基于GIS分析的風電場道路選線的研究

高勇+程育俠

摘 要：以實際項目為例，基于GIS軟件，對風電廠地形、地物分布、風電廠道路進行了分析，通過綜合分析綜合費用權(quán)值，對風電場道路實現(xiàn)了自動化選線。

關(guān)鍵詞：風電場道路；GIS軟件；國家電網(wǎng)；風能

中圖分類號：TU984.191 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.11.039

隨著全球能源的緊缺，風能成為發(fā)展最快的可再生能源。但由于國家電網(wǎng)等其他因素，北方地區(qū)限電嚴重，投資者已經(jīng)將投資的重點轉(zhuǎn)移到南方地區(qū)。

南方平原地區(qū)的特點為人口密度大、人均土地資源較少，因此，土地價格相比于北方地區(qū)差異較大。而南方山地、丘陵不僅地形復(fù)雜，而且地表覆蓋復(fù)雜，山區(qū)內(nèi)仍有較多的村莊。因此，風電場道路選線的可實施性和經(jīng)濟性評估非常重要。

本文以內(nèi)蒙古實際項目為例，結(jié)合GIS軟件，提出了風電場道路優(yōu)化選線的方法。

1 工程概況

內(nèi)蒙古固陽興順西100 MW風電場位于內(nèi)蒙古包頭市固陽縣興順西鎮(zhèn)，風電場風能資源豐富，地形、地質(zhì)、交通和接入系統(tǒng)條件良好，具有良好的風電場建設(shè)條件。場區(qū)范圍約33 km2，風電場擬建45臺風力發(fā)電機組。

2 技術(shù)流程

本次在設(shè)計階段收集到風電場測繪地形圖以及場區(qū)范圍內(nèi)國土林業(yè)地類規(guī)劃圖。利用CAD地形圖提取場區(qū)的地形高程，得到矢量數(shù)據(jù)格式的shp文件，同時，利用測繪地形圖得到風電場內(nèi)原有道路路徑shp線文件以及場區(qū)內(nèi)村落的面文件。將收集到的國土林業(yè)地類規(guī)劃圖進行矢量處理。利用ArcGIS軟件建立各因素圖層的道路選線屬數(shù)據(jù)庫，錄入風電場范圍內(nèi)的地物信息，通過矢量與柵格數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化功能，分別建立數(shù)字地物模型。通過疊加分析功能將各圖層進行加權(quán)疊加，建立道路選線的綜合費用模型，調(diào)用成本距離、成本路徑函數(shù)模型，最終確定風電場總的道路布置。

3 道路選線的相關(guān)因素分析

3.1 坡度分析

在道路設(shè)計中，道路的坡度與風機運輸車輛的動力特性有很大的關(guān)系，風電場相關(guān)道路設(shè)計標準規(guī)范根據(jù)對實際工程的應(yīng)用設(shè)計，干線道路按照最大縱坡不大于10%、最大坡長不超過200 m控制，支線道路可以按照最大縱坡不大于12%、最大坡長不超過100 m控制。條件允許的情況下，可以采用較高的

縱坡指標，比如采用一些輔助措施（輔助牽引）時，縱坡的最大坡度也適合放寬到14%，以使線路布置更加合理，并能方便施工、減少投資。我們對風電場地形進行坡度分析時，利用表面分析模塊對風電場地形進行坡度分析，如圖1所示。

由于坡度圖層是不能直接進行道路選線的成本柵格計算的，因此，需要進行重分類，對分類等級賦予相應(yīng)的權(quán)值。本次風電場地形比較簡單，因此，對風電場坡度分3級，分別為0°～3°、3°～5°、5°～8°，對應(yīng)的權(quán)值為1，2，3，如圖2所示。其中，深黑色的地方為地形坡度相對較大，因此，修建工程土方工程越多，相應(yīng)的費用就越大。

3.2 地類地物分析

風電場范圍內(nèi)的地物因素對道路選線的適宜性有一定的影響，可以將各種地物看成道路布線的障礙。在風電場未測繪進行之前，可以根據(jù)相關(guān)的遙感地圖以及國土相關(guān)、林業(yè)的相關(guān)資料進行提取，或根據(jù)遙感影像進行提取分類。本次利用風電場內(nèi)的測繪地形圖以及土地規(guī)劃利用等相關(guān)資料繪制了風電場內(nèi)的地物分類圖，最終結(jié)果如圖3所示。

各種地物因素在道路選線費用模型中的權(quán)重，由地物所占土地的征用費、地物拆遷和居民的安置費用、修筑建筑結(jié)構(gòu)物來跨越地物的建筑費等綜合確定。本次考慮風電場范圍內(nèi)的主要因子有荒地、耕地、林地以及居民用地，預(yù)計其費用并給出相應(yīng)的權(quán)值分別為1，4，8，64，圖4為地物重賦值圖。

4 最優(yōu)路徑的選擇

本次根據(jù)現(xiàn)場單位長度坡度對施工道路費用成本的影響以及地類對施工道路征地成本的影響的費用比值按1∶1考慮，從而確定本次選線綜合費用模型，如圖5所示。

根據(jù)道路選線的綜合費用權(quán)值，調(diào)用ArcGIS空間分析的成本距離加權(quán)函數(shù)（cost Weighted），計算得到道路選線的方向柵格，調(diào)用最小成本路徑函數(shù)，得到研究區(qū)域各個單元的最小累計權(quán)值，計算各個單元選線的適宜性程度，從而確定最優(yōu)風電場道路分布，最終風電場道路選線結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)束語

風電場道路選線是風電場道路建設(shè)中的一個重要環(huán)節(jié)，道路選線將直接影響到風電工程投資、建設(shè)工期等。近些年來，風電場道路選線的方法很多。本次利用GIS強大的空間分析功能，將其作為道路選線的輔助分析工作，以實現(xiàn)道路選線的自動化、智能化為目的進行風電場道路選線研究。

本次選線綜合考慮風電場地形坡度的影響，分析了風電場地形坡度以及地類地物對風電場道路選線的影響。通過地形坡度與地類地物對風電場道路選線影響的結(jié)合，通過成本路徑分析構(gòu)建了風電場道路選線的模型。風電場選線是一項因素復(fù)雜、具有綜合性的工作，雖然本文通過GIS技術(shù)提出了風電場道路選線的方法，但在實際工程中還需要進一步完善。不同的地區(qū)、地形，現(xiàn)場單位長度坡度對施工道路費用成本的影響以及地類對施工道路征地成本的影響的費用比值是不同的。由于數(shù)據(jù)有限，本次僅針對地形地物進行分析，未考慮地質(zhì)以及社會環(huán)境因素。這種風電場道路選線的方法還需要大量的實際工程進行驗證。

參考文獻

[1]劉志平.山地風電場道路選線的優(yōu)化[J].中國西部科技，2011，10（08）.

[2]陳康東，李曉梅.丘陵地區(qū)風電場道路路線設(shè)計及要點分析[J].太陽能學報，2013（02）.

[3]全伯仲.淺析風電場道路設(shè)計思路[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010（03）.

[4]付文俊.金紫山風電場內(nèi)道路設(shè)計[J].紅水河，2011（12）.

[5]周莉莉.山區(qū)風電場場內(nèi)道路設(shè)計[J].中國科技博覽，2011（09）.

[6]姜亞莉，張延輝.GIS空間分析應(yīng)用領(lǐng)域[J].四川測繪，2004，27（03）.

[7]孫英君，陶華學.GIS空間分析模型的建立[J].測繪通報，2001（11）.

〔編輯：張思楠〕