羅玉鶴， 郭高鵬， 白文博， 楊東東， 李洪助

(1.寧波市電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 寧波 315000；2.北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司，北京 100101)

0 引 言

在輸變電過程中，容易出現(xiàn)斷股、斷絲、金具損壞、斷桿和倒桿等問題，影響電廠向電網(wǎng)送電，甚至導(dǎo)致供電線路癱瘓，影響居民日常生活和工廠生產(chǎn)，造成不可估量的損失[1]。

國內(nèi)正在不斷完善電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高輸變電輸電效率，減輕環(huán)境對輸變電設(shè)施的影響?；趪业拇罅χС?，國內(nèi)學(xué)者，如劉文升[2]以500 kV的變電所為例，發(fā)現(xiàn)電廠向電網(wǎng)傳輸電力的輸變電通道大量集中存在輸變電線路單一的現(xiàn)象，布置輸變電時(shí)水土保持工作的絕對性和重要性，在設(shè)計(jì)輸變電線路方面，采用遙感技術(shù)，形成遙感影像，選擇輸變電鋪設(shè)位置和路徑。此外，徐慶華等[3]從輸變電設(shè)備本身著手，為輸變電選址選線，提供良好的開放性框架。相對于國內(nèi)，國外對于輸變電選址選線研究較早[4-6]，采用瞬變網(wǎng)絡(luò)分析儀，確定輸變電選址最優(yōu)距離；提出輸變電選址選線，需要考慮人類居住生活環(huán)境因素；利用數(shù)學(xué)模型，測量冰雪覆蓋對輸變電選址選線的影響；此外還有公司研究了EPMapper軟件，為輸變電選址選線提供便利。

本文整合以往研究經(jīng)驗(yàn)，采用地物屬性識別技術(shù)，研究三維輸變電選址選線方法。

1 基于地物屬性識別技術(shù)的三維輸變電選址選 線方法

1.1 識別輸變電鋪設(shè)路徑地物

由于輸變電敷設(shè)區(qū)域覆蓋城區(qū)，屋頂、油漆路和綠化植物等會影響輸變電敷設(shè)。在鋪設(shè)過程中，要根據(jù)這些特點(diǎn)的位置選擇位置和線路，避免鋪設(shè)后的輸變電，影響電廠向電網(wǎng)的輸電。因此采用地物屬性識別技術(shù)，識別輸變電選址選線區(qū)域地物。為此，建立如下假設(shè)：

(1)

式中:H0為目標(biāo)不存在，即為背景(不存在影響輸變電選址選線的地物)；x為識別區(qū)域樣本像元光譜；N為輸入的光譜圖像像素點(diǎn)；μ0為背景均值向量估計(jì)值；H1為目標(biāo)存在；μ1為目標(biāo)均值向量的估計(jì)值；Σ0和Σ1分別為不同位置的特征值。根據(jù)式(1)，將其分為未知目標(biāo)和未知背景，以及已知目標(biāo)和未知背景兩種情況。

(1) 未知目標(biāo)和未知背景。地物識別技術(shù)中，在獲取輸變電區(qū)圖像的過程中，所用的光譜可能會受到一些因素的影響。因此，有必要在區(qū)域內(nèi)尋找小特征值，即區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的地物，則有：

y=D(x)=(x-μ0)TΣ-1(x-μ0)

(2)

式中:y為根據(jù)樣本像元的光譜x得到的一個(gè)標(biāo)量識別統(tǒng)計(jì)值；D(x)為像元光譜x根據(jù)決策函數(shù)計(jì)算得到的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量；Σ為特征值；T為小特征值尋找過程的時(shí)間系數(shù)。從式(2)可以看出，特征值Σ的大小，決定了D(x)的大小，根據(jù)特征值Σ大小，可以判斷該區(qū)域是否存在影響輸變電選址選線的地物。

(2) 已知目標(biāo)和未知背景。在這種情況下，采用光譜獲取輸變電鋪設(shè)區(qū)域圖像，只能將所有像元的能量近似表示為背景能量。因此假設(shè)識別地物目標(biāo)為d，采用地物屬性識別技術(shù)，對每個(gè)像元進(jìn)行計(jì)算。則有：

(3)

式中:ω*為地物屬性識別技術(shù)算子；R為輸變電選址選線區(qū)域樣本自相關(guān)矩陣。根據(jù)式(3)，即可在已知目標(biāo)和未知背景情況下，識別地物目標(biāo)d。

綜合以上內(nèi)容，可以得到輸變電的敷設(shè)區(qū)域、影響輸變電線路位置和選線的地面特征[7]以及該區(qū)域的具體地形。根據(jù)不同的傳播路徑和傳播特征，計(jì)算出不同的傳播路徑和傳播特征，從而選擇出影響地面特征選擇的屬性適當(dāng)?shù)奈恢煤途€路，鋪設(shè)輸變電線路。

1.2 計(jì)算地物權(quán)重

基于上一小節(jié)，采用地物屬性識別技術(shù)，識別地鋪設(shè)輸變電區(qū)域，存在的地物屬性，建立如圖1所示的影響輸變電選址選線層次結(jié)構(gòu)圖。

圖1 影響輸變電選址選線層次結(jié)構(gòu)圖

圖1中，目標(biāo)層表示輸變電選址選線，因素層表示影響輸變電選址選線的因素，方案層表示在這個(gè)因素的影響下，得到的輸變電鋪設(shè)位置和線路?；趫D1所示的影響輸變電選址選線層次結(jié)構(gòu)圖，建立影響因素判斷矩陣?？紤]到影響輸變電選址選線的因素眾多，采用兩兩比較的形式，確定影響因素權(quán)重，則對于第i個(gè)方案Pi的n個(gè)因素進(jìn)行相互比較，形成n×n階判斷矩陣A。

(4)

根據(jù)式(4)所示的因素比較判斷矩陣A，建立統(tǒng)一的判斷因素權(quán)重標(biāo)度，并將其分為9個(gè)檔次。其中：2、4、6、8四個(gè)檔次表示1、3、5、7、9五個(gè)檔次相鄰判斷的中間值：1表示兩個(gè)元素同等重要；3表示一個(gè)元素比另一個(gè)元素稍微重要；5表示一個(gè)元素比另一個(gè)元素明顯重要；7表示一個(gè)元素比另一個(gè)元素強(qiáng)烈重要；9表示一個(gè)元素比另一個(gè)元素極端重要。

基于以上內(nèi)容，完成輸變電選址選線影響因素的重要性比較，將影響較大的特征全部排除在輸變電選址選線范圍之外，最大限度地減小地物對輸變電線路選址的影響。

1.3 三維輸變電選址選線

輸變電選址選線，除了要考慮區(qū)域地物影響外，還要考慮輸變電選址選線所需要的投資成本、運(yùn)輸以及損失等經(jīng)濟(jì)因素。為此，假設(shè)：需要建立輸變電區(qū)域所需要的輸變電容量為S；在該區(qū)域，鋪設(shè)的輸變站設(shè)備折舊年限為m；購買新設(shè)備的成本費(fèi)用為K(S)；新建輸變電年運(yùn)行費(fèi)用為u(S)；鋪設(shè)輸變電的投資費(fèi)用為f(s)；輸變電存在的負(fù)荷集合為J；土地成本費(fèi)用為L；輸變電鋪設(shè)距離為T；輸變電設(shè)備距離自來水管線距離為W；特殊保護(hù)設(shè)備費(fèi)用為P。則建立的輸變電模型C為：

(5)

式中:r0為貼現(xiàn)率；ε為運(yùn)輸距離指標(biāo)值系數(shù)；Wj為輸變電第j點(diǎn)負(fù)荷；τ為距離水源距離指標(biāo)值系數(shù)；dj為輸變電與第j點(diǎn)負(fù)荷之間的距離；δ為土地成本指標(biāo)值系數(shù)；α為線路折損系數(shù)；β為輸變電選線單位長度建設(shè)費(fèi)用系數(shù)；φ為特殊地段指標(biāo)值系數(shù)；γ為單位長度設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)用系數(shù)；θ為輸變電距水管的單位長度建設(shè)費(fèi)用系數(shù)。

根據(jù)式(5)確定的輸變電建設(shè)經(jīng)濟(jì)因素，選擇輸變電位置和路徑。假設(shè)輸變電的選址集合為U，且U={(x1,y1),(x2,y2),L,(xn,yn)}，其中：(xi,yi)為輸變電第i個(gè)位置的坐標(biāo)；L為選線集合，且L={l1,l2,L,ln}；lj為第j條線路的布置方案；n為選址選線方案個(gè)數(shù)。則有：

P=argmaxLj∑xi∈Nj(x)I(pk=lj)

(6)

式中:I為指示函數(shù)；pk為第k個(gè)輸變電鋪設(shè)方案，即pk∈P；P為輸變電選址選線方案；xi為待選位置;Nj(x)為x(涵蓋x)的j線路。當(dāng)pi=lj時(shí)，指示函數(shù)I=1，否則I=0，為鋪設(shè)輸變電選擇的位置和路徑。

為提高輸變電選址選線效率，降低輸變電建設(shè)返工幾率，將采用VisualSFM三維軟件，模擬輸變電選址選線過程，根據(jù)模擬結(jié)果，再在實(shí)際鋪設(shè)輸變電區(qū)域中，鋪設(shè)輸變電。因此，將上述識別地物屬性結(jié)果數(shù)據(jù)，以及計(jì)算輸變電選址選線區(qū)域的影響因素結(jié)果，全部輸入VisualSFM三維軟件中，形成選址選線區(qū)域三維模型。并將式(5)和式(6)輸入VisualSFM三維軟件中，運(yùn)算輸變電位置和路徑，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，自動鋪設(shè)輸變電，從而得到輸變電最優(yōu)位置和路徑。完成輸變電選址選線。

2 試驗(yàn)論證分析

采用對比試驗(yàn)的方式，以某區(qū)域電網(wǎng)的輸變電為試驗(yàn)對象，以VisualSFM三維軟件作為此次試驗(yàn)環(huán)境，驗(yàn)證此次研究的三維輸變電選址選線方法。將此次研究的三維輸變電選址選線方法，記為試驗(yàn)A組；兩種傳統(tǒng)三維輸變電選址選線方法，分別記為試驗(yàn)B組(文獻(xiàn)[2]方法)和試驗(yàn)C組(文獻(xiàn)[3]方法)。確定輸變電鋪設(shè)起點(diǎn)和終點(diǎn)位置、存在的地物和指標(biāo)計(jì)算公式，改變輸變電鋪設(shè)位置和長度，對比三組方法，對輸變電鋪設(shè)路徑的障礙識別誤差、選線指標(biāo)和選址選線速度。

基于此次設(shè)置的試驗(yàn)參數(shù)，隨機(jī)選擇其中一條的原輸變電路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)，作為本組試驗(yàn)研究對象，要求其存在油漆路、水體、植被、屋頂和裸地等影響輸變電鋪設(shè)地物。經(jīng)過實(shí)地調(diào)差，發(fā)現(xiàn)該處影響輸變電鋪設(shè)的地物面積分別為233.60 萬m2、75.78 萬m2、318.92 萬m2、170.72 萬m2和41.31 萬m2。采用三組技術(shù)分別識別此次鋪設(shè)輸變電路徑上存在影響輸變電鋪設(shè)的地物，并與實(shí)地調(diào)差結(jié)果進(jìn)行對比。驗(yàn)證三組技術(shù)，識別輸變電鋪設(shè)路徑，與實(shí)際調(diào)查結(jié)果存在的誤差，其對比結(jié)果，如表1所示。

從表2可以看出，試驗(yàn)A組識別輸變電路徑鋪設(shè)上存在的影響輸變電鋪設(shè)障礙，產(chǎn)生的平均誤差比試驗(yàn)C組小34.85%，比試驗(yàn)B組小26.4%。由此可見，本文研究的三維輸變電選址選線方法，在識別鋪設(shè)輸變電路徑上存在的地物誤差較小。

3 結(jié)束語

本文研究三維輸變電選址選線方法，充分利用地物屬性識別技術(shù)，提高輸變電鋪設(shè)路徑地物識別精度，從而提升輸變電選址選線速度。

表1 路徑障礙識別誤差對比表