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基于GIS的输电线路三维辅助设计系统研究与实现

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张昊

摘要：本文主要针对GIS的输电线路三维辅助设计系统进行研究，分析业务需求及技术需求的基础上，解析基于GIS的输电线路三维辅助系统设计，最终就GIS的输电线路三维辅助设计系统的具体应用过程和效果进行分析。

Abstract： This paper focuses on the research of GIS transmission line three-dimensional auxiliary design system， analyzes the business requirements and technical requirements， and analyzes the GIS-based transmission line three-dimensional auxiliary system design. Finally， the specific application process and effect of GIS transmission line 3D auxiliary design system are analyzed.

關键词：GIS;输电线路;三维辅助

Key words： GIS;transmission line;three-dimensional aid

中图分类号：TM75;P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）12-0167-03

0 ?引言

我国电网工程建设不断发展与完善，输电线路在山区以及偏远地区普及覆盖率不断提高。但是在输电线路建设，尤其是偏远地区、地形复杂地区的建设当中存在极大的难题，给工程施工带来一定的难度。对于输电线路施工而言，在进行施工之前必须要根据地形和水文条件制定科学的施工计划于施工方案，另外还应该结合地形地貌设计相应的铁塔、线路等来辅助大宗工程建筑物的运输。勘测人员在整个过程中具有重要意义，只有经过勘测之后得到详细、准确地信息才能够为施工提供一手资料。但是传统的勘测主要依靠人力来完善，成本较高，而且获取的信息不够准确。因此，借助信息技术来辅助施工单位勘测，获取施工信息具有重要意义。随着GIS技术的发展，该技术已经开始应用于输电线路工程辅助施工当中，借助该技术搭建系统平台，保障输电线路施工正常进行。

1 ?业务需求及技术需求分析

1.1 业务需求

对于基于GIS的输电线路三维辅助设计系统而言，其应该面向整个输电线路工程施工，希望通过该系统时间整个输电线路标段内的三维效果展示。因此，在基于GIS输电线路三维辅助系统设计当中必须要引入三维数字化模型，并结合DEM数据，依托高分辨率遥感影像实现对输电线路地理信息的综合管理，同时实现可视化展示。在该系统中还必须设置相应三维空间快速浏览与测量功能，以及工程信息查询、辅助施工等相应功能。

1.2 技术需求

1.2.1 输电线路初步设计

对于输电线路而言，其整个线路的建设主要分为两个阶段：初步设计以及施工设计。

首先，在进行初步设计的时候必须要结合实地勘测的数据以及实地的具体情况进行，进行大区域的线路选线而最终完成线路方案的整体优化。对于初步设计而言必须要注重线路路径选择最优化，才能够保证工程质量、运行安全以及工程建设投资等要素。在当前的初步设计中主要通过地形图进行选线，在完成选线之后才会进行现场勘测，但这种方式仍然具有极大的弊端：①某些地形图由于存留时间较长，因此其并不能很好的反映施工时期的地形地貌特征;②另外对于地形图而言可视性比较差，包括等高线、高程信息等信息不能够直接获得判读;③对于路径断面信息，也无法直接从地图上了解到，因此在进行杆塔排位的时候质量不能得到有效保障。在立体模型上提取线路路径的平断面图，再用线路CAD软件进行专业杆塔排位与校验。但航摄存在覆盖范围小、工程造价高等不利因素，对初步设计而言，不是合理的选择。

1.2.2 三维GIS技术应用于输电线路初步设计分析

近年来三维GIS系统开始发展完善，其中典型代表是Skyline，这一技术的崛起使得线路规划可视化成为了可能。通过利用Skyline能够将线路附近的地形地貌以三维可视化的方式直观形象的展示给用户。Skyline主要由三个软件构成，包括Terra Builder，Terra Explorer和子软件Terra Gate，不同的子软件负责系统的不同功能，综合协调作用下实现了三维图像的最终生成，并通过系统功能进行发布和展示。其中Terra Builder子软件实现DOM数据和DEM数据的打包收集整理，在此基础上形成三维地形数据集。Terra Explorer的主要功能是能够将数据进行整合分析，并利用三维模型原理最终形成虚拟的三维可视化场景，结合系统同时能够提供三维场景的查询、标准、浏览、测量等一系列功能。最终通过子软件Terra Gate完成数据的发布和三维图形的展示。这系统的综合功能对于输电线路而言具有重要意义，通过该系统能够辅助输电线路的设计，最终将设计的输电线路以三维可视化的方式显示出来，以供设计的进一步进行。

2 ?基于GIS的输电线路三维辅助系统设计

2.1 总体设计

在本基于GIS输电线路三维辅助设计系统的设计中采用如图1所示的系统构架，一共包括获取层、数据层、服务层以及应用层四层。

在该系统中首先通过在获取层来获取施工现场的相关水文、地质数据资料，然后结合GIS技术来建立施工现场地形环境场景模型，然后将模型和数据导入整个电网生产管理系统中。数据层主要实现上述功能，完成相关数据的存储和共享。然后用户能够结合采集到的数据来完成和虚拟场景支之间的交互，最终满足输电线路的设计要求，实现输电线路三维辅助设计功能。

2.2 数据库设计

在该系统设计采用SQL Servel数据库管理软件实现功能，在数据库技术应用中必须合理划分数据库，尽可能的减少冗余度。

如图2所示，输电线路设计一般可以分为空间地理信息数据以及线路设备模型数据两大类。

空间地理信息数据主要针对施工现场而言，包括施工现场的地形层、地质层以及城市层和建筑物层等相关的地质水文信息。

输电线路设备模型一般包括架空线参数、杆塔型号等基础数据信息。

對于其中的各项数据信息采用分层管理的方式进行，通过GIS系统不仅仅能够实现空间数据的时效性，而且还能够保证相关数据的完整性和适用性。

2.3 功能设计

根据输电线路工程建设的实际需要，必须要保证系统的完整性好而有效性，最终搭建的辅助施工调查系统功能图如下所示，希望通过该系统能够为输电线路施工提供更加专业化的施工调查业务软件服务。

系统的功能结构分为以下4个模块：

2.3.1 三维工具

三维工具主要是基于三维系统模型上进行应用的，通过这一工具能够实现对三维模型的点位查询，了解施工现场的中距离、高程等相关信息，还能够通过该工具展示线路施工的覆盖范围三维实景，了解施工现场的三维地形地貌。在实际的输电线路三维辅助设计当中，首先利用带有传感器的相应设备展开三维测算，按照规定的线路走廊利用三维工具进行测算，并利用设备完成三维飞行浏览设置，通过三维飞行浏览获得必要的数据和信息，以供规划与设计。

2.3.2 工程信息管理

在该系统设计的工程信息管理中主要对线路杆塔进行管理，采用层级管理方法建立相应的工程管控列表树。用户在进行工程信息的查询过程中，仅仅需要按照实际需要来点击需要的杆塔列表树即可。然后系统会给出施工标段杆塔的设计参数以及香瓜基础信息，然后双击节点，就能够实现杆塔在三维平台中的具体定位。在工程信息管理中主要实现对采集的信息以及规划的信息进行管理，主要信息包括杆塔参数信息以及工程进度信息等。充分利用当前的数据库技术、网络技术等来实现对信息的计算机化管理，能够实现数据储存、查询、定位等相关管理操作。

2.3.3 道路规划管理

针对当前输电线路施工的具体要求，结合当地的实际地址条件、道路条件来绘制道路路线图，这一过程中必须对道路长度、道路类型等具体基础信息给出。根据这些数据和道路情况结合杆塔具体情况来规划辅助于输电线路施工的道路路线，同时规划好道路路线之后，还必须要提供相应的编辑操作，能够对规划线路进行查询、实时更改等，同时对于规划好的线路还能够导出。

2.3.4 索道规划管理

针对输电线路施工具体要求，还应该辅助器进行索道路径规划选择以及索道选线绘制。这一过程中需要包括索道类型信息以及索道参数等。结合三维模型，能够展示索道沿线高程、坡度等信息，另外还能够导出相应的专题图。

对于基于GIS的输电线路三维辅助设计而言，其中的道路规划管理以及索道规划管理是关键中的关键，充分利用整个系统的功能实现这两个任务，不仅仅能够完成道路路线的规划，在完成路线规划之后能够给出索道规划，这其中包括具体的规划设计参数以供工程建设的实际需要。该系统在这一过程中还充分利用了三维技术、成像技术等新科技技术，能够将规划图和计划图以三维可视化的方式呈现出来，更加的具体化、形象化，能够更加直观的看出设计与规划的效果，其中存在的问题也能够更加直观的指出，更便捷有效。

3 ?基于GIS的输电线路三维辅助系统具体应用分析

结合前面的理论基础，最终搭建的输电线路三维辅助系统基础数据平台如图4所示。其在输电线路施工建设中的具体应用主要如下所示。

3.1 辅助输电线路路径选择

借助基于GIS的输电线路三维辅助设计系统能够完成输电线路路径选择，主要按照图5所示流程进行。

3.1.1 线路初步规划

根据如图4所示的基础数据平台来获取施工现场的基础地理矢量数据等各项资料，并且结合这些基础信息数据将输电线路附近的地形地貌特征以三维可视化方式展示出来，通过此三维图能够辅助大范围线路路径的初步规划。在图4的基础数据平台中能够准确的采集并定位各重要的基础数据，三维图的应用能够更加直观的了解输电线路建设现场的具体实际情况和具体的参数，矢量数据的方法的应用也保证了三维图形更加符合实际情况。

3.1.2 辅助路径编辑与地物采集

在该系统中，能够根据实际工程需要以及现场具体情况来给出多种路径方案，同时结合不同的方案采集相应的特殊标注点、危险源等地物信息。对于不同的路径方案进行对比分析，并根据分析给出评估结果分析，主要是分析特殊标注点以及危险源等信息，在分析的过程中还需要进行信息的进一步采集与完善。

3.1.3 空间分析辅助线路方案比较

在该系统当中引入空间分析技术，通过这一技术能够实现不同辅助线路方案的比较，结合地物信息分析其安全性以及可行性，最终确定最科学的路径。空间分析技术的引入，是能够保证设计方案以及路线图更加接近真实情况，对于线路规划以及设计是有推进意义的

3.1.4 辅助线路路径图制图

在该系统中采用路径专题图制图辅助设计，完成科学路劲该规划之后系统能够直接导出CAD格式的分幅路径专题图，同时专题图还涵盖了影像数据以及高程、矢量数据等。在进行辅助线路路径规划是在前面所有的前期准备工作基础上进行的，因此做好信息的采集分析与前期工作具有重要的意义，必须得到充分的重视。

3.2 杆塔排位验证

在前面的操作之后能够基本确定路径，在此基础上结合三维数据能够通过系统裁切线路纵断面，并以此结合专业理论和知识进行杆塔排位。在此过程中还需要结合交叉跨越情况以及地形的实际情况来确定杆塔的实际参数，包括塔高、塔位以及塔型等参数，同时系统还能够最终给出路径的工程造价预算，对路径进行评估确定合理性。系统能够实时的进行各参数和信息的显示，包括桩位、杆塔、对地安全线、交叉跨越以及导线、底线等。最终杆塔的排位不仅仅可视化，而且可以进行手工排位，进行插、移、修、删等操作，另外在该系统中还能够完成绝缘子串长、杆塔基降、纵面横纵比等采纳数的设计。在进行排塔的过程中该系统还能够提供实时信息，包括代表档距信息、耐张段档距信息等。另外，最终的排位结果能够进行三维可视化处理，在三维场景中实时的进行更新与同步，最终的杆塔排位结果能够在真实地理环境中进行设计与验证，这样能够保证工程建设的精度和准确性，还能够进一步提高工作的效率。

3.3 应用效果展示

经过路径优化之后以及杆塔排位之后，系统能够给出最终的设计成果图，如图7所示。最终给出的是输电线路施工的三维数据模型，对于输电线路中的杆塔、绝缘子以及导线等各种路线参数信息，還能够将各种数据导出以供施工使用。

4 ?结论

通过融入现状电网数据、各种辅助电力设计资料，完善输电线路初步设计基础数据平台，拓展系统专业功能模块，推动系统应用于施工设计等更复杂、更专业的环节，创造更大的应用价值。

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