GoodyGIS在輸電線路數(shù)字化中的應(yīng)用

□□ 柳艷1，祁曉明2(1.山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原030006；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán) 山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 太原030001)

摘要：簡(jiǎn)要介紹了GoodyGIS和GoodyGIS在輸電線路數(shù)字化中的優(yōu)勢(shì)。重點(diǎn)討論了GoodyGIS中數(shù)字化選線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以長(zhǎng)治欣隆電廠至大堡頭220 kV變電站220 kV線路工程為例進(jìn)行了試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：GoodyGIS；投影參數(shù)設(shè)置；地形圖繪制；優(yōu)化選線；三維漫游

文章編號(hào)：1009-9441(2015)01-0016-03

中圖分類號(hào)：P 228.4；TM 752

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：The author introduces the advantage of GoodyGIS and that of transmission line in digitization.This paper mainly discusses the key step of digital line selection.Besides，taking the 220 kV line project of 220 kV transformer substation from XinLong，Changzhi to Dabutou，Changzhi as an instance，the author conducts an experiment.

作者簡(jiǎn)介：柳艷(1984-)，女，山東泰安人，助講，主要從事地質(zhì)災(zāi)害研究。

收稿日期：2014-12-24

引言

GoodyGIS(谷地)是一款基于Google Earth(谷歌地球)API開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。Google Earth將衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航拍數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合后布置在地表的三維模型上，該軟件是由Google公司開(kāi)發(fā)的一種相當(dāng)于虛擬的地球儀的軟件，它提供了全球高分辨率的地理數(shù)據(jù)影像。而GoodyGIS軟件擴(kuò)展了Google Earth的應(yīng)用，GoodyGIS不僅具有Google Earth的功能，而且開(kāi)發(fā)了地形圖生成、高程數(shù)據(jù)提取、多種格式坐標(biāo)導(dǎo)入導(dǎo)出以及地圖疊加等多種功能，可應(yīng)用于科研、工程、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作，在測(cè)繪、地質(zhì)、交通、電力、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、能源和旅游等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

1輸電線路數(shù)字化

隨著信息化浪潮的日益高漲，以數(shù)字地球作為支撐的數(shù)字電網(wǎng)將縱橫千里的電網(wǎng)濃縮于電腦屏幕上，可以隨時(shí)查看輸電線路經(jīng)過(guò)的路徑、地形地貌、山川河流、鐵路公路等。而GoodyGIS平臺(tái)則綜合利用遙感、定位、可視化和信息化技術(shù)，支撐輸電線路設(shè)計(jì)和管理等多項(xiàng)工作，是輸電線路數(shù)字化的基礎(chǔ)。

輸電線路建設(shè)的龍頭是設(shè)計(jì)，通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交，將工程數(shù)據(jù)信息詳實(shí)地提供給電網(wǎng)企業(yè)，服務(wù)于各電網(wǎng)企業(yè)的運(yùn)行維護(hù)。本文重點(diǎn)介紹GoodyGIS在數(shù)字化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法比較，GoodyGIS的優(yōu)勢(shì)如下：

(1)GoodyGIS中提供了為電路選線的免費(fèi)的相關(guān)影像數(shù)據(jù)，從而可以根據(jù)輸電線路的起始點(diǎn)確定范圍，為實(shí)時(shí)開(kāi)展工作提供了有利條件。

(2)由于影像數(shù)據(jù)在不斷更新中，所提供的數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)勢(shì)性，而且由于資源來(lái)源于衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航拍數(shù)據(jù)，所以影像數(shù)據(jù)的分辨率也較高，可以清晰地分辨出河流、道路和村莊等地物。

(3)該軟件避免了傳統(tǒng)工作中比較常見(jiàn)的地形圖的掃描誤差和拼接誤差，所以精度較高。

(4)三維立體模型加載，GoodyGIS建立了全線桿塔位立體漫游，輸電線路可沿線虛擬三維現(xiàn)實(shí)顯示，為勘測(cè)設(shè)計(jì)成果的展示提供了一個(gè)直觀的平臺(tái)。

2工作流程

GoodyGIS中數(shù)字化設(shè)計(jì)的工作流程包括：確定設(shè)計(jì)范圍、地形圖的生成、選線及多路徑比選、平斷面圖生成和三維展示等。這里重點(diǎn)討論數(shù)字化選線的幾個(gè)關(guān)鍵步驟：投影參數(shù)設(shè)置、專題數(shù)據(jù)疊加、地形圖繪制、優(yōu)化選線、平斷面圖提取和三維漫游。

2.1　投影參數(shù)設(shè)置

目前，GoodyGIS平臺(tái)中采用的是世界WGS-84坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系的參考橢球體是WGS-84橢球體，坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，坐標(biāo)表示方法為經(jīng)緯度和高程。而通常工程建設(shè)中廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系是北京-54坐標(biāo)系或西安-80坐標(biāo)系，坐標(biāo)表示方法為平面坐標(biāo)和高程。橢球參數(shù)體表見(jiàn)表1。

表1　橢球參數(shù)體表

由于橢球參數(shù)不同，坐標(biāo)系不重合，因此需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程，通常采用復(fù)雜嚴(yán)密的七參數(shù)法，根據(jù)一個(gè)地區(qū)3個(gè)以上已知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算該區(qū)域的7個(gè)參數(shù)(X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K)，然后再進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，首先需計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7個(gè)參數(shù)值，然后再根據(jù)這7個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，具體的實(shí)現(xiàn)步驟包括以下4步：

(1)將西安-80坐標(biāo)系或北京-54坐標(biāo)系通過(guò)高斯反算轉(zhuǎn)成空間大地坐標(biāo)系統(tǒng)。

(2)將已有的控制點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系下。

(3)利用布爾莎模型和最小二乘法計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的7個(gè)參數(shù)值。

(4)根據(jù)布爾莎模型和Ozone算法，將WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到西安-80坐標(biāo)系和北京-54坐標(biāo)系下。

通常可以通過(guò)COORD等軟件求得7個(gè)參數(shù)，輸入到GoodyGIS平臺(tái)中的坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置。可將導(dǎo)入的平面坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)為經(jīng)緯度，并自動(dòng)生成Google Earth中標(biāo)準(zhǔn)的KML文件。

2.2　專題數(shù)據(jù)疊加

輸電線路縱橫交錯(cuò)，分布區(qū)域廣泛。沿線會(huì)有煤炭采空區(qū)、規(guī)劃區(qū)、保護(hù)區(qū)、軍事區(qū)等各種敏感制約點(diǎn)，以及污穢區(qū)、覆冰區(qū)、雷電活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)和鳥(niǎo)害區(qū)等各種專題數(shù)據(jù)。可將各種數(shù)據(jù)生成點(diǎn)、線、面形式的KML文件，通過(guò)GoodyGIS平臺(tái)的地圖(圖層)疊加功能，導(dǎo)入GoodyGIS平臺(tái)生成專題數(shù)據(jù)層，作為數(shù)字化選線的底層平臺(tái)。

2.3　地形圖繪制

雖然Google Earth中提供高清晰的平面地理影像數(shù)據(jù)，但無(wú)法直觀地反映地形的高低起伏狀況，并判別各種地物。而GoodyGIS平臺(tái)可以輕松、方便、高效地解決這個(gè)問(wèn)題，利用美國(guó)太空總署(NASA)和國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局(NIMA)聯(lián)合測(cè)量發(fā)布的SRTM數(shù)據(jù)，運(yùn)用GoodyGIS平臺(tái)的等值(高)繪制功能，通過(guò)采樣、內(nèi)插、平滑生產(chǎn)地形圖。

GoodyGIS平臺(tái)的等值(高)繪制功能，可以設(shè)置采樣間隔、等高距、注記間隔等，生成不同要求的等高線，并可輸出為CAD可以識(shí)別的DXF格式文件。

2.4　優(yōu)化選線

充分利用平臺(tái)中的影像、高程和各種專題數(shù)據(jù)，綜合考慮所有影響線路走廊的因素。結(jié)合采空區(qū)、易舞動(dòng)區(qū)等專題數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理的路徑避讓；利用GoodyGIS平臺(tái)的路線緩沖區(qū)功能生成電力走廊的寬度，結(jié)合高分辨率影像，對(duì)森林進(jìn)行合理避讓，以減少砍伐；對(duì)村莊合理避讓，以減小拆遷。利用優(yōu)選選線結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)路徑進(jìn)行調(diào)整，確定最終的路徑方案。

2.5　平斷面圖提取

電力選線(道亨斷面)功能可以自動(dòng)快速生成全線斷面，利用道亨軟件進(jìn)行排位，統(tǒng)計(jì)出全線各種材料量。

2.6　三維漫游

GoodyGIS平臺(tái)的電力路線展示功能將線路路徑放在真實(shí)的三維場(chǎng)景中，沿線林區(qū)、大型廠礦企業(yè)都清晰可見(jiàn)。而且設(shè)計(jì)完成后，可將可視化成果移交給基建施工和運(yùn)行維護(hù)單位，從而實(shí)現(xiàn)施工和運(yùn)行過(guò)程的可視化管控。一旦發(fā)生自然災(zāi)害，通過(guò)電腦畫(huà)面就能及時(shí)分析搶修地點(diǎn)的地形地貌和氣候條件，據(jù)此快速制定搶修方案，節(jié)省搶修時(shí)間。

3工程實(shí)例

長(zhǎng)治欣隆電廠至大堡頭220 kV變電站220 kV線路工程，線路長(zhǎng)度為2×15.8 km，曲折系數(shù)為1.173。線路經(jīng)過(guò)地區(qū)以平地和丘陵為主，高差起伏不大。但當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，村礦發(fā)達(dá)，電力線路密集，并有晉冀魯豫鐵路和長(zhǎng)晉高速公路穿境而過(guò)。線路的主要障礙物為沿線多處的炸藥庫(kù)和煤礦采空區(qū)。由于全線為煤炭采空區(qū)，為保證電力線路的運(yùn)行安全，全線采用兩條單回路架設(shè)，走廊寬度約60 m。由于擬建線路路徑現(xiàn)狀與1∶50 000地形圖相比差別很大，如按常規(guī)的選線方法外業(yè)工作量將非常大。因此，該工程利用GoodyGIS平臺(tái)對(duì)輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)長(zhǎng)治欣隆電廠和大堡頭變電站位置坐標(biāo)生成矩形KML文件，確定成圖范圍，應(yīng)用等值線繪制功能內(nèi)插生成等高線生產(chǎn)地形圖。進(jìn)行路徑方案初選，避讓沿線村鎮(zhèn)、廠礦、炸藥庫(kù)等，并選擇合理的跨越鐵路位置。最后通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘測(cè)，影像圖與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地形情況基本相符。

根據(jù)最終路徑方案自動(dòng)提取平斷面，進(jìn)行桿塔位預(yù)排，并根據(jù)排位結(jié)果統(tǒng)計(jì)工程量。圖1為部分平斷面塔位圖。

圖1　部分平斷面塔位圖

4結(jié)語(yǔ)

GoodyGIS平臺(tái)可以用于輸電線路的數(shù)字化設(shè)計(jì)，而且數(shù)字化設(shè)計(jì)成果可以實(shí)現(xiàn)施工和運(yùn)行過(guò)程的可視化管控，在實(shí)際工程中有著顯著的效益和作用。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，一是能真實(shí)反映工程信息，GoodySIS中的影像符合現(xiàn)實(shí)情況，選線方法有利于集約化、節(jié)省化、最優(yōu)化使用自然資源。二是提高了路徑成立的可信度，全面考慮了錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題，減少了不確定性因素的干擾。三是避讓了村莊、房屋和林區(qū)，有效控制了線路路徑走廊范圍內(nèi)的清理費(fèi)用，控制了工程投資。

在工作質(zhì)量和效率方面，一是更好地優(yōu)化了路徑，縮短了路徑長(zhǎng)度，減少了轉(zhuǎn)角數(shù)量和房屋拆遷量。二是改善了工作環(huán)境，把部分野外工作轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，減少了工作人員進(jìn)行野外實(shí)地勘測(cè)的工作量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].第2版.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2] 盛大凱.輸變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[3] 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(S0)：91-93.

[4] 王解先，王軍，陸彩萍.WGS-84與北京54坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2003，23(3)：70-73.

[5] 李廣俊.三維數(shù)字地形圖在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].西安：西安科技大學(xué)，2010.

[6] 孟遂民，張方崢，尚鵬飛.基于Google Earth的輸電線路選線三維場(chǎng)景研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014(3)：46-49.

Application of GoodyGIS in the Digital Transmission Line

LIU Yan1，QI Xiao-ming2

(1.Shanxi Ploytechnic College，Taiyuan，Shanxi，030006，China；2.Energy China，Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute，Taiyuan，Shanxi，030001，China)

Key words：GoodyGIS；coordinate transformation；geometry registration；selection of transmission line

(編輯盛晉生)

施工技術(shù)