中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司 梁經(jīng)龍 李 陟 朱曉東 尚 寶

輸變電及新能源工程選線、選址工作，作為工程設(shè)計的前期業(yè)務(wù)，是一項關(guān)鍵復雜的系統(tǒng)工程[1]，該業(yè)務(wù)涉及的數(shù)據(jù)量大、不確定因素繁雜，同其他領(lǐng)域交集廣以及更新變化快等特點，且隨著電網(wǎng)建設(shè)難度的增加、建管要求的提高，導致通過傳統(tǒng)方式或工具已無法給出完善的工程路徑或站址規(guī)劃方案。此外，面對日益緊張的電力通道和各相關(guān)設(shè)計單位相對獨立的信息數(shù)據(jù)，由于無統(tǒng)一平臺協(xié)同工作，各項目人員無法及時反應(yīng)相互間設(shè)計情況，導致設(shè)計風險升高，造成工程投資浪費、工期延誤等設(shè)計事故時有發(fā)生。

當前，國內(nèi)已有不少商業(yè)軟件應(yīng)用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域，但隨著電網(wǎng)規(guī)劃工作的深度和難度不斷增加，以及我國對于地理信息數(shù)據(jù)安全等級不斷提高，目前市面上的軟件逐漸暴露其局限性。一是傳統(tǒng)設(shè)計使用的電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式單一，多基于CAD等為展示手段，并且此類矢量數(shù)據(jù)大多屬于涉密數(shù)據(jù)。二是目前行業(yè)內(nèi)主流方式采用商用導航軟件，其數(shù)據(jù)服務(wù)隸屬于對應(yīng)商業(yè)公司，企業(yè)自身無法管理，同時地理信息數(shù)據(jù)的更新頻率也無法滿足工程設(shè)計的時效性要求，公用的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)地圖，使得數(shù)據(jù)安全無法得到保障，存在較大的泄密隱患。三是傳統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)，基本上并未考慮各專業(yè)間的協(xié)同和數(shù)據(jù)共享，不同項目的人員無法及時溝通、配合，數(shù)據(jù)無有效信息化管理手段。四是電網(wǎng)通道資源日趨緊張，而新能源和傳統(tǒng)輸電線路設(shè)計雖有相同地方，但仍有很大差異，而以往的規(guī)劃軟件也并未將兩方面融合考慮，不具備較為完整、統(tǒng)一的規(guī)劃管理功能。

針對上述問題，亟待開發(fā)一套以信息數(shù)據(jù)共享，各相關(guān)專業(yè)協(xié)同設(shè)計為核心的輔助決策系統(tǒng)，作為輸電線路初可研工程前期規(guī)劃的主要工具，填補電力設(shè)計企業(yè)在此方面的空白，一定程度提高電力設(shè)計企業(yè)前期規(guī)劃的效率與準確性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及體系設(shè)計

基于對電網(wǎng)規(guī)劃工作的強現(xiàn)勢行、數(shù)據(jù)量大以及業(yè)務(wù)處理負責、決策關(guān)系重大等特點[2]，本系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)劃分為六個層次兩個體系，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)訪問層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層以及信息化標準體系和信息安全防護體系。其中，數(shù)據(jù)訪問層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層分離，便于系統(tǒng)的擴展，采用C/S模式運行。

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層包括系統(tǒng)運行所需的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)軟件等，是系統(tǒng)正常運行和使用的保障。

1.2 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層管理對象涵蓋了平臺所需的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)計專題數(shù)據(jù)以及工程數(shù)據(jù)等內(nèi)容，通過對各類數(shù)據(jù)進行分層組織與分類管理，基于大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)搭建一個集中、統(tǒng)一管理的選線選址業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，通過完善數(shù)據(jù)存儲管理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，統(tǒng)一軟硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，結(jié)合存儲系統(tǒng)和容災(zāi)備份技術(shù)應(yīng)用，建設(shè)面向?qū)I(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)工程、公共資源、業(yè)務(wù)審批等子級數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源管理，為各應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)訪問、管理、共享提供有效支撐。

1.3 數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層是支持各專業(yè)應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)，借助各類主流技術(shù)手段，提供對統(tǒng)一存儲管理的災(zāi)害業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存取訪問支持。通過ADO.NET、ODP.NET、微軟企業(yè)類庫等方式對數(shù)據(jù)庫進行整理，然后生成LOD數(shù)據(jù)進行發(fā)布，提供大容量數(shù)據(jù)的快速數(shù)據(jù)訪問支持。

1.4 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是所有應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)。在系統(tǒng)各功能模塊的基礎(chǔ)上，抽取類似功能構(gòu)建通用應(yīng)用服務(wù)，既包括抽象的功能服務(wù)，也包含封裝的組件對象，通過通用組件和功能服務(wù)供其他應(yīng)用模塊調(diào)用，完成業(yè)務(wù)變更時組件修改即可滿足全部系統(tǒng)修改的要求。

1.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層集中、直觀地體現(xiàn)系統(tǒng)的各項應(yīng)用功能，面向用戶提供基礎(chǔ)功能、方案數(shù)據(jù)可視化和地物分類分庫管理，完成多專業(yè)協(xié)同校審設(shè)計，切實提高工程數(shù)據(jù)集中管理效率，保障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源的唯一性、規(guī)范性和工程勘測數(shù)據(jù)安全性。實現(xiàn)思路是通過簡單有效的協(xié)同設(shè)計，資源共享方式，移動互聯(lián)技術(shù)來提升選址手段、提高工作效率。

1.6 用戶層

用戶層主要根據(jù)電力規(guī)劃選址信息管理系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)對象的特定需求，構(gòu)建符合不同層次用戶的界面。主要分為五類用戶，一是項目管理員，負責工程的新建、修改，人員錄入和用戶角色設(shè)置；二是項目經(jīng)理，負責工程進度的把控，設(shè)計人員和主任工程師的人員分配；三是設(shè)計人員，負責工程方案數(shù)據(jù)的規(guī)劃設(shè)計，工程地物數(shù)據(jù)的整理與錄入；四是主任工程師，負責方案數(shù)據(jù)發(fā)布的審核；五是超級管理員，包含上述所有用戶的權(quán)限，還負責公共資源庫的管理工作。

1.7 信息標準化體系

信息標準化體系主要滿足信息資源共享的需要，為系統(tǒng)集成和整合提供標準。解決系統(tǒng)的數(shù)據(jù)多源性和多重性問題，提供系統(tǒng)集成依據(jù)和信息采集、傳輸、交換、存貯、處理和共享等環(huán)節(jié)制定或采用的相關(guān)技術(shù)標準。

1.8 安全防護體系

安全防護體系是指提供系統(tǒng)軟硬件方面整體安全性的所有技術(shù)工具和措施的總和，依據(jù)平臺設(shè)計對安全防護方面的要求，實現(xiàn)對山西省電力規(guī)劃選址信息管理系統(tǒng)的全面安全防護。防護措施覆蓋平臺各個部分，包括數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

基于上述架構(gòu)體系，結(jié)合規(guī)劃的流程體系，本系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)管理維護與規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計與角色分配及選址選線設(shè)計三大類模塊，工程信息管理、數(shù)據(jù)管理、選線選址、地圖管理、地圖工具和權(quán)限管理六個功能模塊。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)管理維護與規(guī)劃

主要完成工程數(shù)據(jù)、電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)、通道數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的查詢、維護和數(shù)據(jù)分類規(guī)劃功能，并選擇加載第三方公開衛(wèi)片資源（微軟、天地圖等）或私有地理信息數(shù)據(jù)多樣是切換和公共資源數(shù)據(jù)的高效管理。系統(tǒng)用戶登錄系統(tǒng)后，通過工程打開功能打開與其授權(quán)的相關(guān)系統(tǒng)工程進行工程相關(guān)數(shù)據(jù)查看、編輯、導出等操作。系統(tǒng)中各類能源數(shù)據(jù)以點、線、面的形式存儲于對于分類的數(shù)據(jù)庫中，各類型數(shù)據(jù)按照建庫初始規(guī)劃成指定樣式，統(tǒng)一管理。解決設(shè)計人員在選址選線過程前期的數(shù)據(jù)采集預(yù)分類，工程發(fā)布、路徑圖生成等工作。

2.2 協(xié)同設(shè)計與角色分配

傳統(tǒng)的設(shè)計往往未考慮各相關(guān)專業(yè)在統(tǒng)一平臺中的協(xié)同設(shè)計，以減少設(shè)計差錯。設(shè)計人員依據(jù)所定義的角色和相關(guān)權(quán)限通過協(xié)同校審流程，控制對應(yīng)數(shù)據(jù)的可見性，通過審批流程查看數(shù)據(jù)審批的進度及相關(guān)意見，工程設(shè)計人員各司其職，實時對選址選線方案數(shù)據(jù)信息糾正和相互溝通，完成工程的精細化協(xié)同設(shè)計。

2.3 選址選線設(shè)計

以往輸電線路及新能源選址選線設(shè)計都是各自為戰(zhàn)，以各自工程設(shè)計的準確、安全可靠和造價最低為目標，突出了個體的設(shè)計效率和單體工程的經(jīng)濟效益，卻忽略了整體規(guī)劃的合理性和經(jīng)濟性。由此，在本系統(tǒng)中將規(guī)劃選址選線設(shè)計功能統(tǒng)一考慮，旨在解決送變電專業(yè)和新能源專業(yè)在進行工程前期規(guī)劃和選址時信息無共享、不對稱所導致存在選址沖突風險。本系統(tǒng)通過簡單有效的協(xié)同設(shè)計，資源共享方式，及移動互聯(lián)技術(shù)來提升選址手段、提高工作效率，避免出現(xiàn)設(shè)計沖突以解決對設(shè)計失誤工程造成的經(jīng)濟損失，利用計算機快速、準確的分析能力，結(jié)合GIS對多樣化數(shù)據(jù)的支撐，利用規(guī)避分析、統(tǒng)計及不同規(guī)劃區(qū)的嚴格分類，利用點、線、面幾何空間曼哈頓距離算法和線、面優(yōu)化切分算法對選址選線方案開展精確的決策分析。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及特色

3.1 電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)

工程路徑、站址規(guī)劃方案的設(shè)計，必須依托于電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)、電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)、新能源工程數(shù)據(jù)及沿線的國家規(guī)劃數(shù)據(jù)、時效性強的高清地理影像數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)建設(shè)出一套規(guī)范、完善的分類編碼、目錄、標準圖例體系、標繪線型、圖案填充樣式等規(guī)則庫，并通過整合不同的資源數(shù)據(jù)，通過底層GIS實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)同電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的索引自動匹配、解析，并將分析后的結(jié)果計入路徑、站址設(shè)計方案的限制條件庫中，由系統(tǒng)自動進行迭代比較，完成最終的沖突校驗及規(guī)劃方案優(yōu)選。

表1

3.2 基于GIS系統(tǒng)的電力選址選線規(guī)劃數(shù)據(jù)綜合管理展示平臺

系統(tǒng)按照選址選線工作習慣作為交互模型與設(shè)計方法，提供友好的人機交互界面，并通過自身強大的空間負荷預(yù)測功能，有效減少電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)收集的工作量[3]，為設(shè)計人員提供全面的輔助功能。通過線路風格的相關(guān)參數(shù)、轉(zhuǎn)交安全距離等參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)所見即所得的展示方式，并借助系統(tǒng)可方便查看各種擁擠地段的多種方案分析結(jié)果和通道規(guī)劃變更情況，從而為選址選線提供有力的數(shù)據(jù)支撐和規(guī)劃依據(jù)。

圖3

3.3 沖突校驗及方案對比

系統(tǒng)對設(shè)計規(guī)劃的工程方案進行線路全長、曲折系數(shù)、轉(zhuǎn)角個數(shù)、交叉跨越等數(shù)據(jù)進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，給出推薦線路，并對當前方案與非本專業(yè)的所有工程中已發(fā)布的方案進行沖突校驗，并將結(jié)果在系統(tǒng)中以表格和分析決策相關(guān)信息在GIS系統(tǒng)中以實時展示方式展現(xiàn)，使得設(shè)計人員能直觀準確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。設(shè)計人分別從方案的可行性和規(guī)劃工程的障礙物數(shù)量、跨越方案等方面分別比對出不同方案的優(yōu)劣性，從而實現(xiàn)工程方案的優(yōu)化設(shè)計。

3.4 移動互聯(lián)技術(shù)

移動互聯(lián)技術(shù)疊加設(shè)計數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，設(shè)計數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)采用輕量級本地客戶端數(shù)據(jù)庫管理，疊加調(diào)用現(xiàn)有第三方公開版衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)API進行底圖展示，設(shè)計人員外業(yè)踏勘時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對路徑、站址等根據(jù)實時定位，進行優(yōu)化、調(diào)繪等操作，所有標繪數(shù)據(jù)存儲到本地客戶端，保證的數(shù)據(jù)的安全性。

本文研究的電力選址選線規(guī)劃信息管理平臺，結(jié)合電力設(shè)計行業(yè)實際情況和行業(yè)需求，應(yīng)用最新的設(shè)計、軟件、計算機技術(shù)方法，以GIS為底層，疊加協(xié)同校審系統(tǒng)，實現(xiàn)行業(yè)先進、適應(yīng)行業(yè)設(shè)計習慣的電力選址選線協(xié)同設(shè)計規(guī)劃管理平臺。隨著平臺的應(yīng)用深化，對未來精準規(guī)劃線路路徑及新能源站址及風機機位選址提供堅實的設(shè)計依據(jù)，實現(xiàn)電網(wǎng)和新能源在進行工程前期線路規(guī)劃和選址時信息共享以及方案沖突校驗，提高電力設(shè)計企業(yè)的工作效率與準確性，另一方面，實現(xiàn)了項目前期的數(shù)字化、信息化，為響應(yīng)業(yè)主方數(shù)字化三維設(shè)計，提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。