杜全維，龔秋全，董武鐘，程森

(四川電力設(shè)計咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610016)

1 引 言

高壓輸電線路建設(shè)過程中，一個宏觀路徑選擇的優(yōu)劣，對項目經(jīng)濟可行性起主要作用。

項目的選線設(shè)計工作通常采用CAD結(jié)合圖紙的方式進行，該方式是二維的、微觀的，難以在宏觀上以3D方式顯示線路所在整個區(qū)域的地形變化，無法對線路方案進行精準(zhǔn)評價；其次，在中西部地區(qū)區(qū)域性DEM獲取困難，從而影響項目開展。

Global Mapper(簡稱“GM”)軟件具有數(shù)據(jù)處理快速化、數(shù)據(jù)瀏覽三維化特點，可以利用全球免費SRTM DEM數(shù)據(jù)創(chuàng)建區(qū)域數(shù)字高程模型，多視角瀏覽區(qū)域地形、地貌、地物，為電力勘察設(shè)計工作提供基礎(chǔ)高程數(shù)據(jù)支持，極大地方便了新建輸電項目的選線設(shè)計工作，探討其在輸電線路選線設(shè)計中的應(yīng)用將具有重要意義[1～4]。

黔西南州-220kV新建線路工程全長約 40 km，線路位于喀斯特地貌區(qū)域，地形地質(zhì)情況復(fù)雜，輸電線路選線困難。全線從測繪部門收集1∶1萬地形圖25幅，均為JPG格式柵格圖，由于矢量化工作量巨大，區(qū)域DEM數(shù)字高程模型的實現(xiàn)困難。本文筆者基于Global Mapper，對其在該區(qū)域應(yīng)用進行了研究探討，驗證GM在選線設(shè)計中的實用價值。

2 Global Mapper介紹

GM軟件是美國Global Mapper公司開發(fā)的圖形管理和操作軟件。其是一款功能強大的GIS柵格影像和矢量數(shù)據(jù)處理、加工軟件。GM能夠獲取TerraServer數(shù)據(jù)庫和USGS(美國地質(zhì)勘探局)衛(wèi)星照片資料，并且軟件本身具有豐富的WMS數(shù)據(jù)源。GM功能強大，幾乎具有所有GIS軟件的性能，通過簡單、直觀的方法將復(fù)雜的問題解決，如快速處理DEM數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)鑲嵌及投影轉(zhuǎn)換等等[5，6]。

GM軟件突出的數(shù)據(jù)處理、三維可視化及海量數(shù)據(jù)特性使其在不少領(lǐng)域得到一些應(yīng)用，如石油勘探、海洋測繪、工程選址等。

3 Global Mapper在輸電線路選線設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 高清Google Earth影像圖的獲取

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計路徑大致走向，下載路徑范圍左右 500 m范圍內(nèi)高清谷歌影像圖(如圖1所示)。在GM中，通過配置參數(shù)，將影像圖加載到GM中。投影方式選Transverse Mercator，基準(zhǔn)根據(jù)需要選擇西安80坐標(biāo)系，中央子午線按105°設(shè)置。GM提供了非常多可供選擇的投影方式和基準(zhǔn)，如果內(nèi)置的參數(shù)不滿足工程需求，通過加載外部文件，可導(dǎo)入或者新建工程需求參數(shù)。

圖1 Google Earth路徑影像圖

在影像圖上能清楚地看到路徑周邊的交通、居民區(qū)、植被及已建高壓輸電線路鐵塔，直觀地查看路徑方案的位置，更好地調(diào)整路徑方案避開擁擠通道，使送電線路的優(yōu)化設(shè)計得以實現(xiàn)，方便現(xiàn)場定位及后期施工工作的開展。

3.2 利用SRTM DEM生成路徑區(qū)域等高線

SRTM(全稱Shuttle Radar Topography Mission，即航天飛機雷達地形測繪任務(wù))數(shù)據(jù)，獲取的數(shù)據(jù)范圍為北緯60°～南緯56°，東經(jīng)180°～西經(jīng)180°之間的所有區(qū)域，覆蓋全球陸地表面的80%以上，目前能夠免費獲取，GM軟件對下載的SRTM DEM數(shù)據(jù)能夠進行批處理[7，8]。

可以在中國科學(xué)院數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http：//www.csdb.cn/)下載輸電線路路徑區(qū)域內(nèi)的SRTM數(shù)據(jù)。設(shè)置與影像圖一致的坐標(biāo)系統(tǒng)和投影基準(zhǔn)，將SRTM數(shù)據(jù)加載到GM中，如圖2所示。

圖2 加載在GM中的SRTM數(shù)據(jù)

(1)等高線生成

設(shè)置好投影方式和基準(zhǔn)等參數(shù)，在GM軟件中打開下載的SRTM DEM(文件名：TaskIMG 10221744)。根據(jù)工程規(guī)劃需求，在項目大區(qū)域內(nèi)自定義創(chuàng)建新的區(qū)圖元，設(shè)置等高距，勾選以小差距值插補空數(shù)據(jù)等選項，在區(qū)圖元邊界線范圍內(nèi)生成合適等高距的等高線，如圖3所示，是利用SRTM DEM生成的線路路徑區(qū)域內(nèi)等高線。

(2)等高線與衛(wèi)星影像吻合性檢查

將SRTM DEM數(shù)據(jù)生成的等高線與衛(wèi)星圖片疊加，檢查等高線是否有遺漏；高程點是否存在異常值，

圖3 SRTM DEM生成的等高線

如零值；等高線是否反映區(qū)域地形突變和結(jié)構(gòu)信息，從而檢驗數(shù)據(jù)資源獲取手段的正確性。

從GM疊加的數(shù)據(jù)中可以看出，湖泊河流與地形匹配良好，山腰道路走勢合理，地形紋理層次分明有序，山谷、山脊輪廓清晰，因此這種DEM獲取的手段與衛(wèi)星圖片下載的方法都是有效、正確的。

3.3 三維可視化方案比選

傳統(tǒng)的方案比選，是CAD結(jié)合紙質(zhì)圖在二維空間上進行，方案的比選是局部的，不能在大區(qū)域內(nèi)進行綜合考慮對比，缺乏立體直觀性。GM的三維視圖可視化功能，彌補了這些不足，其能夠更加直觀立體的將方案在3D空間內(nèi)，展示給設(shè)計規(guī)劃人員，讓設(shè)計的方案更為科學(xué)經(jīng)濟，如圖4所示。在GM軟件中設(shè)置好SRTM DEM的投影基準(zhǔn)，將CAD格式的路徑方案轉(zhuǎn)換為kml文件，疊加在GM軟件中，利用3D視圖瀏覽功能360°瀏覽不同方案在區(qū)域內(nèi)的位置，初步判斷塔位位置以及不同路徑方案的塔位數(shù)量，綜合考慮，選取最優(yōu)路徑方案。

圖4 GM 3D效果圖

在GM加載的SRTM DEM數(shù)據(jù)上，選畫一條路徑線，利用3D路徑剖面/視線工具，可以生成路徑方案的斷面圖，根據(jù)斷面圖綜合考慮路徑的科學(xué)性，進行優(yōu)化設(shè)計調(diào)整，如圖5所示。

圖5 GM生成的縱斷面圖

3.4 海拔網(wǎng)格格式數(shù)據(jù)生成及斷面圖繪制

選定范圍內(nèi)的等高線數(shù)據(jù)，由GM輸出海拔網(wǎng)格格式數(shù)據(jù)文件(.ASC)，通過架空送電線路軟件(TL)讀取ASC文件，設(shè)置參數(shù)，繪制輸電線路路徑方案斷面圖。結(jié)合斷面圖及3D視圖，可以很方便地預(yù)定每基桿塔所在位置，現(xiàn)場定位根據(jù)室內(nèi)設(shè)計方案進行微調(diào)。

如圖6所示，為JA75-JA77斷面圖，由GM生成的ASC數(shù)據(jù)繪制的斷面圖與實地測量的斷面圖比較，其地形地勢吻合度高，滿足路徑方案的規(guī)劃設(shè)計。

圖6 輸電線路斷面圖

4 數(shù)據(jù)分析

實驗區(qū)采用黔西南州-220 kV新建輸電線路工程全長約 40 km的數(shù)據(jù)進行分析，該工程根據(jù)STRM數(shù)據(jù)室內(nèi)設(shè)計塔位67級，最終現(xiàn)場定位69級，多出的兩個塔位均為跨越已建 110 kV高壓輸電線路，根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)調(diào)整增加。

分析外業(yè)定位實測的高程數(shù)據(jù)與STRM高程數(shù)據(jù)進行分析，其中表1列出了部分?jǐn)?shù)據(jù)，如圖7所示，對于兩種數(shù)據(jù)的數(shù)值進行了對比分析。

實測高程數(shù)據(jù)與STRM高程數(shù)據(jù)對比表 表1

圖7 高程差值分布圖

分析圖7可得，高程差值絕對值總體分布在 0 m～ 19.4 m之間，其中差值絕對值小于5的占54%；差值絕對值大于5的占46%。本次數(shù)據(jù)83%差值絕對值分布在小于10以下，可以滿足規(guī)劃設(shè)計階段的精度要求。本文的方法滿足線路選線設(shè)計工作的精度要求，提高了選線設(shè)計精準(zhǔn)性，避免選線設(shè)計初期的盲目性，能夠為線路選線設(shè)計階段提供參考和依據(jù)。

其中，數(shù)據(jù)精度與區(qū)域內(nèi)的植被關(guān)系很大，該實驗區(qū)域?qū)儆诳λ固氐孛玻脖粸楣嗄?，故實測值與STRM數(shù)據(jù)差值較小。根據(jù)外業(yè)勘察經(jīng)驗，對于植被茂密的地形，STRM數(shù)據(jù)的精度有限，但對于線路前期的準(zhǔn)備工作還是有很大的參考價值。

為了進一步檢驗STRM DEM獲取的地面線數(shù)據(jù)的精度，對以往做過的大型輸電項目斷面數(shù)據(jù)進行綜合比較分析，得出基于STRMDEM地形精度與人工從1∶1萬地形圖上判讀的精度相當(dāng)，可滿足規(guī)劃階段的要求。另一方面，GM生成ASC文件繪制斷面的速度遠快于人工提取的速度，并且是DEM疊加影像的三維平臺，立體直觀。

5 結(jié) 論

輸電線路選線設(shè)計是一項綜合性很強的復(fù)雜工作，需要考慮社會、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面影響。Global Mapper軟件具有數(shù)據(jù)處理快速化、數(shù)據(jù)瀏覽三維化特點，便于方案展示與決策。本文基于Global Mapper軟件，對其在電力規(guī)劃選線方面的應(yīng)用進行了研究探討，論述了其在選線設(shè)計中的應(yīng)用過程及方法，分析了其數(shù)據(jù)精度，驗證了其可靠性。GM的應(yīng)用使得線路路徑選擇和桿塔定位在逼真、清晰的三維場景上進行，在新建輸電線路路徑方案研究過程中，具有廣泛的應(yīng)用價值。相信GM在未來的電力勘察設(shè)計領(lǐng)域?qū)⒂懈訌V闊的前景，GM的二次開發(fā)也將是今后信息領(lǐng)域重點研究的對象。

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