特高压架空输电线路二三维交互优化选线技术的研究与系统设计

汤 坚

(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

特高压架空输电线路二三维交互优化选线技术的研究与系统设计

汤 坚

(广东省电力设计研究院，广东 广州 510663)

为解决特高压架空输电线路设计中路径方案优选和优化排位等迫切问题，研究和开发了特高压架空输电线路正射影像选线、立体选线、平断面排位、立体三维漫游之间实时交互的特高压架空输电线路二、三维交互优化选线技术。

二三维交互；优化排位；路径方案优选；特高压架空输电线路。

1 概述

为促进资源节约型、环境友好型社会的建设，在发展经济的同时必须考虑到能源的节约，这对能源工业发展和电力工业发展提出了新的要求，那么建设特高压电网，是我国电力工业为适应新的电力发展形式、建设坚强电网的需要而提出的新任务。近年来我国特高压输电线路的建设已经取得飞速发展。这对如何抓好特高压输电线路的总体设计及路径方案的比选和优化提出了更高更新的要求。

2 传统路径选择的方法和流程

传统的路径选择是在地形图、正射影像图上确定路径平面方案，从数字高程模型DEM和影像上采集获得确定路径的平断面，然后在平断面上设计杆塔位。

具体路线方案优化的流程是：路径平面设计定线→应用DEM插值得到断面→绘制路径两旁规定范围内的平面→在平断面上排位设计→在立体模型中检查塔位，量测塔腿坡度。当导线对地安全距离不够，塔位高差过大造成上拔现象，或者线底跨越物过高造成路径无法通过，当塔腿坡度过大不宜立塔等情况时，需要回到第一步重新调整路径平面。就这样重复循环多次，直到满意为止。优化选线流程如图：

图1 线路优化选线流程图

在优化过程中，每调整一次路径平面，都必须重新绘制一次平断面，重新做一次排位设计。很明显，这种循环是单向的、需要反复很多次，需要花费较长的时间和很多的精力，实际设计中还需要多名勘测设计人员的相互配合，这就常常导致路线方案比选工作不够充分，优化深度不够。

如何在调整路径平面的同时，能在屏幕上实时显示平断面图；如何通过动态电子排位设计，将排位成果实时在路径平面和立体模型中反应，以提高路线优化效率和精度。是实现特高压输电线路三维优化选线的迫切需求。

3 二三维交互优化选线技术的开发

基于以上背景和需求研究开发出国内第一套四窗口二三维交互的特高压输电线路三维优化选线系统，实现了正射影像选线、立体模型选线、平断面电子排位、立体三维漫游的实时交互技术。

3.1 二三维交互优化选线技术的结构组成

⑴正射影像选线模块

该模块通过对正射影像镶嵌、裁切，生成正射影像选线模型。在正射影像选线模型中通过对地物采集、编辑和量测完成电力线路的平面设计并输出设计线路成果从而与其它模块协同工作。

⑵立体模型选线模块

该模块利用DEM与正射影像生成立体大场景选线模型，利用人造立体视觉原理，用户通过使用立体眼镜和三维鼠标对地物、地形进行精确的立体采集和立体量测，完成电力线路的三维精选。并输出设计线路成果与其它模块交互工作。

⑶平断面电子排位模块

该模块响应选线模块输出的平面路径及相关地物的信息。即时显示输电线路平断面图。设置排位参数，在平断面图上添加，修改，删除排位塔，并输出塔位定位信息。

⑷立体三维漫游模块

该模块接收选线排位模块的成果数据，在立体大场景模型中自动输入电力线弧垂K值和电力塔模型，真实展现设计成果。通过自定义飞行线路进行任意角度的缩放漫游，从而对线路的几何设计成果、线路与周围环境的协调性、线路安全性进行综合评价，同时还能进行视频记录为线路的设计评审提供科学依据。

⑸数据交互中心

该中心实时动态开辟共享内存，所有功能模块均要与数据交互中心实时通讯，通过数据中心交换发送各功能指令和数据。

图2 二三维交互技术窗口

3.2 二三维交互优化选线技术的原理及实现

⑴交互技术的原理

当主窗口打开时，会由数据交互中心开辟一片共享内存，该共享内存的作用是为了实时的更新各个窗口中的矢量。它由主窗口开辟，其他子窗口只能读写该共享内存中的数据，当主窗口关闭时释放该共享内存。当一个子窗口对一个矢量进行了操作(包括新建、删除、修改、取消删除操作)，该子窗口会将操作的矢量的所有信息，及操作方式存储在数据交互中心的共享内存中，再对其他窗口采用广播的方式发消息，收到消息的窗口读取共享内存，完成矢量的更新，保证了每个窗口中矢量文件的实时一致性。二三维交互优化选线技术协同关系如图：

图3 优化选线技术协同关系图

⑵交互技术的实现

以下是程序实现的部分代码：

4 二三维交互优化选线技术应用的意义

基于二三维交互优化选线技术应用的三维优化选线系统，具有以下意义：

4.1 取代传统的静态单向设计流程，实现动态交互的三维优化设计

三维优化选线系统改变目前设计中凭经验单向设计的方法，使线路设计建立在可靠的数字化模型的基础上，形成科学设计方法，大大减少人为的事务，使线路设计工作在初步设计阶段达到施工图设计深度，并全面提高线路工程施工图阶段技术经济效益。通过统计，三维优化选线系统可缩短路径长度1%～2%，配合优化排位，可节省投资5%～8%，既提高了工作效率，又提降低了工程成本。

4.2 取代传统的室内路径优化，为特高压输电线路路径变更提供现场决策

线路优化是电网工程建设非常重要的内容，线路路径的选择不仅仅受到地形地貌、建筑物的影响，而且还受到路径协议、施工外部条件的影响，尤其是在经济发达地区不同设计、施工阶段的调整和改线已是工作常态，线路路径已不是设计单方所能确定，涉及多方利益的协调，三维优化选线系统为工程中各方的统一协商提供现场决策。

二三维交互优化选线技术应用及三维优化选线系统的实现不仅能满足特高压输电线路优化选线的需要，还能有效地为复杂环境下的线路路径选择提供现场决策，有力地保障了电网建设的顺利进行，实现了社会效益和经济效益的有机统一。

[1]郭腾峰，等．公路三维关联优化技术的研究与开发[J]．公路，2005，(11)．

[2]曾晓毅，刘军伟，黄燕．特高压交流输电意义分析[J]．科协论坛，2009，(8)．

System Design and Study on Selecting Line Technique of TwoThree Dimensional Mutual Optimizingin Unusual High Voltage Impracticable Transport Electric Line

TANG Jian
(Guangdong Electric Power Design Institute, Guangdong, Guangzhou 510663, China)

To solve the route selection optimization and staking optimization issues of the ultra-high voltage overhead transmission line, this paper discusses the research of the two and three dimensional interaction route selection optimization techniques of the ultra-high voltage overhead transmission line route by using the orthophotos route selection, stereo photos route selection, planar and cross-section staking, and three-dimensional real-time virtual walkthrough methods.

two and three dimensional interaction; staking optimization; route selection optimization; ultra-high voltage overhead transmission line.

TM621

B

1671-9913(2011)02-0068-03

2010-01-27

汤坚(1981- )，男，安徽巢湖人，工程师。