羅方方

摘 要：該文基于筆者多年從事GIS技術應用的相關工作經(jīng)驗，以三維GIS技術在電網(wǎng)規(guī)劃設計中的應用為研究對象，設計實現(xiàn)了面向電網(wǎng)規(guī)劃設計的三維GIS可視化系統(tǒng)，結合案例對系統(tǒng)功能進行了分解，詳細分析了系統(tǒng)運行的作業(yè)流程，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：三維GIS 電網(wǎng)規(guī)劃設計 可視化系統(tǒng) 作業(yè)流程

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

輸電線路是位于地理空間中的人工構建物，其線路距離長，通過地區(qū)的地理條件比較復雜，與眾多電力線路和通訊線路交叉跨越，并且通常會通過居民區(qū)、公園和其它特殊區(qū)域。輸電線路及其桿塔位置與地理空間位置密切相關，特別是在垂直方向上的層次信息尤為重要，這使得二維地理信息系統(tǒng)無法達到其管理的需求。近年來，計算機圖形學的發(fā)展和計算機硬件性能的成倍提高，使得三維表現(xiàn)技術日益完善，通過這些技術，能夠構造更接近于現(xiàn)實的三維地表模型和各類設備模型，使得GIS 系統(tǒng)從二維向三維發(fā)展。

1 系統(tǒng)架構

1.1 開發(fā)模式

輸電線路三維可視化輔助設計系統(tǒng)的軟件開發(fā)模式采用三級構架模式：支撐采用開放數(shù)據(jù)結構、采用工業(yè)標準的基礎GIS軟件；在此基礎上，采用組件式二次開發(fā)專業(yè)作業(yè)平臺；在專業(yè)作業(yè)平臺之上，再開發(fā)各種高級應用。采用這種可很好地隔離高級和底層基礎平臺，減少開發(fā)的難度，提高系統(tǒng)對公用數(shù)據(jù)庫和基礎地理數(shù)據(jù)的利用率。但對于專業(yè)作業(yè)平臺來說，卻提出了很高的要求，它不僅和GIS專業(yè)知識有關，還需要輸電線路勘測設計的相關專業(yè)知識和技術，對輸電線路有個全面整體的了解。

1.2 軟件體系結構

輸電線路三維可視化輔助設計系統(tǒng)推薦采用自下而上的4層次型軟件體系結構。這種體系結構綜合考慮了現(xiàn)有的軟硬件技術水平和系統(tǒng)需求的因素，充分體現(xiàn)了軟件體系結構設計的系統(tǒng)性和可擴充性，是一套面向可視化輸電線路設計的、具有高重用度的軟件體系結構。

系統(tǒng)各層功能和設計考慮如下方面。

圖1軟件體系架構

（1）專業(yè)應用層。專業(yè)應用層構成了輔助設計系統(tǒng)與用戶交互的界面，包括各種可視化的輸電線路顯示、查詢、設計、數(shù)據(jù)管理、圖表輸出等功能。（2）模型對象層。主要功能是把多數(shù)據(jù)源的地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為單一的、綜合的、基于數(shù)據(jù)模型的對象，從而有效地解決了GIS中多數(shù)據(jù)源多數(shù)據(jù)類型的問題。在模型對象層中，設置了代表三維場景中的地形、覆蓋在地形上的矢量對象、立體建模的地物對象和輸電線路上的電力器件對象。（3）數(shù)據(jù)層。在數(shù)據(jù)層中，采用文件系統(tǒng)加關系數(shù)據(jù)庫來構成系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)庫，由關系數(shù)據(jù)庫來管理系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)，由文件系統(tǒng)來管理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)?？紤]到三維GIS中對空間數(shù)據(jù)查詢、顯示以及分析的特殊要求，需要對管理空間數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)采用多種形式的優(yōu)化。（4）轉(zhuǎn)換通信層。轉(zhuǎn)換通信層包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和連接通信兩個子層，通信子層的設立屏蔽了各種物理通信介質(zhì)和網(wǎng)絡通信協(xié)議的差別，為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子層提供統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子層負責將不同分系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)分類、轉(zhuǎn)換、融合后上傳到數(shù)據(jù)層；通信層實現(xiàn)與電力行業(yè)其它數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)共享。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

2.1 基礎地理數(shù)據(jù)

地球表面的自然地物和人文地物形狀各異、錯綜復雜、關系密切，經(jīng)過抽象簡化，地球表面的地物可以用下面四大類數(shù)據(jù)來表達。（1）數(shù)字線劃數(shù)據(jù)（DLG），（2）影像數(shù)據(jù)，（3）數(shù)字高程模型（DEM），（4）屬性數(shù)據(jù)。

GIS數(shù)據(jù)可以由野外數(shù)據(jù)采集、地圖數(shù)字化、攝影測量、遙感圖像處理等多種方式獲取，在構建本系統(tǒng)時應綜合利用以上獲取手段，依據(jù)所要解決問題的選擇數(shù)據(jù)獲取手段。對于輸電線路核心區(qū)域可利航空影像經(jīng)處理生成DEM及DOM等基礎地理數(shù)據(jù)，對于規(guī)劃走廊可購買相關區(qū)域高分辨遙感衛(wèi)星影像經(jīng)遙感軟件處理獲取三維GIS系統(tǒng)所需的基礎地理數(shù)據(jù)。

2.2 專題數(shù)據(jù)

輸電線路三維可視化輔助設計系統(tǒng)不僅要有輸變電設備的坐標、高程信息，還應具有各設備的空間形狀和各種屬性信息。輸變電數(shù)據(jù)包括電廠升壓站、變電、輸電設備的數(shù)據(jù)等。電廠升壓站：電廠的名稱、類型、用途、所在地，升壓站構架的三維模型、經(jīng)緯度坐標和高程；變電數(shù)據(jù)：變電站和開關站的名稱、電壓等級、性質(zhì)、所在地及全景三維模型，構架經(jīng)緯度坐標、高程、間隔名稱和相序；輸電設備：輸電線路名稱、編號、回路數(shù)、設計氣象條件、污區(qū)等線路屬性，所有輸電桿塔的三維實體模型、具體塔位定位坐標、高程，絕緣子金具串三維實體和各種屬性信息，導、地線類型、結構、安全系數(shù)和控制導、地線架線的各種屬性信息。

3 系統(tǒng)功能用例設計

3.1 基本功能模塊

輸電線路三維可視化輔助設計系統(tǒng)的總體功能模塊包括三維基本功能、歸檔信息查詢、輔助設計功能、數(shù)據(jù)更新維護和權限安全管理等。

3.2 三維高級功能

（1）智能規(guī)劃、選線通過建立矢量地理信息、設置障礙物緩沖半徑，系統(tǒng)可自動優(yōu)選出若干條線路路徑，分析輸電線路對耕地、村鎮(zhèn)和廠礦影響，且在交互設計過程中對控制線路走向的不良地質(zhì)、特殊地質(zhì)等災害性地質(zhì)或重點設施等必須繞避的控制點發(fā)出警告信息等。（2）二、三維聯(lián)動智能排塔定位。系統(tǒng)開發(fā)獨立的排塔定位模塊，要求系統(tǒng)可以在三維場景、二維平面和排塔定位模塊等3個窗口上聯(lián)動操作。（3）走廊范圍內(nèi)三維場景快速建模。排塔定位模塊的平斷面地物與三維場景相關聯(lián)，即通過現(xiàn)場調(diào)繪和終勘定位后，線路走廊范圍內(nèi)的房屋、橋梁等可以作為矢量立方體直接讀取到三維場景，以便進行空間測量。（4）相關電氣計算及校驗。電氣計算及校驗包括：“交叉跨越距離驗算”、“桿塔中心位移”、“雙聯(lián)懸垂串長調(diào)整計算”、“雙回路塔調(diào)整板計算”、“導線風偏對障礙物距離驗算”、“耐張塔跳線計算”、“直線塔導線風偏計算”等。（5）三維金具組裝設計與制圖。在三維實體中對各種金具串進行組裝、拆分等逼真模擬，可進行絕緣子串材料的耗量統(tǒng)計及金具零件查看、編輯功能，能完成材料統(tǒng)計、重量計算、尺寸計算、三維標注及任意角度顯示及三維打印出圖等項工作，同時也可以輸出二維金具組裝施工圖；允許對金具組裝數(shù)據(jù)庫和圖形文件的內(nèi)容隨時進行修改和補充，對金具部件的部分信息編輯等項工作。

5 結語

輸電線路三維可視化輔助設計系統(tǒng)的研究方向和適用范圍包括輸電線路項目的設計資料檢索、前期路徑初選、可行性研究、初步設計，積極探索線路三維施工圖設計和數(shù)字化移交的深度應用。實現(xiàn)真正意義上的線路三維施工圖設計無成功先例和經(jīng)驗可循，具體實施時難度較大，存在一定的風險，該方案可分階段實施，但在系統(tǒng)必須留有擴展能力，為后期實現(xiàn)全部功能創(chuàng)造條件；由于該系統(tǒng)的信息量大，而大部分基礎測繪成果屬于國家秘密，高精度的基礎地理數(shù)據(jù)會不同程度地增加失、泄密風險，因此建議盡量避免集成平臺中涉及涉密的基礎地理數(shù)據(jù)，并加強基礎地理數(shù)據(jù)的保密管理。

參考文獻

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[2] 毛克，劉江龍，劉永強.Google Earth三維選線技術在高壓送電線路中的應用[J].電力勘測設計，2010（4）.