王超

（云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217）

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，以GPS、GIS、RS為主的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)能夠快速獲取地理數(shù)據(jù)，快速獲取圖像信息，并且能夠通過3S技術(shù)的集成具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和分析功能，受到了測(cè)繪、國(guó)土、電力等各行業(yè)的青睞。

電力對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，與我們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，而為了高效率地對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行管理，必須采用新技術(shù)新方法提高管理水平和現(xiàn)代化水平，在這樣的背景下，電力行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，在整個(gè)行業(yè)開始了數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)，該工程巨大，涉及技術(shù)多，是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合的工程。

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)涉及方面眾多，技術(shù)復(fù)雜，本文淺談3S技術(shù)在數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用。

1 “3 S”技術(shù)

全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System,縮寫GPS)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在1994年全面建成，GPS系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)代化和更新完善，是目前快速的高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它的基本功能:導(dǎo)航、定位、授時(shí)。GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)贏得了廣大測(cè)繪工作者的信賴，在測(cè)繪、車輛導(dǎo)航監(jiān)控、國(guó)土資源調(diào)查等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

遙感技術(shù)（Remote Sensing,縮寫為 RS）發(fā)展歷史較早，最初起源于上世紀(jì)60年代的航空攝影測(cè)量技術(shù)，通過像片分析地物的關(guān)系和屬性，生成各種地形圖和專題圖?，F(xiàn)代航空攝影測(cè)量空間分辨率可達(dá)0.05m，特別是現(xiàn)在無人機(jī)航空攝影測(cè)量的出現(xiàn)，擴(kuò)大了攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍。1972年以后，隨著美國(guó)的陸地衛(wèi)星的發(fā)射成功及后來高空間分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星的出現(xiàn)，如QuickBird（快鳥）衛(wèi)星以及Worldview衛(wèi)星的出現(xiàn)，RS系統(tǒng)能夠快速的獲取地面數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)地立體觀測(cè)，影像信息豐富，應(yīng)用廣泛。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，縮寫為GIS），發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史。GIS系統(tǒng)從應(yīng)用的角度由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五個(gè)部分組成，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和分析功能，它利用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論去分析具有空間信息的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行編輯出圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)和管理數(shù)據(jù)，最終提供管理和決策所需要的各種信息。目前，成熟的GIS應(yīng)用軟件不斷推出，同時(shí)GIS還提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，各行業(yè)可以根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和要求開發(fā)適合的地理信息系統(tǒng)。

2 數(shù)字化電網(wǎng)概述

數(shù)字化電網(wǎng)是在電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)代化過程中提出的，是當(dāng)今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新方向。各電網(wǎng)公司一直以來重視新技術(shù)的推廣應(yīng)用，尤其是數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)，南方電網(wǎng)公司提出包含數(shù)字化和智能化的“數(shù)字南方電網(wǎng)”，并成立了智能化電網(wǎng)技術(shù)研究工作小組，開展技術(shù)研究。

數(shù)字化電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以信息流為導(dǎo)向，數(shù)字化電網(wǎng)按照邏輯分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、傳輸層、應(yīng)用層和展現(xiàn)層，并采用先進(jìn)的信息通信和電力控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)分層集成和監(jiān)控。數(shù)字化電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)各層次基于公共標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有系統(tǒng)性和開放性的特點(diǎn)。

數(shù)字化電網(wǎng)主要包括:數(shù)字化配電網(wǎng)、數(shù)字化輸電網(wǎng)、數(shù)字化變電站數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)，必須依靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮暧^規(guī)劃，以設(shè)計(jì)帶動(dòng)基建及電網(wǎng)整體水平的提升，而設(shè)計(jì)部分又是電力設(shè)計(jì)院的優(yōu)勢(shì)和責(zé)任，需要改變思想觀念，引領(lǐng)進(jìn)程；數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)本身又是一個(gè)逐步規(guī)范和逐步實(shí)施的建設(shè)過程，也是持續(xù)建設(shè)和逐步積累的過程。數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的基本目的是有效指導(dǎo)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)過程中的日常管理等工作。

3 數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)主要技術(shù)及方法

3.1 RS影像數(shù)據(jù)獲取

遙感影像獲取通常有兩種途徑:航空攝影測(cè)量及衛(wèi)星遙感。兩種方法獲取的影像分辨率，影像信息及成圖比例尺存在差異，應(yīng)用范圍也不相同。

衛(wèi)星遙感方法獲取的影像空間分辨率通常不高，如法國(guó)的SPOT-5衛(wèi)星，經(jīng)過圖像融合后空間分辨率為2.5m全色，此分辨率影像可以輔助電力線路設(shè)計(jì)，從影像進(jìn)行路徑初選等工作；而Worldview影像分辨率為0.5m，立體像對(duì)的衛(wèi)星影像可以進(jìn)行立體測(cè)圖，生成正射影像（DOM），建立數(shù)字高程模型（DEM）等。

在衛(wèi)星影像選擇時(shí)，有以下基本原則:（1）最佳時(shí)相；（2）最佳空間分辨率；（3）最佳波段組合。衛(wèi)星影像一定要選擇最新的能夠反應(yīng)測(cè)繪調(diào)查區(qū)域現(xiàn)狀的影像，影像質(zhì)量要好，云量覆蓋要少或者基本沒有，同時(shí)傳感器的傾角、影像分辨率等滿足要求。

為了獲得較新的分辨率較高的影像，電力行業(yè)通常進(jìn)行航空攝影測(cè)量，進(jìn)行航飛獲得分辨率較高的航片，航片精度可達(dá)5cm，可以滿足大部分電力工程需求?，F(xiàn)在無人機(jī)攝影測(cè)量的出現(xiàn)，電力行業(yè)也在嘗試無人機(jī)航空攝影測(cè)量。

在航空攝影測(cè)量的方法中，首先要確定測(cè)區(qū)范圍，然后根據(jù)范圍和測(cè)區(qū)情況優(yōu)化設(shè)計(jì)航線，航線設(shè)計(jì)非常重要，然后準(zhǔn)備攝影膠片，計(jì)算攝影航高、攝影比例尺等參數(shù)。獲得航片后還要檢查航片質(zhì)量，如重疊度，影像灰度、色調(diào)等，對(duì)影像進(jìn)行處理。

3.2 GPS外控及調(diào)繪

GPS具有速度快、定位精度高的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要，影像數(shù)據(jù)必須是經(jīng)過嚴(yán)格糾正的某一成果坐標(biāo)系統(tǒng)的成果，如1980西安坐標(biāo)系（國(guó)家坐標(biāo)系）。在影像獲取和初步處理之后，就必須對(duì)影像糾正，而糾正一般是采用基于像控點(diǎn)（GCP）的多項(xiàng)式糾正方法，該方法數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，糾正精度滿足要求。關(guān)于像控點(diǎn)（GCP）的選擇需滿足如下條件:（1）控制點(diǎn)數(shù)量足夠；（2）控制點(diǎn)分布均勻；（3）控制點(diǎn)點(diǎn)位特征明顯。

實(shí)際的GPS控制測(cè)量時(shí)，首先需要有已知的一定數(shù)量國(guó)家三角點(diǎn)和國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)，并且等級(jí)較高而且分布較好；觀測(cè)方法可以采用“邊連式”的方法，或者采用快速靜態(tài)相對(duì)定位的方法；采用TGO軟件嚴(yán)密平差計(jì)算，得到滿足糾正要求的控制點(diǎn)成果。

在對(duì)像片進(jìn)行糾正之后，有時(shí)候還需要借助RTK技術(shù)（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)）對(duì)塔位、電桿、變電站及電力設(shè)施進(jìn)行測(cè)量以確定點(diǎn)位坐標(biāo)信息。

另外，以航片和衛(wèi)片為基礎(chǔ)，實(shí)地調(diào)繪地名、道路、水系、地類、變化地物等，同時(shí)還要采集電力塔實(shí)景照片、錄像、電力設(shè)施照片等資料用于后期數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

3.3 基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)分析與設(shè)計(jì)

3.3.1 GIS的數(shù)據(jù)需求

GIS數(shù)據(jù)格式主要有:柵格數(shù)據(jù)（Raster）、矢量數(shù)據(jù)(Vector)、不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)。在數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中，首先分析需求的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式。需求的數(shù)據(jù)如下:

3.3.2 GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和原則

數(shù)字化電網(wǎng)是希望通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，連接參與輸電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)和維護(hù)的所有用戶，進(jìn)行所有輸電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的全數(shù)字化表達(dá)?；贕IS的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)目的是充分整合和兼容已有系統(tǒng)，以統(tǒng)一的信息系統(tǒng)為平臺(tái)，是開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠高效及時(shí)應(yīng)變需求變化。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)中心或者其他方式間接獲得輸電線路、變電站等運(yùn)行、調(diào)度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并提供直觀的顯示效果。

系統(tǒng)建設(shè)希望體現(xiàn):空間上宏觀性和全局性；時(shí)間上貫穿各建設(shè)階段；功能上全面覆蓋現(xiàn)有的業(yè)務(wù)應(yīng)用；信息化對(duì)象包含所有業(yè)務(wù)相關(guān)用戶。同時(shí)，在基于GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮以下基本原則:（1）提供基本的工作平臺(tái)；（2）貼近用戶實(shí)際需要；（3）數(shù)據(jù)形式多樣化；（4）直觀的線路運(yùn)行模型景觀；（5）界面/操作環(huán)境友好。

3.3.3 數(shù)據(jù)處理的一般技術(shù)流程

3.3.4 基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)基本功能

圖形操作功能:二維圖形顯示和控制、疊加像片功能、二維圖形查詢（二維空間查詢、二維屬性查詢、線路走廊區(qū)域查詢）、二維圖形編輯（修改、刪除、移動(dòng)、復(fù)制、打斷、合并、交叉跨越、保存）、二維三維聯(lián)動(dòng)顯示、三維操作（漫游、查詢、矢量層操作、三維工具計(jì)算）。

臺(tái)帳管理及查詢功能:換流站臺(tái)帳管理、線路臺(tái)帳管理、線路統(tǒng)計(jì)查詢、線路交叉跨越查詢。

報(bào)表及線路附屬信息管理:桿塔明細(xì)報(bào)表、作業(yè)記錄、附屬設(shè)施明細(xì)表、維護(hù)記錄表等。

輔助工具:缺陷警示、最短路徑查詢、安全距離量算、植被分析演示、桿塔斷面圖、專題圖輸出。

4 數(shù)字化電網(wǎng)應(yīng)用淺析

電力行業(yè)，各電力設(shè)計(jì)院是數(shù)字化電網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要執(zhí)行者，承擔(dān)了更多的責(zé)任，現(xiàn)在已經(jīng)在很多地區(qū)的跨區(qū)電網(wǎng)中得到應(yīng)用，相應(yīng)的應(yīng)用平臺(tái)和產(chǎn)品也很多，也有很多優(yōu)秀的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)。但是，數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)新穎、涉及領(lǐng)域眾多，且實(shí)際工程情況復(fù)雜多變，所以數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)存在成績(jī)和不足。

數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用中，其基本功能和應(yīng)用舉例如下:

4.1 數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)的圖形操作功能

4.2 數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)的輔助工具功能

從以上示例可以看出，數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)電力行業(yè)的技術(shù)革新，為電網(wǎng)建設(shè)和電力更好地服務(wù)社會(huì)發(fā)揮了重要作用。但是，必須提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，重視用戶的需求分析，提出更好的解決方法和數(shù)據(jù)分析處理模式，對(duì)GIS系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終使基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)功能更強(qiáng)，操作更合理、更實(shí)用，滿足數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)各方面的需求。

5 結(jié)束語

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)是整個(gè)電網(wǎng)行業(yè)的熱點(diǎn)話題，數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)又是涉及面教廣的系統(tǒng)工程。3S技術(shù)是測(cè)繪領(lǐng)域的新技術(shù)和發(fā)展方向，在很多領(lǐng)域都有集成和應(yīng)用。本文介紹了基于3S技術(shù)的數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)方法，對(duì)數(shù)字化電網(wǎng)的基本功能作了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)涉及的GPS、RS、GIS技術(shù)也分別作了介紹。

圖2

圖3 三維顯示和查詢功能

圖4 數(shù)字化電網(wǎng)的輔助工具應(yīng)用

當(dāng)然，要深入了解數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)及其建設(shè)過程，以及數(shù)字化電網(wǎng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用等方面的內(nèi)容，還需要進(jìn)行更多的研究和開發(fā)。

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)是電力行業(yè)的必需工作，筆者認(rèn)為，隨著數(shù)據(jù)獲取方法的改進(jìn)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高，隨著電網(wǎng)需求的變化以及行業(yè)的重視，基于3S技術(shù)的數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用會(huì)更加成熟，發(fā)揮越來越重要的作用，數(shù)字化電網(wǎng)會(huì)在未來具有更加重要的影響力，推動(dòng)整個(gè)電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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