特高壓工程路徑優化輔助決策支持系統設計與實現

王 剛，崔章順

(北京洛斯達數字遙感技術有限公司，北京 100120)

傳統初步設計選線工作多以CAD為基礎平臺，難以實現數據共享和綜合化分析。路徑方案的優化通常在1:5萬地形圖上進行，由于地圖數據相對陳舊，與現實差別較大，設計人員易對工程環境產生錯、漏等偏差，工作效率低。設計人員工程調查搜集的走廊信息離散，不便于綜合考慮各種基礎信息對路徑走向的影響，實時平斷面掃描和桿塔的自動優化排位更加無從談起，難以做出比較經濟、合理的路徑方案。

GIS具有強大的空間信息采集、存儲、管理、表達、分析和可視輸出功能，易于對各類型數 據進行有效管理和空間分析，對于路徑優化工作有著十分重要的意義。因此，本文在GIS平臺基礎上，集成自動優化排位和大場景三維立體功能，建立特高壓工程路徑優化輔助決策支持系統，通過直觀展現影響線路走向的地物空間分布，輔助線路設計人員充分利用多源信息進行綜合評判，確定推薦方案，并在此基礎上進行桿塔的自動優化排位，并通過立體環境下查看桿塔位置以提高路徑成立可信度，改善作業環境，提高工作效率，從而提高初步設計質量，加深初步設計深度。

1 系統設計

1.1 系統目標

建立基于GIS的特高壓工程路徑優化輔助決策支持系統的主要目標是整合豐富的地理信息、地質信息、工程信息等空間信息，輔助勘測設計人員充分考慮各種因素，進行合理的路徑選擇，借助自動優化排位技術，方便進行技術經濟比較，輔助桿塔規劃，實現優化設計的理念，為業主決策和初步設計服務。

1.2 系統框架結構

系統采用C/S軟件架構，在Microsoft Visual Studio2008開發環境中利用C#進行基于ArcGIS Engine的二次開發；桿塔排位模塊采用C++單獨開發，通過數據接口與GIS功能組件間進行數據信息傳遞，從而實現協調工作。

圖1 系統框架

1.3 系統數據庫

該決策支持系統以大量地理信息為基礎，因此空間數據庫的選擇和設計是否合理、高效、穩定和安全，直接影響到系統開發與應用的水平。考慮到用戶的需求以及工程初步設計的特點，本系統采用File Geodatabase 存儲矢量數據，柵格數據采用文件形式存放在硬盤上。對于相關的描述性數據，直接存在要素屬性表中。系統所需的數據來源多種多樣，根據數據管理和線路設計的需要，分成基礎地理信息、專題信息、土地利用信息等(圖2)。

圖2 數據庫信息結構

1.4 主要功能

特高壓工程路徑優化輔助決策支持系統是一個輔助輸電線路工程初步設計的專業性軟件系統，該系統采用標準的Windows窗口，以菜單、工具欄的形式提供所有功能(圖3)。

根據初步設計工作流程，將系統分成7個功能模塊，分別是數據管理、路徑選擇、平斷面掃描、桿塔排位、統計分析、大場景立體顯示、輸出打印。

(1)數據管理。為用戶提供線路設計所需數據的加載、顯示、查詢和維護，方便用戶進行數據準備、電網地理信息顯示、數據更新和維護。

(2)線路選擇。用戶根據各種地理信息，在二維平面上初步繪制線路可能的多種路徑方案，并對多方案進行管理，亦可以對線路方案的轉角位置進行編輯。而且用戶經過敏感區域時，系統會給出敏感區警告。

(3)平斷面掃描。用戶在指定某方案首尾桿塔位置后，可實時自動提取該線路的平斷面圖[7]，并將結果以不同格式保存。

(4)桿塔排位。包括手工排位和自動優化排位。手工排位功能在用戶通過電子模板將設計參數輸入后，即可增加、移動和刪除桿塔、桿塔屬性修改。自動優化排位功能在輸入桿塔設計參數后，借助自動優化排位工具，從桿塔位置可行性、經濟性等方面實現桿塔排位的自動優化[8]。

(5)統計分析。路徑方案確定后，獲得不同方案的交叉跨越、桿塔數量等信息，方便用戶進行多方案的比選，使設計更具有可行性、經濟性。主要的統計分析指標有線路長度，桿塔數量，平均耐張段長度等。

(6)大場景立體顯示。實現平面視圖和立體視圖的地理坐標關聯顯示，從而方便用戶進行初步設計。在二維平面路徑方案確定后，將立體影像與平面正射影像聯動(放大、縮小、移動等)，方便用戶借助紅綠眼鏡查看塔位，當用戶調整桿塔進行，對應立體影像上位置會實時變更。此處，立體影像采用正射影像與DEM生成[9,10,11]。

圖3 系統界面

(7)輸出打印

輸出打印主要包括兩項功能，其一是專題圖制作和輸出，指對地圖窗口中當前顯示的內容進行整飾和輸出。其二是文件打印，指將線路設計結果、專題圖等文件進行打印預覽和輸出到打印機。

2 工程應用

2.1 工程簡介

溪洛渡—浙西±800kV特高壓直流輸電線路工程線路西起溪洛渡換流站，東至浙西換流站，可研路徑長度1679.9km，途徑四川、貴州、湖南、江西和浙江五省的45個市縣。全線地勢西高東低，以高山、山地和丘陵為主，跨越湘江、贛江等多條河流，沿線自然保護區、風景區、規劃區域、礦區和國防控制用地、水源保護區等敏感區域多，鐵路、高速公路、電力線等交叉跨越多，使得線路走廊規劃更加復雜。

2.2 選線工作流程

系統工作流程包括五個方面內容：

(1)工程項目數據的準備工作。收集可研路徑以及沿線的衛星影像、數字高程模型、專題信息等走廊信息，并對數據進行加工和處理。

(2)用戶將準備好的各類數據導入工作空間，展現到輔助決策支持系統上，為線路路徑的繪制提供數據基礎。

(3)線路設計人員通過數據疊加顯示、平面和立體聯動顯示等，有效地避開礦區、房屋密集區、保護區等敏感區域，減少不確定因素的干擾，確定推薦方案。在此基礎上，自動繪制推薦方案的平斷面圖，并進行桿塔自動排位和立體模型中塔位查看。

(4)設計完成后，對線路的長度、桿塔數、交叉跨越等信息進行統計，為用戶提供初步設計所需的成果數據。此外，用戶可以通過統計指標進行多個推薦方案的比選，從而確定最佳路徑方案。

(5)用戶對設計成果進行專題圖制作、輸出和打印。

2.3 優化結果分析

在可研路徑基礎上，通過初步設計選線工作，有效提高了工程安全可靠性，減少了投資，降低了施工建設難度，減小了對環境的影響，經濟、社會和環保效益明顯，主要表現在：

(1)合理確定整體路徑方案，優化各段接頭點，并對各段局部路徑方案進行了優化，減少轉角個數、縮小轉角度數。路徑方案優化后，縮短路徑長度20km，節省工程投資1.5億。

(2)減少了房屋拆遷，充分體現電力建設和諧發展的理念。借助初步設計平臺，盡可能減少房屋拆遷，降低了施工民事難度，減少工程建設對人民生活造成的不利影響，充分體現了以人為本的理念。通過平臺初步統計，全線優化后房屋拆遷量總計減少1567棟。

(3)縮短跨越林區長度，減少林木砍伐，保護環境。線路經過地區林木較多，通過將衛片解譯結果疊加平臺中，統計各方案跨越林木長度，減少林木跨越和砍伐，從而盡可能地保護林業資源，避免破壞環境。路徑優化后，全線跨越林區長度縮短了34.1km。

(4)借助統一的數據平臺圖形化展示障礙物信息，實現 “按圖說畫”，從而有效避讓風景區、保護區、規劃區、礦區等主要障礙物。

(5)有助于梳理路徑方案中存在的問題。通過預選線方案的直觀展示，有助于設計人員掌握線路與周圍地物關系，提出影響路徑方案的問題，并形成具有可操作性的對策，為重大問題的解決爭取了時間，為工程的順利推進奠定了基礎。

3 結論

基于GIS技術開發的特高壓工程路徑優化輔助決策支持系統，將所有走廊資源信息在地理信息系統的空間框架內顯示和管理，直觀再現路徑方案與周圍地物信息的關系，實現了影響線路走向的數據信息的整合，任意路徑方案的繪制、快速平斷面掃描、自動優化排位等輔助功能，改變了傳統的路徑優化模式，提高了特高壓工程輸電線路初步設計的質量和工作效率，加深了工作深度。該系統強化了對影響線路走向信息的有效利用與挖掘，進而實現路徑選擇的輔助分析決策，符合電力設計單位的要求，具有較強的實用性。通過具體工程實例的應用，進一步驗證了該系統的可行性和實用性。該系統的建設，為特高壓工程路徑優化設計的信息化、科學性提供了一個有效途徑。

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