業(yè)關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防建設(shè),在信息化時代,基礎(chǔ)測繪的重要性越來越明顯。

2 測繪體系的發(fā)展

從古埃及的土地丈量到今天的遙感遙測,從傳統(tǒng)的手描筆繪人工畫圖到現(xiàn)代的電腦編輯激光噴繪,傳統(tǒng)的模擬測繪技術(shù)體系已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為數(shù)字化測繪技術(shù)體系(表1)。以光學(xué)機(jī)械為主要標(biāo)志的傳統(tǒng)測繪技術(shù)體系是20世紀(jì)測繪業(yè)的主要技術(shù)支撐。為了取得數(shù)據(jù),野外測量人員要肩扛背負(fù)儀器,奔波在崇山峻嶺、戈壁沙漠中。早期的線劃測繪圖利用手工和模擬的機(jī)械繪制,不僅耗時費力,而且質(zhì)量不高。而數(shù)字化測繪體系體現(xiàn)在整個測繪作業(yè)、生產(chǎn)和服務(wù)的流程中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取與采集、加工與處理、管理和應(yīng)用的數(shù)字化。產(chǎn)品形式也從傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖變成了4D產(chǎn)品,即數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字線劃地圖(DLG)、數(shù)字柵格地圖(DRG)和數(shù)字正射影像地圖(DOM),這是對傳統(tǒng)測繪生產(chǎn)流程的一次革命。這體現(xiàn)了測繪行業(yè)的最終目的不僅僅只是繪制地圖,它還要為社會各行各業(yè)提供所需地表的空間位置數(shù)據(jù),并利用對客觀真實世界的各種數(shù)據(jù)來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),可以把地表的情形以真三維、真尺度、真紋理真實地重建起來。以空間數(shù)據(jù)資源和3S技術(shù)及其集成為核心,并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、存儲等技術(shù)來形成數(shù)字化測繪體系,其驅(qū)動力可以不同,建設(shè)模式也可以不同,但技術(shù)體系的建設(shè)路徑卻是高度一致的,比如網(wǎng)格化測繪技術(shù)的應(yīng)用[1]。

從GIS到Web GIS(System),再到Web GIS(Service);從OpenGIS到空間數(shù)據(jù)互操作,再到數(shù)據(jù)交換中心(Clearinghouse);從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫到SDI(空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施),再到SII(空間信息基礎(chǔ)設(shè)施);從4D產(chǎn)品到3S技術(shù),再到3S技術(shù)集成;從元數(shù)據(jù)到地理編碼數(shù)據(jù),再到面向市場的DNM(digital navigation map,數(shù)字導(dǎo)航地圖)數(shù)據(jù);從SDI到 LBS(location based service,基于位置與空間信息的服務(wù)),再到SIG(spatialinformation grid,空間信息網(wǎng)格),這些技術(shù)的融合與整合構(gòu)成了對信息化測繪體系建設(shè)的技術(shù)支撐和保障體系。可見,信息化測繪體系所涉及技術(shù)的豐富程度和復(fù)雜程度,不管這些技術(shù)和體系是不是成熟的[2],但其具體應(yīng)用并不像想像的那么簡單。

表1 測繪體系發(fā)展的階段比較表

3 信息化下的電力勘測設(shè)計

3.1 信息化測繪技術(shù)體系的構(gòu)成

3.1.1 地海空天地理信息數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

利用地基、海基、空基、天基等先進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)手段,實現(xiàn)全天候、全天時、全方位、全球范圍地理信息數(shù)據(jù)快速獲取的各類技術(shù),主要包括空間大地測量技術(shù)、地面測量技術(shù)、海洋測量技術(shù)和遙感對地觀測技術(shù)等。

3.1.2 自動化地理信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)

利用計算機(jī)、人工智能等技術(shù)實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)運算的分布式、并行化、集群化,信息提取的定量化、自動化、智能化和實時化的各類技術(shù),主要包括空間大地測量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、航空航天遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)和其它空間信息處理技術(shù)等。

3.1.3 網(wǎng)格化地理信息存儲管理技術(shù)

利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)等實現(xiàn)海量地理信息分布式存儲管理和動態(tài)更新的各類技術(shù),主要包括地理空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)和地理空間數(shù)據(jù)存儲備份技術(shù)等。

3.1.4 靈性化地理信息共享服務(wù)技術(shù)

利用空間數(shù)據(jù)挖掘、可視化、互操作等技術(shù),實現(xiàn)地理信息的共享和一站式服務(wù),將最有用的信息,以最快的速度和最便捷的方式傳送給具有相應(yīng)數(shù)據(jù)使用權(quán)限的用戶的各類技術(shù),主要包括空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)、地圖制圖與地理空間信息可視化技術(shù)、海量地理空間數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、地理空間信息服務(wù)與互操作技術(shù)、空間信息安全保密技術(shù)以及空間信息與社會經(jīng)濟(jì)信息集成應(yīng)用技術(shù)等。

3.2 信息化測繪體系建設(shè)的目標(biāo)

一般認(rèn)為,信息化測繪體系建設(shè)應(yīng)該包括2大目標(biāo),要著力發(fā)展先進(jìn)的測繪技術(shù)方法,建設(shè)現(xiàn)代化的測繪基礎(chǔ)設(shè)施;要著力提升測繪的保障服務(wù)能力。這兩個目標(biāo)密切相關(guān),但層次有所不同：前一個目標(biāo)是后一個目標(biāo)的基礎(chǔ)和前提,是實現(xiàn)后一個目標(biāo)的手段和條件;而后一個目標(biāo)則是前一個目標(biāo)的出發(fā)點和落腳點,是建設(shè)信息化測繪體系的最終目標(biāo)。也就是說,應(yīng)該以切實提升測繪的保障服務(wù)能力,來統(tǒng)領(lǐng)信息化測繪體系建設(shè)的總體方向,來規(guī)劃信息化測繪體系建設(shè)的戰(zhàn)略任務(wù),來實施信息化測繪體系建設(shè)的各項工程。從提升測繪保障服務(wù)能力的角度上看,信息化測繪應(yīng)該具有以下特征。

(1)測繪保障服務(wù)的層次有顯著提高。在確保測繪“輔助”作用的同時,強(qiáng)化測繪的“支撐”作用,大力發(fā)展測繪的“提升”作用。

(2)測繪保障服務(wù)的模式有顯著變化。測繪從被動服務(wù)、普遍服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃?wù)、按需服務(wù)。不僅包括本間信息的提供模式,還包括空間信息的應(yīng)用模式和后續(xù)服務(wù)模式等。

(3)測繪保障服務(wù)的質(zhì)量有顯著改善。測繪產(chǎn)品及服務(wù)不僅要優(yōu)質(zhì)化,更要增值化。空間信息的內(nèi)容、形式和各質(zhì)量要素應(yīng)適應(yīng)應(yīng)用的需求,特別是信息的現(xiàn)勢性應(yīng)得到明顯改觀。

(4)測繪保障服務(wù)的效果有顯著增強(qiáng)。測繪保障服務(wù)要適宜、及時和有效,并應(yīng)以其為其他業(yè)務(wù)的成功而提供的支持程度作為衡量保障服務(wù)效果的基本標(biāo)準(zhǔn)。

信息化測繪應(yīng)該能面向客戶“快、準(zhǔn)、全、廉”地獲取、更新、管理和提供所需的空間信息產(chǎn)品及服務(wù)。這里所謂“快”,指的是數(shù)據(jù)獲取的周期要短,信息的現(xiàn)勢性要高;“準(zhǔn)”表示適應(yīng)應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)的空間特征、屬性特征和時間特征應(yīng)準(zhǔn)確可靠;“全”反映的是為滿足應(yīng)用需求所獲取和提供使用的數(shù)據(jù)在內(nèi)容上應(yīng)全面、完整,在時空表現(xiàn)上要真實;“廉”則是指經(jīng)濟(jì)性,就是說空間數(shù)據(jù)的獲取特別是使用的經(jīng)濟(jì)代價應(yīng)盡可能小。

3.3 信息化下的電力勘測設(shè)計

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,勘測設(shè)計分為外業(yè)勘測階段與內(nèi)業(yè)設(shè)計階段,不同設(shè)計專業(yè)之間或不同設(shè)計人員之間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)。實質(zhì)上,勘測設(shè)計過程是整個勘測設(shè)計流水線上不同生產(chǎn)工序之間勘測設(shè)計信息的協(xié)調(diào),上游生產(chǎn)工序提供下游生產(chǎn)工序所必須的勘測設(shè)計信息,否則下游工序就缺少開展工作的必要條件。與工廠制造流水線不同,勘測設(shè)計的不同工序之間常常是互為上下游關(guān)系,即勘測設(shè)計流水線往往是環(huán)形的,參與作業(yè)流程的對象實質(zhì)上是全部生產(chǎn)工序。它們之間客觀地存在著相互依賴、相互約束、相互驗證的關(guān)系。因此,信息的流通是勘測設(shè)計中的核心環(huán)節(jié)。

3.3.1 電力測繪信息特點

(1)信息內(nèi)容十分廣泛。電力設(shè)施不僅涉及所在地的所有空間信息信息,并且?guī)缀蹩偸桥c社會經(jīng)濟(jì)等非空間信息交織在一起。

(2)空間分辨率高、幾何精度高。對于電力的勘測,需要數(shù)據(jù)的分辨率和幾何精度通常都很高,空間分辨率一般在米級、分米級甚至厘米級,而精度基本上是幾分米或幾厘米甚至毫米,對應(yīng)的地形圖比例尺主要是 1∶500～1∶2 000。

(3)信息老化速度快。我國處在一個快速發(fā)展時期,基礎(chǔ)建設(shè)日新月異,作業(yè)區(qū)空間形態(tài)變化迅速,屬性信息的變化更大,加上分辨率高,造成作業(yè)區(qū)域空間信息的老化速度很快,信息更新的壓力和需求很大。

(4)任務(wù)多,時間要求緊。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對電力的需要越來越迫切,任務(wù)多,信息獲取的壓力和需求很大。

3.3.2 電力勘測設(shè)計中的問題

測繪在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的作用是保障和服務(wù)。實際上,測繪的保障服務(wù)可以劃分為3個不同的層次：基本層次是“輔助”,在這里空間信息發(fā)揮著重要作用,但似有錦上添花之意;較高層次是“支撐”,空間信息的作用很關(guān)鍵,沒有空間信息,這些業(yè)務(wù)幾乎無法實現(xiàn);而最高層次是“提升”,就是某項業(yè)務(wù)不僅需要空間信息的支撐,同時由于空間信息的“加人”而使該業(yè)務(wù)得到了飛躍和升華。

按照這樣的劃分,在一般的電力工程應(yīng)用中,空間信息的作用基本上屬于“輔助”;在項目規(guī)劃、后期管理以及位置服務(wù)等中,空間信息的作用屬于“支撐”;而在網(wǎng)格化電力系統(tǒng)管理中,空間信息的作用則可以算得上是“提升”。測繪保障服務(wù)的層次和效果不僅對于不同的領(lǐng)域不同,即使對于同一領(lǐng)域,也受測繪保障服務(wù)質(zhì)量的制約。就電力勘測設(shè)計而言,當(dāng)前測繪保障服務(wù)中尚存在一些突出的問題,前的測繪保障服務(wù)能力亟待進(jìn)一步提高,主要是包括以下幾點。

(1)保障服務(wù)的層次較低,大部分情況下起的只是“輔助”作用,僅有部分是“支撐”作用,而起“提升”作用的則是極少數(shù);

(2)保障服務(wù)的效果有待改善,主要是內(nèi)容的適合性、標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性、信息的現(xiàn)勢性和保障的及時性等不能滿足需求;

(3)保障服務(wù)的模式(包括信息提供模式、信息應(yīng)用模式和后續(xù)服務(wù)模式等)需要創(chuàng)新和發(fā)展。

4 結(jié)語

(1)外業(yè)勘測方面,積極引用新技術(shù),將已有成熟技術(shù)同新技術(shù)想結(jié)合,提高外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化、智能化。外業(yè)數(shù)據(jù)采集手段的多樣化。高分辨率衛(wèi)星遙感影像已經(jīng)能夠滿足大比例尺測圖,集成GPS、慣導(dǎo)設(shè)備、激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等多種傳感器集成的車載或機(jī)載移動測量系統(tǒng)能極大的提高數(shù)據(jù)采集效率;如無人機(jī)、飛艇等小型航攝飛行器能夠機(jī)動靈活滿足某些小型工程的快速更新。

(2)內(nèi)業(yè)設(shè)計方面,實現(xiàn)勘測設(shè)計一體化。勘測設(shè)計一體化、信息化,已經(jīng)成為勘察部門提高勞動生產(chǎn)率和形成核心競爭力的有效手段。最終目標(biāo)要以標(biāo)準(zhǔn)的工作模型貫穿整個工程勘察設(shè)計的全過程,使之成為綜合信息載體,滿足優(yōu)化勘測設(shè)計流程,提高勘測質(zhì)量和效率的要求。可以設(shè)想,在未來的設(shè)計流程中,基于網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)協(xié)同作業(yè),信息的每次更新,每個專業(yè)人員都能在第一時間獲知相關(guān)信息,信息的傳遞交換實現(xiàn)了異地同步化,專業(yè)間的交流更加順暢,提高作業(yè)效率

(3)豐富測繪產(chǎn)品,提升保障層次,拓展新的業(yè)務(wù)范圍,數(shù)字地圖只是工程測量的初級產(chǎn)品。為了增加產(chǎn)品的附加值,提高工程信息化管理能力,研究建立工程專題信息系統(tǒng)尤為必要。工程專題信息系統(tǒng)包括電網(wǎng)的運行檢測,廠區(qū)的維護(hù)檢修等各類信息系統(tǒng)。它是GIS在電力工程建設(shè)與工程管理領(lǐng)域的具體應(yīng)用,是“數(shù)字電網(wǎng)”或“數(shù)字電廠”的基礎(chǔ)。

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