特高压工程路径优化辅助决策支持系统设计与实现

王 刚，崔章顺

(北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京 100120)

传统初步设计选线工作多以CAD为基础平台，难以实现数据共享和综合化分析。路径方案的优化通常在1:5万地形图上进行，由于地图数据相对陈旧，与现实差别较大，设计人员易对工程环境产生错、漏等偏差，工作效率低。设计人员工程调查搜集的走廊信息离散，不便于综合考虑各种基础信息对路径走向的影响，实时平断面扫描和杆塔的自动优化排位更加无从谈起，难以做出比较经济、合理的路径方案。

GIS具有强大的空间信息采集、存储、管理、表达、分析和可视输出功能，易于对各类型数 据进行有效管理和空间分析，对于路径优化工作有着十分重要的意义。因此，本文在GIS平台基础上，集成自动优化排位和大场景三维立体功能，建立特高压工程路径优化辅助决策支持系统，通过直观展现影响线路走向的地物空间分布，辅助线路设计人员充分利用多源信息进行综合评判，确定推荐方案，并在此基础上进行杆塔的自动优化排位，并通过立体环境下查看杆塔位置以提高路径成立可信度，改善作业环境，提高工作效率，从而提高初步设计质量，加深初步设计深度。

1 系统设计

1.1 系统目标

建立基于GIS的特高压工程路径优化辅助决策支持系统的主要目标是整合丰富的地理信息、地质信息、工程信息等空间信息，辅助勘测设计人员充分考虑各种因素，进行合理的路径选择，借助自动优化排位技术，方便进行技术经济比较，辅助杆塔规划，实现优化设计的理念，为业主决策和初步设计服务。

1.2 系统框架结构

系统采用C/S软件架构，在Microsoft Visual Studio2008开发环境中利用C#进行基于ArcGIS Engine的二次开发；杆塔排位模块采用C++单独开发，通过数据接口与GIS功能组件间进行数据信息传递，从而实现协调工作。

图1 系统框架

1.3 系统数据库

该决策支持系统以大量地理信息为基础，因此空间数据库的选择和设计是否合理、高效、稳定和安全，直接影响到系统开发与应用的水平。考虑到用户的需求以及工程初步设计的特点，本系统采用File Geodatabase 存储矢量数据，栅格数据采用文件形式存放在硬盘上。对于相关的描述性数据，直接存在要素属性表中。系统所需的数据来源多种多样，根据数据管理和线路设计的需要，分成基础地理信息、专题信息、土地利用信息等(图2)。

图2 数据库信息结构

1.4 主要功能

特高压工程路径优化辅助决策支持系统是一个辅助输电线路工程初步设计的专业性软件系统，该系统采用标准的Windows窗口，以菜单、工具栏的形式提供所有功能(图3)。

根据初步设计工作流程，将系统分成7个功能模块，分别是数据管理、路径选择、平断面扫描、杆塔排位、统计分析、大场景立体显示、输出打印。

(1)数据管理。为用户提供线路设计所需数据的加载、显示、查询和维护，方便用户进行数据准备、电网地理信息显示、数据更新和维护。

(2)线路选择。用户根据各种地理信息，在二维平面上初步绘制线路可能的多种路径方案，并对多方案进行管理，亦可以对线路方案的转角位置进行编辑。而且用户经过敏感区域时，系统会给出敏感区警告。

(3)平断面扫描。用户在指定某方案首尾杆塔位置后，可实时自动提取该线路的平断面图[7]，并将结果以不同格式保存。

(4)杆塔排位。包括手工排位和自动优化排位。手工排位功能在用户通过电子模板将设计参数输入后，即可增加、移动和删除杆塔、杆塔属性修改。自动优化排位功能在输入杆塔设计参数后，借助自动优化排位工具，从杆塔位置可行性、经济性等方面实现杆塔排位的自动优化[8]。

(5)统计分析。路径方案确定后，获得不同方案的交叉跨越、杆塔数量等信息，方便用户进行多方案的比选，使设计更具有可行性、经济性。主要的统计分析指标有线路长度，杆塔数量，平均耐张段长度等。

(6)大场景立体显示。实现平面视图和立体视图的地理坐标关联显示，从而方便用户进行初步设计。在二维平面路径方案确定后，将立体影像与平面正射影像联动(放大、缩小、移动等)，方便用户借助红绿眼镜查看塔位，当用户调整杆塔进行，对应立体影像上位置会实时变更。此处，立体影像采用正射影像与DEM生成[9,10,11]。

图3 系统界面

(7)输出打印

输出打印主要包括两项功能，其一是专题图制作和输出，指对地图窗口中当前显示的内容进行整饰和输出。其二是文件打印，指将线路设计结果、专题图等文件进行打印预览和输出到打印机。

2 工程应用

2.1 工程简介

溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电线路工程线路西起溪洛渡换流站，东至浙西换流站，可研路径长度1679.9km，途径四川、贵州、湖南、江西和浙江五省的45个市县。全线地势西高东低，以高山、山地和丘陵为主，跨越湘江、赣江等多条河流，沿线自然保护区、风景区、规划区域、矿区和国防控制用地、水源保护区等敏感区域多，铁路、高速公路、电力线等交叉跨越多，使得线路走廊规划更加复杂。

2.2 选线工作流程

系统工作流程包括五个方面内容：

(1)工程项目数据的准备工作。收集可研路径以及沿线的卫星影像、数字高程模型、专题信息等走廊信息，并对数据进行加工和处理。

(2)用户将准备好的各类数据导入工作空间，展现到辅助决策支持系统上，为线路路径的绘制提供数据基础。

(3)线路设计人员通过数据叠加显示、平面和立体联动显示等，有效地避开矿区、房屋密集区、保护区等敏感区域，减少不确定因素的干扰，确定推荐方案。在此基础上，自动绘制推荐方案的平断面图，并进行杆塔自动排位和立体模型中塔位查看。

(4)设计完成后，对线路的长度、杆塔数、交叉跨越等信息进行统计，为用户提供初步设计所需的成果数据。此外，用户可以通过统计指标进行多个推荐方案的比选，从而确定最佳路径方案。

(5)用户对设计成果进行专题图制作、输出和打印。

2.3 优化结果分析

在可研路径基础上，通过初步设计选线工作，有效提高了工程安全可靠性，减少了投资，降低了施工建设难度，减小了对环境的影响，经济、社会和环保效益明显，主要表现在：

(1)合理确定整体路径方案，优化各段接头点，并对各段局部路径方案进行了优化，减少转角个数、缩小转角度数。路径方案优化后，缩短路径长度20km，节省工程投资1.5亿。

(2)减少了房屋拆迁，充分体现电力建设和谐发展的理念。借助初步设计平台，尽可能减少房屋拆迁，降低了施工民事难度，减少工程建设对人民生活造成的不利影响，充分体现了以人为本的理念。通过平台初步统计，全线优化后房屋拆迁量总计减少1567栋。

(3)缩短跨越林区长度，减少林木砍伐，保护环境。线路经过地区林木较多，通过将卫片解译结果叠加平台中，统计各方案跨越林木长度，减少林木跨越和砍伐，从而尽可能地保护林业资源，避免破坏环境。路径优化后，全线跨越林区长度缩短了34.1km。

(4)借助统一的数据平台图形化展示障碍物信息，实现 “按图说画”，从而有效避让风景区、保护区、规划区、矿区等主要障碍物。

(5)有助于梳理路径方案中存在的问题。通过预选线方案的直观展示，有助于设计人员掌握线路与周围地物关系，提出影响路径方案的问题，并形成具有可操作性的对策，为重大问题的解决争取了时间，为工程的顺利推进奠定了基础。

3 结论

基于GIS技术开发的特高压工程路径优化辅助决策支持系统，将所有走廊资源信息在地理信息系统的空间框架内显示和管理，直观再现路径方案与周围地物信息的关系，实现了影响线路走向的数据信息的整合，任意路径方案的绘制、快速平断面扫描、自动优化排位等辅助功能，改变了传统的路径优化模式，提高了特高压工程输电线路初步设计的质量和工作效率，加深了工作深度。该系统强化了对影响线路走向信息的有效利用与挖掘，进而实现路径选择的辅助分析决策，符合电力设计单位的要求，具有较强的实用性。通过具体工程实例的应用，进一步验证了该系统的可行性和实用性。该系统的建设，为特高压工程路径优化设计的信息化、科学性提供了一个有效途径。

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