三维数字地理信息系统在电网规划设计中的应用

刘 刚，吴 菲，李 湛

(本溪供电公司，辽宁 本溪 117000)

三维数字地理信息系统在电网规划设计中的应用

刘 刚，吴 菲，李 湛

(本溪供电公司，辽宁 本溪 117000)

2012年，“三集五大”体系建设将在国家电网公司深入实施，其中“大规划”对电网规划设计提出了更高的要求，电力企业市级电力设计院作为“三集五大”的技术支撑部门，在新形势下应更好地发挥自身作用。文中介绍了三维数字地理信息系统，论述了更直观、更有效、更精确的电网规划设计和三维数字地理信息系统在电网规划设计中的应用。

三集五大;三维数字地理信息系统;电网规划设计

2012年，国家电网公司发布了文件《关于全面推进“三集五大”体系建设的意见》。明确指出，推进“三集五大”体系建设是“两个转变”的核心内容。当前，国家电网进入发展新阶段，对提高大电网驾驭能力，加强专业化、精益化管理提出了更高要求。面向未来，国网公司确定了“建设世界一流电网、建设国际一流企业”的愿景。形成以“三集五大”为特征的新体制、新机制，是国网公司深入贯彻落实科学发展观，推进改革创新的具体实践;是适应电网发展方式，加快建设坚强智能电网的迫切需要;是深化国网公司发展方式转变，建设“两个一流”的重要举措。

其中“大规划”是全面落实“四化”管理要求，突出规划引领、强化计划管控，建立公司统一规划、各专业相互协调、各类规划计划有机衔接的一体化规划计划管理体系。实施全公司规划计划集中管理和统一编制，建立包含各专业、贯穿各层级、覆盖各电压等级的统一规划体系。全面推进大规划体系建设，要加强技术支撑体系建设;加强规划设计基础能力建设，提升规划设计理念，完善规划设计手段，统一分析模型和计算软件;加快“大规划”一体化信息平台建设，实现各级规划信息有机衔接。三维数字地理信息系统 (GIS)作为“大规划”体系下的一个信息共享平台，依靠其自身信息的直观性、功能的有效性、数据的准确性，让各专业都参与“大规划”中，才能更好地显现其作用。

1 三维GIS概况

随着大规模地形显示和分析算法的出现及三维GIS关键技术的突破性进展，三维GIS技术已逐渐进入应用阶段。与二维GIS相比，三维GIS用X、Y、Z来表述空间对象，对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术来展现地理空间现象，不仅能表达空间对象间的平面关系，而且还能描述其垂向关系，同时具有对空间对象进行特有的三维空间分析和操作功能。与CAD及各种科学计算可视化软件相比，三维GIS技术具有独特的管理复杂空间对象的能力［1］。

输电线路是位于地理空间中的人工构建物，其距离长，通过的地理条件比较复杂，与众多电力线路和通信线路交叉跨越，并且通常会通过居民区、公园和其它特殊区域。输电线路及其杆塔位置与地理空间位置密切相关，特别是在垂直方向上的层次信息尤为重要，这使得二维GIS无法达到其管理需求。近年来，计算机图形学的发展和计算机硬件性能的成倍提高使得三维GIS技术日益完善，通过这些技术，能构造更接近现实的三维地表模型和各类设备模型，使得GIS系统从二维向三维发展。通过运用三维GIS技术，结合模式设计方法，构建适用于电力企业生产管理的三维GIS［2］。

三维GIS功能包括三维电网展示、电网设备管理、电网规划建设管理、电网生产安全管理和系统管理5部分。其中：三维电网展示包括三维数字地形模型、高分辨率遥感影像数据、三维电力设施与设备模型的三维仿真场景，实现对电网设备、电网建设区域的三维可视化仿真，并允许用户在三维场景中交互式地完成场景浏览、漫游、定位等功能，以全方位、直观化地了解电网建设情况与电网所在区域环境;电网设备管理用于对三维电网设备的位置、资料、运行安全程度及检修状况进行管理;电网规划建设管理用于完成电网建设规划设计辅助业务，主要功能包括已建线路的初步设计、成果展示、区域切割和新建线路;电网生产安全管理用于完成电网生产故障查看、电网安全监管与维护等工作，主要包括故障查找、故障模拟、小波测距、雷电定位等功能;系统管理包括允许用户对影像、DEM、矢量数据的服务器地址、字体风格、地形精度、地形夸张倍数、状态栏坐标显示格式、缓冲地址等参数进行设置［3］。

2 三维GIS的应用

2.1 在线路设计中的应用

现有架空送电线路设计工作分为可研、初设、施工图设计等阶段，分别由不同部门承担，按设计规范要求以报告、图纸等形式提交成果，各业务流程环环相扣但又相对独立，并由各专业且独立的软件支撑，各阶段所用软件的共享性、互通性差，设计周期较长，各环节中采集与设计的相关基础资料和信息没有被很好地利用。例如地理数据、工程计算数据等，采用三维GIS技术，在架空送电线路的设计任务下达后，根据所在区域，利用有高程信息的DEM数据结合DOM数据，在可研阶段即可在室内利用三维GIS查看地形地貌 (见图1)，把握地形的起伏情况及周边的环境情况［4］。

图1 DEM数据结合DOM数据利用三维建模展示电网线路

在减少外出调研的情况下，可以马上选择大致的线路备选方案，缩短外出工作时间，提高工作效率。采用三维GIS技术，在初步设计进行优化选线的阶段，提供二维地图、平断面图、三维地图等多种视角，把野外线路周围的三维实景搬到室内，让设计人员充分考虑地形、社会环境和生态环境等影响因素进行优化设计 (见图2)，得出符合国家和行业标准的成果，三维协同工作模式和紧贴选线业务功能可大大缩减外出工作量、提高勘测设计质量、缩短勘测设计周期并降低工程造价成本。

图2 野外勘测环境及周边电网分布

2.2 在变电站设计中的应用

在进行变电站设计过程中，将野外实景环境在计算机中进行仿真，变电站址多方案比选、设计成果三维展示。设计人员可方便地以二维、三维方式查看和关注区域的地形地貌 (见图3)，结合规划资料等约束条件进行变电站和电源站址的多方案比选，提高工作的可行性和精确性。同时，可以在三维地图上直接叠加土地利用总体规划图等相关资料，直观展示各种规划限制地区，满足在选址过程中，所选站址对其它部门如交通、油田、居民区等规划布局的要求。可在三维环境下直接测量备选站址与各规划区边界的距离，在站址三维地形地貌上叠加显示变电站、电源围墙、架构、进场道路等的相关信息，并可直接基于备选站址进行精确的土石方平衡分析和高精度的规划与设计工作等［5］。

图3 地理环境与设备选型

2.3 在电网运行维护中的应用

电网建成后，面对复杂的电力网络，有效地对其进行管理以保证电网正常运行、确保电力正常输送更加重要。如果发生停电事故，不但给电网经营企业带来巨大的经济损失，而且也将对电力用户和整个社会造成严重影响。三维GIS可以结合电网运行维护需求，以直观的方式提供线路走廊，使资产全数字三维可视化管理。基于输电三维可视化平台，输电网络实际模型与其所在的地形地貌信息将以真实的三维形式表现出来，恢复线路走廊三维基础地理数据、地表附着物 (树木、建筑等)线路、杆塔三维位置和模型，并展示环境、气象等因素(见图4)。

图4 线路周边自然环境展示

同时建立变电站三维可视化子平台，实景模拟变电站及站内设备，实现对变电站设备的物理结构、设备参数等信息的管理，实现线路走廊资产全数字三维可视化管理。对于新设计的线路或变电站，相对于传统的图纸、报告与电子文件，成果移交可实现全数字化、系统模块化、三维可视化等多种独特的形式，提供一套完整的数据管理与分发服务系统，同时将设计用的基础测绘资料、线路走廊、设备信息、线路与铁塔三维模型等数据与信息一并移交给运行单位，使运行单位即刻拥有一套针对线路的信息管理系统，实现设计与管理的无缝交接［6］。

2.4 在电网规划中的应用

“三集五大”中的“大规划”，其中“大”字即“包含各专业、贯穿各层级、覆盖各电压等级”，实现这个目标需要搭建一个信息共享平台，才能让“各专业、各层级、各电压”参与其中，这个平台用三维GIS即可实现。随着三维GIS广泛深入的实施，供电企业各专业的员工都能从三维GIS上了解“大规划”的详细内容，提出不同的专业需求，从而完善“大规划”的内容。用不同的颜色表示现有电网情况和将来规划的电网情况(见图5);用不同的图层来表示不同的电压等级，真正实现“大规划”的作用［7］。

图5 规划工作中各电压等级电网示意图

3 结束语

“三集五大”是国网公司深入贯彻落实科学发展观，推进改革创新，服务经济发展方式转变的具体实践;是适应电网发展方式转变，加快建设坚强智能电网的迫切需要;是深化国网公司发展方式转变，建设国际一流企业的重要举措。而三维GIS在电网规划设计中的应用，将大幅度提高工程设计深度和精度，为工程清单报价提供重要依据，使选所、选线更加科学合理，从而节省工程投资。同时，还将大量减少野外踏勘工作、缩短设计周期。随着计算机图形技术的飞速发展和硬件水平的不断提高，三维GIS将是整个电力行业规划设计信息平台的发展方向。只有基于三维系统才能更直观、形象地认识和理解地理和设备信息，从而提高管理水平和工作效率。

［1］ Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，etc.Design Patterns［M］.Beijing：Machinery Industry Press，2000.

［2］ 王学超.配电自动化中的动态地理信息系统［J］.电网技术，1999，43(8)：58-60.

［3］ 孟遂民，李光辉，王正平.输电线路GIS的总体设计［J］.武汉水利电力大学学报，1999，43(4)：334-337.

［4］ 朱 庆.三维动态交互式可视化模型：地理信息系统中的三维表示与分析［J］.武汉测绘科技大学学报，1998，42(2)：124-127.

［5］ 肖乐斌，钟耳顺，刘纪远，等.三维GIS的基本问题探讨［J］.中国图像图形学报，2001，6(9)：842-848.

［6］ 王学超.配电自动化中的动态地理信息系统［J］.电网技术，1999，23(8)：58-60.

［7］ 邬 伦，刘 瑜.地理信息系统——原理、方法和应用［M］.北京：科学出版社，2003.

“3D Geographical Information System”in the Power Grid Planning and Design of Application

LIU Gang，WU Fei，LI Zhan
(Benxi Power Supply Company，Benxi，Liaoning 117000，China)

In 2012，the“three set five”system construction of State Grid Corporation of China will develop in depth.The“big planning”to power grid planning design demands higher requirements.The electric municipal power design institute as“three set five”technical support department，under the new situation，should play a better role in it.This paper discusses the three-dimensional digital geographical information system，power grid planning design in intuitive，effective and accurate way，and the use of three-dimensional digital geographical information system to power planning.

Three set five;3D geographical information system;Power grid planning and design

TP79;TM727;TM715

A

1004-7913(2012)06-0034-03

刘 刚 (1966—)，男，1988年毕业于南开大学计算机与系统科学系控制理论专业，高级工程师。

2012-03-30)