蔡 穎，王紅亮

(東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院，吉林吉林132012)

輸電線路的設(shè)計(jì)是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前提，其質(zhì)量關(guān)系著線路的投資運(yùn)行費(fèi)用與運(yùn)行的可靠性，線路的路徑選擇在線路設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。

1 輸電線路選線的傳統(tǒng)方法及其存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的選線方法是:首先搜集有關(guān)設(shè)計(jì)線路所需的技術(shù)資料，其次在已掌握的1 10000或1 50000小比例尺地形圖上選出幾個(gè)可行的線路方案，經(jīng)過(guò)全面的分析比較后確定一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)、合理的路線方案［1］?？梢钥闯?，這種選線的方法存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在:

(1)我國(guó)現(xiàn)用的1 10000和1 50000地形圖大都是80年代或更早測(cè)繪的，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展的今天，這些地圖顯然過(guò)于陳舊，無(wú)法反映現(xiàn)狀。

(2)輸電線路的設(shè)計(jì)很大程度上取決于勘測(cè)設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，加之勘測(cè)設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)場(chǎng)受到“視野局限性”的客觀限制，很難選出理想的路徑方案。

(3)設(shè)計(jì)文件不能以數(shù)字的信息形式表達(dá)和匯總，不利于計(jì)算機(jī)建庫(kù)管理

2 3S技術(shù)簡(jiǎn)介及其在輸電線路選線中的應(yīng)用

3S技術(shù)是GIS、RS、GPS的簡(jiǎn)稱，即地理信息系統(tǒng)、遙感及全球定位系統(tǒng)的總稱。作為空間信息處理的這3個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，在空間信息管理中各具特色，均可獨(dú)立完成自身的功能。同時(shí)，它們所能解決的問(wèn)題之間又有很多關(guān)聯(lián)性，在功能上又各自存在著自己獨(dú)有的特性［4］。如果能夠?qū)⑷哂袡C(jī)結(jié)合在一起共同應(yīng)用于輸電線路選線，就能解決輸電線路選線中遇到的空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性差的問(wèn)題，并能提高輸電線路設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

2.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)(簡(jiǎn)稱RS)

遙感技術(shù)通過(guò)探測(cè)地表物體對(duì)電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而獲取這些物體的信息，完成遠(yuǎn)距離識(shí)別物體。通過(guò)對(duì)影像紋理和顏色處理，可有效地識(shí)別地表巖石、土壤，植被，水體等地物［3］。遙感技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)的結(jié)合不僅可以通過(guò)對(duì)遙感相片的分析直接制作普通的1 1萬(wàn)至1 25萬(wàn)比例尺地形圖，而且能夠制作數(shù)字地面模型(DEM)及正射影像圖，還能夠?qū)⒄溆跋駡D疊加到DEM透視圖上，制作真實(shí)三維景觀圖。

由此可見攝影測(cè)量和遙感技術(shù)不僅可以大大縮短地形圖的更新周期，高效地獲取大面積的區(qū)域信息，而且能夠使獲得的信息更加直觀。攝影測(cè)量和遙感技術(shù)的結(jié)合很好的解決了輸電線路選線中地形圖現(xiàn)勢(shì)性差的問(wèn)題。

遙感影像數(shù)據(jù)處理的主要工作包括影像的訂購(gòu)、幾何糾正、影像融合、生成正射影像圖和三維漫游場(chǎng)景等。由于遙感影像圖本身并沒(méi)有坐標(biāo)信息，并且影像在拍攝的過(guò)程中存在著各種幾何畸變，因此幾何糾正就成為影像處理中最重要的環(huán)節(jié)之一。所謂的幾何糾正就是首先在影像上找出和地形圖上地物相匹配的明顯地物作為地面控制點(diǎn)，然后利用地面控制點(diǎn)GCP(Ground Control Point)和數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Mode1)對(duì)各種因素引起的圖像幾何畸變進(jìn)行糾正，并將影像納入用戶所需的坐標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)的數(shù)學(xué)模型對(duì)原始影像進(jìn)行糾正，使其轉(zhuǎn)換為正射影像。地面控制點(diǎn)應(yīng)分布均勻，影像的邊緣部分要有控制點(diǎn)分布，同時(shí)在不同的高程范圍最好都有控制點(diǎn)。地面控制點(diǎn)的數(shù)量因地形地貌的復(fù)雜程度而定，如一幅Spot5影像一般需要15～20個(gè)地面控制點(diǎn)［2］。

由此可見，地面控制點(diǎn)的獲取方法直接影響著遙感影像數(shù)據(jù)處理的精度及速度。使用校正好的1 50000或1 10000地形圖作為地面控制點(diǎn)的來(lái)源，中誤差RMSE(RootMean Squareof Error)值一般可達(dá)到5～10 m。如果精度要求比較高就需要通過(guò)實(shí)地測(cè)量的方法獲取地面控制點(diǎn)。采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，不僅速度慢，而且要求各地面控制點(diǎn)之間以及地面控制點(diǎn)和國(guó)家高級(jí)控制點(diǎn)之間必須通視，在輸電線路經(jīng)過(guò)的山區(qū)這個(gè)條件一般不太容易滿足。如果采用全球定位系統(tǒng)GPS(Global Posi～tioning System)實(shí)測(cè)地面控制點(diǎn)，不僅精度高，觀測(cè)速度快，而且不要求控制點(diǎn)之間通視［2］。

2.2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GPS)

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)是一種空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其原理是利用衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線電波，進(jìn)行距離測(cè)量，觀測(cè)時(shí)進(jìn)行幾個(gè)站的同步觀測(cè)或準(zhǔn)同步觀測(cè)，用幾何方法推求相互間的關(guān)系位置，從而進(jìn)行定軌或定位。其代表有美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲的伽利略定位系統(tǒng)和我國(guó)的雙星定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)GPS能快速地給出目標(biāo)的位置，對(duì)空間數(shù)據(jù)的確定具有特殊意義，目前在車輛導(dǎo)航、工程測(cè)量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙感姿態(tài)控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用［3］。

GPS較為常用的作業(yè)模式有靜態(tài)相對(duì)定位、快速靜態(tài)相對(duì)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位、和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位等。

靜態(tài)相對(duì)定位:采用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上接收設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個(gè)端點(diǎn)，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段45 min至2 h或更多。靜態(tài)相對(duì)定位精度可達(dá)到5 mm+1 ppm·D，(D為基線長(zhǎng)度，單位km。1 ppm·D是指當(dāng)距離為1 km的時(shí)候，比例誤差為1 mm)。作業(yè)布置見圖3。

快速靜態(tài):相對(duì)定位在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站，并安置一臺(tái)接收設(shè)備連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;另一臺(tái)接收機(jī)依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，每點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘?？焖凫o態(tài)相對(duì)定位流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的基線中誤差為5 mm±1 ppm·D。作業(yè)布置見圖4。

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位:在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，安置接收機(jī)工連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;將另一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)先置于1號(hào)站(如圖5)觀測(cè);在保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，將流動(dòng)接收機(jī)分別在2，3，4……各點(diǎn)觀測(cè)數(shù)秒鐘。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位基線的中誤差約為1～2 cm。

動(dòng)態(tài)定位:建立一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;流動(dòng)接收機(jī)先在出發(fā)點(diǎn)上靜態(tài)觀測(cè)數(shù)分鐘;然后流動(dòng)接收機(jī)從出發(fā)點(diǎn)開始連續(xù)運(yùn)動(dòng);按指定的時(shí)間間隔自動(dòng)運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的瞬時(shí)點(diǎn)位精度1～2 cm。

2.3 地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GIS)

地理信息系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，對(duì)地理環(huán)境諸要素進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是以數(shù)字地圖作為主要的平臺(tái)，在數(shù)字地圖中包含了豐富的基礎(chǔ)地理信息，空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計(jì)算機(jī)制圖軟件相區(qū)別的主要特征。高效的空間數(shù)據(jù)管理和靈活的空間數(shù)據(jù)綜合分析能力使GIS在環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源管理、城市區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)等各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。受傳統(tǒng)測(cè)圖方法的限制，地形圖的獲取成為GIS發(fā)展的瓶頸。如果能將攝影測(cè)量和遙感技術(shù)與GIS結(jié)合展現(xiàn)在用戶眼前的就是一個(gè)既具有豐富基礎(chǔ)地理信息，又能夠體現(xiàn)最新的地物地貌的設(shè)計(jì)平臺(tái)。

確定輸電線路路徑的工作主要包括進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建立、地形DEM建立，DEM坡度分析、地表形態(tài)分類、確定線路走向等;以起始點(diǎn)開始，在線桿的檔距范圍內(nèi)，搜尋地形符合要求的區(qū)域;與GIS數(shù)據(jù)庫(kù)信息對(duì)比，排除因已有建筑或地質(zhì)條件不符合等情況的備選位置區(qū)域;分析剩余區(qū)域在輸電線路規(guī)程或施工方便性的可行性水平，得到最佳點(diǎn);依次對(duì)其他點(diǎn)進(jìn)行分析，得最優(yōu)路徑。確定最佳路徑位置的過(guò)程見圖6［5］。

圖6 確定最佳路徑位置的過(guò)程

3 結(jié)束語(yǔ)

輸電線路路徑選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、環(huán)境的以及自然的因素等都對(duì)其有重要影響。采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行選線往往花費(fèi)大量的時(shí)間、人力、物力，效果還不理想。應(yīng)用3S技術(shù)結(jié)合不僅可以提高工作效率而且由于利用了現(xiàn)勢(shì)性較強(qiáng)的遙感影像作為空間數(shù)據(jù)源，還可以大大提高選線的質(zhì)量。由此可見利用3S技術(shù)結(jié)合進(jìn)行選線是輸電線路設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

［1］高首都，李珂.遙感三維可視化技術(shù)在輸電線路選線中的應(yīng)用［J］.地理空間信息，2010，8(5):19-20，23.

［2］李少龍.高分辨率遙感影像在輸電線路選線中的應(yīng)用［J］.山西電力，2009(增1):91-93.

［3］羅相濤.3S技術(shù)新發(fā)展及其在輸電線路選線工程中的應(yīng)用［J］.科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007(7):34-36.

［4］曹軍，覃杰，萬(wàn)芳，馬衛(wèi)方.基于3S技術(shù)的貴州電網(wǎng)輸電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)［J］.啟明星辰，2008，6(8):83-86.

［5］黃維，楊武年.空間分析在電力GIS中的應(yīng)用［J］.科技咨詢，2010(11):143-144.