GIS和遙感分析技術(shù)在電力優(yōu)化選線上的應(yīng)用研究

（江蘇師范大學(xué)地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

【摘要】：遙感圖像中各類物體的光譜、紋理等特征進(jìn)行處理，從而判斷出物體的種類，這對于電力優(yōu)化選線的研究幫助很大。本文介紹了GIS和遙感技術(shù)的特點(diǎn)，基于此提出了基于遙感技術(shù)的輸電線路徑選擇方法，列舉了遙感技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，分析了該實(shí)例的圖像處理結(jié)果及其對輸電線路徑選擇的指導(dǎo)意義，最后總結(jié)了GIS和遙感分析技術(shù)在電力優(yōu)化選線上的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】：GIS；遙感分析技術(shù)；電力優(yōu)化選線；地表特征提取

引言

輸電線路徑選擇是電力工程設(shè)計的首要任務(wù)之一，路徑勘探是電力路徑設(shè)計的前提，路徑選擇的好壞影響著電力系統(tǒng)的安全性、便利性和經(jīng)濟(jì)性。隨著各種新興技術(shù)的出現(xiàn)，電力路線勘探技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，目前輸電線路徑選擇已廣泛采用衛(wèi)星拍照、航拍、全數(shù)字?jǐn)z影測量等高科技技術(shù)，為設(shè)計合理、經(jīng)濟(jì)的電力路線提供了指導(dǎo)。其中，GIS和遙感技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，是目前流行的電力優(yōu)化選線技術(shù)。

1. GIS和遙感技術(shù)特點(diǎn)

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一種具有空間三維信息的信息系統(tǒng)，通過傳感器、計算機(jī)、軟件程序等軟硬件設(shè)施，對地理表面空間的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后計算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和分析處理，最后得到詳細(xì)的地理狀況描述。遙感技術(shù)是通過衛(wèi)星或者飛機(jī)發(fā)射和接收電磁波，從而探測地表的地理形貌特征，能夠非常方便地得到地球環(huán)境資源信息。在電力路徑選線中，遙感技術(shù)可以實(shí)時、高效快速地獲取地面的地理信息，對輸電線沿路的地質(zhì)地貌特征也能進(jìn)行處理，擇優(yōu)選取最佳路徑。通過GIS和遙感技術(shù)，分析輸電線沿路地理特征，有利于提高設(shè)計工作的效率和設(shè)計的合理性，這也是數(shù)字化、自動化、信息化電力工作改革的進(jìn)展之一。

2.基于遙感技術(shù)的輸電線路徑選擇方法

GIS和遙感技術(shù)在電力優(yōu)化選線當(dāng)中的應(yīng)用，其中存在一些關(guān)鍵性的技術(shù)問題，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）對于輸電線路徑選擇有用的信息需要被提取出來，主要是居民區(qū)、公路、水體和沿線的建筑物等信息，這些因素是鋪設(shè)輸電線的阻礙因素，這些信息的提取涉及到多光譜遙感數(shù)據(jù)的地表信息自動提取方法。

（2）利用遙感立體影像數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，可以提供輸電線路徑的沿線地表坡度，從而更好的指導(dǎo)路線的設(shè)計選擇。

（3）將遙感技術(shù)獲得的地表信息等數(shù)據(jù)，集成到GIS系統(tǒng)中，構(gòu)建GIS空間分析模型，通過對模型的處理，得到居民區(qū)、水體、道路等物體自動識別結(jié)果，從而設(shè)計合理的線路，能夠繞開這些區(qū)域，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

遙感圖像地表信息提取算法是對遙感圖像中的物體光譜特征和紋理特征進(jìn)行分析，設(shè)置了多個特征變量對物體的光譜、紋理特征進(jìn)行描述，通過確定多個特征變量的值，進(jìn)行流程判斷處理，從而得到最終的處理結(jié)果。參與決策樹分類的四個特征描述變量分別為：多光譜波段的亮度值、NDVI（歸一化植被指數(shù)）和第一波段紋理對比度參數(shù)（Band1Con）等。遙感圖像的地表信息提取流程可以描述為：原始圖像進(jìn)行處理后，歸一化植被指數(shù)NDVI數(shù)值分類進(jìn)行處理，NDVI≥0.1時，為水體或陰影，進(jìn)一步判斷B4的數(shù)值，B4≤115為水體，否則為陰影。NDVI<0.1時，為非水體類地物，對NDVI的進(jìn)一步分析，可以分別出是道路、居民地裸土，還是林地、耕地；再對道路、居民地裸土情況下的第一波段紋理對比度參數(shù)（Band1Con）數(shù)值進(jìn)行比較，Band1Con>0.6的為居民地、水泥道路，Band1Con<0.6的為瀝青道路裸土，對其他特征參數(shù)的進(jìn)一步辨識，可以確定哪些是裸土、瀝青道路、水泥道路或者居民地。

3.遙感技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

選取面積尺寸為5KmX16Km的范圍區(qū)域作為研究對象，設(shè)計電力線路的最佳路徑。根據(jù)實(shí)地勘探的結(jié)果可知，研究區(qū)域的地貌特征主要為低山丘陵地帶，山體最大海拔為250m，地勢主要為平坦地勢，區(qū)域內(nèi)存在分布復(fù)雜的水系、河流交錯，但是研究區(qū)域內(nèi)沒有不良的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。道路分布情況，區(qū)域內(nèi)交通線路復(fù)雜，有高速公路、國道、省道等多條道路。居民地分布情況，研究區(qū)域內(nèi)有建筑物集聚比較緊密的城鎮(zhèn)2個，還有許多規(guī)模大小不一的村落，城鎮(zhèn)周邊存在污水處理廠、垃圾處理廠、自來水廠、制藥廠等。這些地理要素的分布都是輸電線路徑設(shè)計需要考慮的要素，因此對這些數(shù)據(jù)的處理比較麻煩。

現(xiàn)在選取17個GPS控制點(diǎn)，對遙感圖像進(jìn)行校正，誤差控制在2個像素以內(nèi)，采用文中之前提出的地表信息提取算法進(jìn)行處理，主要辨別出居民區(qū)、道路、水體等物體，這些影響因素對輸電線路的設(shè)計具有非常大的影響。如圖1所示為地表信息提取算法的處理結(jié)果，地表信息提取算法是根據(jù)影響的特征區(qū)別，從模板樣本中進(jìn)行學(xué)習(xí)，提取相關(guān)的分類規(guī)則，再對遙感圖像進(jìn)行處理，分析圖像的光譜特征、紋理特征和空間分布特征，再進(jìn)行層層判斷，最后得到各種物體的分類結(jié)果。

4.實(shí)例結(jié)果與分析

根據(jù)圖像的處理結(jié)果，可以清晰地看到研究區(qū)域土地的類型有道路、居民地、水體、背景地物等實(shí)體，在圖1中，分別以不同顏色的圖標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識：各種白色筆直狹長的區(qū)域?yàn)榈缆罚瑝K狀的深色區(qū)域?yàn)榫用竦兀瑥澢莫M長黑色帶為水體，灰色的部分為背景地物。遙感圖像的處理存在很多不確定的因素，各種地表物體由于結(jié)構(gòu)、顏色、組成等物理性質(zhì)的不同，使得不同物體對電磁波的反射效果有不一樣的結(jié)果，在光譜圖中的特征差異有的非常大，容易辨別，而有的差異比較小，很難進(jìn)行辨別。因此，需要通過設(shè)計多個特征變量進(jìn)行判斷，，地表信息提取算法中設(shè)計了多個光譜、紋理辨別特征量，4 個多光譜波段的亮度值、ND VI（歸一化植被指數(shù)）和第一波段紋理對比度參數(shù)（Band1Con）等6個特征變量。

5.結(jié)語

GIS和遙感技術(shù)的應(yīng)用，可以根據(jù)多種類型的遙感數(shù)據(jù)，建立地表的三維空間地理信息，這都是基于遙感圖像的光譜、紋理信息處理結(jié)果得到的。然后采用地表信息提取算法有效地區(qū)分出地表物體的種類，如居民區(qū)、道路、河流、山體等特征明顯的物體。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，獲取的數(shù)據(jù)精度將會進(jìn)一步提升，能夠得到的地表信息也會越來越多。這些信息的獲取，對輸電線路徑的規(guī)劃具有非常大的指導(dǎo)意義，可以節(jié)省很多的物力和財力，具有重大的經(jīng)濟(jì)價值。

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作者簡介：王雙飛 （1994.09.23—），男 ，單位：江蘇師范大學(xué)地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院 ，研究方向 ：地信/遙感 。