常紅斌，張 輝

(新疆電力設(shè)計(jì)院，新疆 烏魯木齊 830002)

GoodyGIS在電力工程測繪中的應(yīng)用

常紅斌，張 輝

(新疆電力設(shè)計(jì)院，新疆 烏魯木齊 830002)

在電廠和輸電線路的可研和初設(shè)階段中，需要測繪人員向設(shè)計(jì)專業(yè)人員快速地提供小比例尺地形圖和線路平(斷)面圖作為設(shè)計(jì)依據(jù)和參考，而傳統(tǒng)的作業(yè)模式無法滿足上述要求。為此提出運(yùn)用GoodyGIS軟件提供的免費(fèi)衛(wèi)星航空影像資源數(shù)據(jù)來快速獲取地形圖、平(斷)面圖的方法和線路路徑優(yōu)化方法以滿足設(shè)計(jì)的需求。結(jié)合具體工程實(shí)例進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，確認(rèn)方法在電力工程應(yīng)用中的可行性和實(shí)用性。

GoodyGIS;廠區(qū)選址;輸電線路;地形圖;平斷面圖

GoodyGIS(谷地地理信息系統(tǒng))是一款基于Google Earth API二次開發(fā)的免費(fèi)資源地理信息系統(tǒng)軟件，除具有Google Earth所具有的功能外，又增加了谷歌高程數(shù)據(jù)提取、SRTM高程數(shù)據(jù)下載、等高線繪制、地形圖和斷面圖生成、AutoCAD、KML、GPS、Shape和Excel文件導(dǎo)入/導(dǎo)出地球、坐標(biāo)糾正、地圖疊加等功能。免費(fèi)影像資源一般公布的是1～3年前的衛(wèi)星和航空影像照片，并和真實(shí)的地球物理信息做了匹配，其地形、海拔、經(jīng)緯度信息和GPS輸出的經(jīng)緯度信息完全重合，具有很高的民用價(jià)值。衛(wèi)星和航空數(shù)據(jù)來源豐富，全球地貌影像有效分辨率通常為30 m，針對(duì)大城市和建筑物區(qū)域能提供分辨率為1 m和0.6 m左右的高精度影像，視角高度約為500 m和350 m[1-2]。

1 選址地形圖、輸電線路平(斷)面圖生成和線路路徑優(yōu)化

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力負(fù)荷不斷增大，大型火電廠、水電站、風(fēng)電場和太陽能等新興能源項(xiàng)目迅速崛起。通常情況下上述項(xiàng)目在報(bào)審前都要做可行性研究和廠址、線路的選擇等前期工作，但收集的地形圖往往現(xiàn)時(shí)性較差，不能滿足現(xiàn)有工程的需要，而GoodyGIS軟件所提供的影像一般都比較新，能彌補(bǔ)以上不足，可為電力工程的前期工作或精度要求不高的可研和初設(shè)階段提供很好的服務(wù)。

1.1 GoodyGIS軟件在電力行業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)[3]

1)節(jié)省購買地形圖和航測的費(fèi)用，能夠提供免費(fèi)且現(xiàn)時(shí)性好的影像數(shù)據(jù)，能真實(shí)、準(zhǔn)確反映實(shí)際的地形地貌；

2)影像分辨率高，部分地方能達(dá)到1 m以內(nèi)，為平面測圖提供保障；

3)絕對(duì)高程精度較差，平地誤差約為2 m，平丘誤差約為10 m，山區(qū)誤差約為30 m，但相對(duì)精度較好[4]；

4)可以提取片區(qū)所需坐標(biāo)和高程并生成地形圖，轉(zhuǎn)換成CAD下的DWG格式；

5)增加了輸電線路選線工具，可以沿線路走向提取高程并生成平(斷)面圖；

6)影像圖下載拼接并導(dǎo)出。

1.2 利用GoodyGIS軟件制作地形圖

電廠、灰場、水電站、風(fēng)電場等選址時(shí)一般由測繪人員向設(shè)計(jì)方提供小比例尺地形圖，供設(shè)計(jì)方對(duì)環(huán)評(píng)、土方、匯水面積等因素進(jìn)行綜合性考慮并做出決策，在此階段對(duì)地形圖的精度要求一般較低，通常1∶1萬～1∶10萬比例尺地形圖即可滿足設(shè)計(jì)要求，此時(shí)可直接利用GoodyGIS軟件中的快速生成功能直接生成地形圖[5]。具體步驟見圖1。

圖1 利用GoodyGIS軟件制作地形圖流程

龔明劼等人研究得出的影像空間分辨率R與地圖比例尺(1/M)的關(guān)系，可用式(1)表示[6]。

(1)

式中:L為人眼視覺分辨率，其值可取0.1～0.4 mm。確定不同成圖比例尺的地圖對(duì)遙感影像的空間分辨率的要求，見表1。目前電力項(xiàng)目的可研階段所需的比例尺為1∶1萬～1∶10萬，其對(duì)應(yīng)的影像空間分辨率為0.5～20 m,故目前GoodyGIS軟件提供的影像地圖完全滿足要求。

表1 比例尺對(duì)應(yīng)的影像空間分辨率范圍

衛(wèi)星影像截取時(shí)，按影像分辨率的大小分為1～19級(jí)，假設(shè)影像質(zhì)量級(jí)別為M，根據(jù)PSG：3785投影下的分辨率計(jì)算為

(2)

式中：當(dāng)M=16時(shí)，16級(jí)別的影像分辨率=2.4 m；當(dāng)M=18時(shí)，18級(jí)別的影像分辨率=0.6 m；當(dāng)成圖精度要求為1∶1萬時(shí)，將M設(shè)置為16；當(dāng)成圖精度要求為1∶5000時(shí)，將M設(shè)置為17；當(dāng)成圖精度要求為1∶2000時(shí)，將M設(shè)置為18[7]。

1.3 利用GoodyGIS軟件進(jìn)行輸電線路選線和高程數(shù)據(jù)自動(dòng)提取生成平(斷)面圖[8-9]

1)GoodyGIS是以WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)為框架，投影采用墨卡托投影，與GPS基本一致。

首先將設(shè)計(jì)方提供的大致轉(zhuǎn)角坐標(biāo)制作成KML文件，導(dǎo)入到軟件中并用地標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注，生成大概路徑，然后在GoodyGIS圖上進(jìn)行影像判別，對(duì)沿線的村莊、林帶、道路、建筑、河流湖泊、具有地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域和具有規(guī)劃區(qū)、軍事區(qū)等特殊點(diǎn)位進(jìn)行避讓，并充分考慮已有線路的走向和分布、電廠位置等因素進(jìn)行線路優(yōu)化的逐段調(diào)整，對(duì)影像不清楚的地方或有疑問的地方可以到實(shí)地進(jìn)行踏勘比較，直到方案確定。

2)將最終確定的路徑連接成整條線段，利用GoodyGIS軟件里的輸電線路選線功能進(jìn)行線段選取，設(shè)置采樣間隔，提取高程數(shù)據(jù)并生成平(斷)面圖，輸出所需坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)成果信息。

3)將生成的平(斷)面圖利用相關(guān)軟件轉(zhuǎn)換成ORG文件，再導(dǎo)入到道亨SLW軟件中生成平(斷)面圖進(jìn)行預(yù)排桿塔位，設(shè)計(jì)方根據(jù)排位成果可以進(jìn)行各種材料的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，與傳統(tǒng)的作業(yè)方法相比，測量和設(shè)計(jì)人員可以通過GoodyGIS軟件將線路沿線的大致地形地貌很形象、直觀地反映在大腦里，可以進(jìn)行快速的查詢?yōu)g覽和調(diào)整路徑，提高選線工作效率，減輕外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工期。

2 工程應(yīng)用

2.1 地形圖生成應(yīng)用

2.1.1 風(fēng)電場測區(qū)概況

地形圖生成應(yīng)用以新疆木壘風(fēng)電場為例，測區(qū)為丘陵地帶，以戈壁為主，中間部分有山體，高差總體起伏不大，測區(qū)面積約為16 km2，施工圖階段要求測圖比例為1∶2000，為說明GoodyGIS軟件的實(shí)用性，筆者用該軟件制作了1∶2000的地形圖，并對(duì)兩者進(jìn)行比較。

2.1.2 地形圖制作

將測區(qū)的4個(gè)角點(diǎn)WGS84坐標(biāo)制作成KML文件，按多邊形形式導(dǎo)入到GoodyGIS軟件中，在軟件中應(yīng)用等高線繪制功能，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置(等高距、采樣間隔、線寬、注記等)，本測區(qū)共在三維顯示界面中提取6865個(gè)點(diǎn)的高程，所需時(shí)間約為10 s，生成的地形圖可以在GoodyGIS軟件中直觀地感受到，還可以旋轉(zhuǎn)地圖將等高線套合在地面上，形象逼真，最后將生成的帶有等高線的地形圖輸出到CAD格式下，生成的地形圖效果見圖2。

圖2 GoodyGIS軟件自動(dòng)成圖

2.1.3 地形圖數(shù)據(jù)比較分析

將轉(zhuǎn)換到CAD下的圖與實(shí)測地形圖進(jìn)行比較，其結(jié)果顯示雖然生成的地圖成果高程絕對(duì)值存在6 m左右的差異，但其屬于系統(tǒng)差值，用軟件提取高程生成的地形變化大體趨勢(shì)與實(shí)測地形趨勢(shì)基本一致，而且兩圖內(nèi)的地形相對(duì)高差也基本一致，如果將GoodyGIS軟件自動(dòng)生成的地形圖高程整體提高6 m,則兩圖內(nèi)的同一山頭、谷地等有代表性的地形高程值基本一致，誤差約1 m左右,這是以施工圖階段地形圖做的實(shí)驗(yàn)比較結(jié)果。在可研和初設(shè)階段用此軟件生成的地形圖對(duì)各種場址選址、方案比較、大致估算各種工作量等是完全可以滿足可研和初設(shè)階段設(shè)計(jì)精度要求的。GoodyGIS軟件生成的地形圖見圖3，實(shí)測地形圖見圖4。

圖3 GoodyGIS軟件生成的地形圖

圖4 實(shí)測地形圖

2.2 輸電線路選線和平斷面圖生成應(yīng)用

2.2.1 輸電線路沿線概況

工程實(shí)例以新疆伊犁220 kV輸電線路為例，線路全長約120 km，地形以山區(qū)和丘陵為主，高差總體起伏較大，按常規(guī)工測的方式選線和定線難度都非常大。所以工程從可研開始利用GoodyGIS軟件進(jìn)行總體規(guī)劃選線，初設(shè)階段又利用GoodyGIS軟件對(duì)路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地踏勘比較，總體感覺對(duì)工程幫助非常大，目前階段,220 kV以下的輸電線路工程都以此方法為主。

2.2.2 輸電線路選線和平斷面圖生成

可研階段選線時(shí)一般是將線路兩端點(diǎn)直接連線，然后按大的設(shè)計(jì)原則在直線上增設(shè)轉(zhuǎn)角，避開城鎮(zhèn)、礦區(qū)、湖泊等因素，制定大的線路方案。初設(shè)階段選線時(shí)，根據(jù)可研設(shè)計(jì)階段擬定的線路方案將轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)制作成KML文件，導(dǎo)入到GoodyGIS軟件中，然后在影像圖上按設(shè)計(jì)原則將影響線路走向的各種地物和不利的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行避讓，不清楚的地方到實(shí)地進(jìn)行核實(shí)，對(duì)線路進(jìn)行整體規(guī)劃，局部調(diào)整，細(xì)節(jié)優(yōu)化，最終選定一條比較理想的線路路徑。利用軟件上自帶的線路斷面提取功能選擇線段，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，平地一般步長取30 m，丘陵取10～15 m，山區(qū)取5～10 m，截取的數(shù)據(jù)相對(duì)誤差較小，因?yàn)榫€路設(shè)計(jì)主要考慮的是相臨點(diǎn)間的高差和檔距。生成的平斷面數(shù)據(jù)和圖形可以經(jīng)軟件進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)提取和轉(zhuǎn)換，成為電力之星所用的格式，再轉(zhuǎn)換成SLW所需的格式并導(dǎo)入道亨軟件后進(jìn)行自動(dòng)成圖，最后提交給設(shè)計(jì)專業(yè)人員進(jìn)行桿塔位預(yù)排和各種材料、工作量的統(tǒng)計(jì)。

2.2.3 終勘定位數(shù)據(jù)比較

施工圖階段用工測或航測方法進(jìn)行平斷面測量成圖，定位后再對(duì)平斷面圖進(jìn)行修正和整理，本文取J8-J10段的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。GoodyGIS軟件生成的平斷面圖見圖5，施工圖階段實(shí)測的平斷面圖見圖6。

圖5 GoodyGIS軟件自動(dòng)生成平斷面圖

圖6 實(shí)測數(shù)據(jù)生成平斷面圖

兩圖對(duì)比可以看出，兩張平斷面圖基本一致，反映了線路走向的實(shí)地變化情況，兩山頭間或明顯斷面點(diǎn)間高差基本一致，誤差也均在2 m左右，這是基于地表裸漏無植被遮擋的區(qū)域，此方法可以滿足可研和初設(shè)階段的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 論

根據(jù)以往的案例數(shù)據(jù)對(duì)比，可以確定，通過對(duì)GoodyGIS軟件提供的免費(fèi)衛(wèi)星航空影像資源數(shù)據(jù)的充分利用，可以提取區(qū)域和線路的高程信息，生成設(shè)計(jì)方所需的地形圖和線路平斷面圖，可以滿足設(shè)計(jì)人員對(duì)電力項(xiàng)目在可研和初設(shè)階段的要求[10]。

[1]鈄春紅.Google Earth在水利水電中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2011(5):53-55.

[2]竇友平,楊永平.基于Google Earth的電力GIS應(yīng)用[J].云南電力技術(shù)，2010(1):25-28.

[3]王力.淺談Google Earth軟件在高壓送電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].安徽電力，2009(2):52-55.

[4]張學(xué)禮，劉家輝，武學(xué)旭.Google Earth在輸電線路選線中的應(yīng)用[J].電力勘測設(shè)計(jì)，2008(4):22-26.

[5]李翔，丁嘉鵬，劉鑫夫.基于Google map API 的Mashup專題地圖的技術(shù)和制作[J].測繪工程，2012,21(6):63-67.

[6]龔明劼，張鷹，張蕓.衛(wèi)星遙感制圖最佳影像空間分辨率與地圖比例尺關(guān)系探討[J].測繪科學(xué)，2009(4):232-234.

[7]劉東，施昆. 利用Google Earth影像輔助大比例尺地形圖測量的方法[J].測繪通報(bào)，2013(1):68-69.

[8]劉強(qiáng). Google Earth在輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].紅河水,2011(5):87-89.

[9]王一波，邵偉偉，羅新宇. Google Earth數(shù)據(jù)精度分析及在鐵路選線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].鐵道勘察, 2010(5):68-71.

[10]胡明剛，李愛民，張春雨,等.Google Earth三維選線技術(shù)在高壓送電線路中的應(yīng)用[J].電力勘測設(shè)計(jì),2010(4):25-28.

[責(zé)任編輯：張德福]

Application of GoodyGIS to electric power engineering surveying and mapping

CHANG Hong-bin,ZHANG Hui

(Xinjiang Institute of Electric Power Design, Urumqi 830002，China)

For the transmission line feasibility study and preliminary design stage in the power plant, it often needs that the surveying and mapping personnel quickly and accurately provide the designer with topographic map and circuit of small scale flat section as designing basis and reference, while the traditional operation mode can not meet the above requirements. The rapid acquisition of topographic map, the cross-section diagram and wiring path optimization method are proposed to meet the design need with free satellite aerial image data usin g GoodyGIS software. At the same time, combined the specific project example with the comparative analysis of the data, it confirms the feasibility and practicability of this method in power engineering applications.

GoodyGIS; plant location; high voltage transmission lines; topographic map; cross-section diagram

2014-04-14

常紅斌(1976-),男，工程師.

P208

：A

：1006-7949(2014)08-0073-04