基于可視化分析技術的220 kV輸變電工程選線方案可行性研究

姜興強，陸肖霞，郭瑤琴

（1.嘉興市自然資源和規劃局，浙江 嘉興314000；2.嘉興市規劃設計研究院有限公司，浙江 嘉興314000）

電力是關系國計民生、國家安全戰略、社會經濟發展的基礎產業，加快高壓電網的選線選址、鋪設更加合理的電網結構成了一項重要工作。為使輸變電工程達到預期效益，在施工前需對設計方案進行整體的可行性研究[1]。傳統的可行性研究多是基于設計方案，采用現場調查、實地踏勘等方式，制約因素多[2]。隨著無人機等高新技術的發展，有些地方已經采用高清影像[3]或者高清影像與DEM相結合[4]的方式來進行研究，但由于不能準確獲取房屋、樹木等地表物體的高程，影響對拆遷量的統計及路徑的選擇判斷。以嘉興市某220 kV 輸變電工程為例，從當前輸電工程項目可研前期的工作內容與要求出發，整合各相關部門的現狀、規劃數據，提出了基于GIS 可視化分析技術的研究方法，對其中的建設目標、總體框架、功能模塊及關鍵技術等進行了深入研究，得到直觀、形象的可視化分析結果，為輸變電工程選線選方案設計、規劃實施提供了重要參考依據。

1 項目概況

2 技術路線

本研究通過整合各部門信息資源，以數據為核心，利用數據關聯分析技術與GIS技術的有機結合，基于無人機航攝技術、傾斜攝影實景三維技術，對輸變電工程的設計方案進行可視化分析，其研究總體流程如圖1所示。

圖1 研究總體流程圖

近年來，嘉興地區保持較快發展，經濟總量不斷擴大。隨著當地經濟發展，用電負荷需求不斷增大。目前電力設施已無法滿足其東南部地區經濟發展需要，亟須建設一個220 kV輸變電工程提供主供電源，改善該區域用電狀況。本文選擇該輸變電工程的設計方案進行可行性研究。

2.1 前期準備

根據研究內容獲取相應的數據：規劃數據、電力設計數據、基礎地理信息數據、專題數據、現狀數據和攝影測量數據等，如圖2所示。

2.2 傾斜攝影數據獲取

圖2 電力專題數據庫

本研究采用多旋翼無人機搭載高分辨率鏡頭在保證下視航向重疊度在80%以上、旁向重疊度在80%以上、像片旋偏角不大于15°的情況下，獲取了1 個垂直、4 個傾斜共5 個不同角度的地面分辨率為5 cm 多視角多方位高分辨率影像，并運用Smart3DCapture 強大的基于圖像密集匹配技術的快速三維場景運算功能，進行傾斜攝影空中三角測量解算、進行地面景物的逼真實景真三維重構，最終得到全要素的三維數字模型及場景模型[5][6][7]。傾斜攝影數據處理及成果制作工藝流程如圖3、圖4 所示：

圖3 傾斜攝影數據獲取及處理流程

圖4 三維模型自動生產流程

對于本研究大范圍海量傾斜攝影數據，須對其進行切塊分割，按照設置的優先等級對分割的區塊內的密集點云構建不規則三角網TIN，通過軟件自動賦予紋理，最后輸出模型清晰逼真的三維數據[8-11]。

2.3 可視化數據分析平臺框架設計

電力可視化數據分析平臺，是以電力設計數據、基礎地理信息數據、規劃數據和傾斜攝影數據等為基礎數據，利用數據集成技術轉化數據并存儲到數據庫中，具有多種數據分析模塊，可使用可視化技術發掘出隱藏信息的平臺如圖5 所示，其設計框架如圖6所示。

圖5 系統總體結構

圖6 平臺設計框架

3 可視化分析

3.1 擬建線路周圍用地情況

利用平臺數據管理、疊加分析、緩沖區分析、空間計算等功能可以清晰的了解擬建線路與用地現狀的關系如圖7 所示，并統計其影響范圍內各用地類型的面積及占比情況如表1所示。

圖7 擬建線路與用地現狀關系情況

3.2 電力系統分析

擬建電力設施是現有電力系統的補充與強化，必須充分考慮現狀電力系統的布局和線路排布，確保擬建輸變電設施布局合理、線路交跨安全、與已有線路和諧。

圖8 擬建線路與現狀電力管線位置情況

表1 影響范圍內各用地類型面積及占比情況

3.2.1 與現狀電力管線關系

與現狀高壓線路情況如圖8所示。

通過疊加分析、碰撞分析等功能可以詳細了解線路中哪些部分與現狀高壓線路存在相交角度小于45°、哪些電力線段存在并行及哪些擬建鐵塔與現狀高壓線距離較近等問題，其中具體情況如表2所示。

表2 擬建線路與現有高壓線的問題情況

3.2.2 與規劃電力管線關系

利用平臺可以詳細了解擬建線路與規劃電力管線關系如圖9 所示，其中擬建方案一、方案二借用了規劃中原有的220 kV電力規劃管線（紅色線段）。

3.3 道路、水系條件分析

3 個方案跨越高速與等級道路、大型河流的位置情況如圖10所示。

利用二三維一體化、空間查詢與量算、顯示表達、凈距分析等功能可以清晰的知道哪些線路鐵塔布設需要微調，哪些線路在跨越高速時高度不足。為后期合理規劃線路路徑跨越位置提供依據，有利于跨越塔架立和放線施工，有效控制工程投資造價。

圖9 擬建線路借用已有規劃高壓線的情況

圖10 擬建線路跨越現有等級道路與大型河流情況

3.4 軌道交通分析

3 個方案與規劃中的軌道交通線路均有多處相交，除了在現狀軌道交通中解決相交處的高度等問題之外，也要同時兼顧軌道交通的規劃部分，避免擬建線路與規劃軌道交通的矛盾。

3.5 引水工程分析

通過分析研究可詳細了解擬建線路與引水工程線路位置情況如圖11所示，為后期與專業部門溝通提供依據，避免與引水工程管線之間的矛盾。圖中藍色線路為引水工程，其中綠色段為兩條線路的相交段。

圖11 擬建線路與引水工程線路相交情況

3.6 居民地建筑影響分析

通過平臺疊置分析、周邊查詢、目標管理、符號化、屬性查詢等功能可分析線路影響現有住宅情況，為后期盡量避免房屋稠密地區，減少征遷數量提供可視化依據。并可根據填挖方分析等技術來估算影響面積大小如表3所示。

3.7 燃氣管線分析

通過可視化分析可清晰的了解線路與現狀燃氣管線的位置關系，為后期高壓輸電線與油氣管線保持安全距離，避免相交，保證燃氣管線的安全運行提供依據。

3.8 廣告牌分析

通過平臺分析線路跟廣告牌的位置關系，來研究設計方案中現有廣告牌是否在高壓輸電線的安全距離之內，以及在強風影響下廣告牌是否會對高壓線路產生影響。

3.9 文物保護情況分析

通過可視化分析來研究影響范圍內有無文保單位，對線路選線及實施是否沒有影響，來保護嘉興文物古跡，傳承文化特色。

表3 擬建線路控制范圍內居民地建筑面積統計

4 結束語

本研究采用包括相交分析、疊加分析、碰撞分析、填挖方分析、凈距分析、數據管理、線路模擬等多種分析技術，將二維設計數據、現狀數據、規劃數據、三維實景等引入到電力工程項目之中，實現了電力信息結合航拍影像的三維動態顯示和數字化管理，為用戶提供了信息的瀏覽、查詢、分析等功能，具有直觀、易操作等優點，有效減少了現場調查時對隱蔽問題的發現與識別，從而大大提高規劃決策的效率與質量。依托于可視化技術，本研究針對于影響因子的評估給出了一系列的空間分析、可視化分析的技術方法與技術依據，通過方法與指標的結合，快速得出各類影響因子對于電力工程的影響。

經過本次可視化分析結果發現：該設計方案在設計過程中嚴格按照國家電網規范標準和嘉興市的“三沿三避”（沿河、沿路、沿廊道；避鄉鎮、避村莊、避規劃）原則，驗證了設計方案實施的可行性；該選線基本符合總體規劃、城鄉用地規劃、土地利用規劃和各鄉鎮總規中的用地條件，少數線段仍需要深入探討研究；該設計方案拆遷能夠控制在預期范圍內，盡量減少征遷數量。