三维GIS技术下的输电线路地理信息系统设计探究

廖晓苏

（广州市电力工程设计院有限公司，510000）

三维GIS技术下的输电线路地理信息系统设计探究

廖晓苏

（广州市电力工程设计院有限公司，510000）

随着三维设计技术的普及，输电线路设计也引入数字化三维设计。文章主要论述建立一个以三维地理信息系统（Geographic Information System，GIS）为支撑的数字化设计平台，最终实现设计信息化、软件集成化、图纸电子化、管理规范化，使得设计成果更加直观、设计手段更加先进、协同作业更加便捷、项目管理更加高效、成果移交更加规范。满足电力系统对输电线路的管理的需求。

GIS技术；输电线路；地理信息系统；三维展示

1　构建三维输电线路系统技术难点

1.1模型复杂数据大

与传统二维GIS技术相比，三维的GIS技术显得更加的深奥与复杂，不管是矢量结构的三维构图，还是栅格结构的三维构图，想要对复杂的实际地形进行精确的表达，都需要进行大量的数据储存、数据计算以及数据处理，而在实际的输电线路系统中，一条完整的输电线路都特别的长，一般在几十公里到几百公里之间，这就使得通过三维GIS技术构建输电线路系统的数字地形模型的规模巨大，加上许多实际的地形问题，比如河流、街道、居民住宅区等特殊地形模型以及那数量众多的输电设备模型，从而导致整个三维GIS地形模型场景极其的复杂，且数据量庞大，因此如果没有一个很好的地形模型数据管理模式，系统将很难达到在互联网上交互式显示的目的，同时显示效果也会大大降低。

1.2标记符号多样

在以往GIS系统中，一般使用点或是符号之类的标记来代表电力设备，不能够清楚直观的表现电力设备的实际情况，比如杆塔高度、输电线的长度等实际情况，但是在三维GIS输电线路地理信息系统中就需要对输电设备的真实情况进行模拟，已达到与实际输电设备情况相同步的水平，因此这将会大大提升电力设备模型的复杂程度，使三维GIS输电线路地理信息系统的建设更为困难，因此必需要选用更加简单而且高效的电力设备模型设计方案，来实现三维GIS输电线路地理信息系统中的电力设备模型建设。

1.3数据查询

由于三维GIS输电线路地理信息系统是一个集地理数字数据、地理模型、设备模型、设备信息数据等众多数据于一体的综合管理平台系统，因此如何将如此众多的数据高效的、规整的结合在一起，建立起一个整体性的三维模型数据库，以方便相关的使用人员进行快捷的查询，成了三维GIS输电线路地理信息系统建设的一大技术难点。

2　输电线路系统的设计

2.1结构设计

数据的地理数据是GIS的“血液”，GIS数据的采集获取在GIS发展中起着决定性的作用，随着遥感技术的发展，GIS数据获取变的多样化，其中主要通过以下几种方式获取GIS数据。1）、航空遥感数据采集2）、无人机数据采集。

根据三维GIS输电线路地理信息系统建设的技术难点，以及输电线路管理的基本要求，在参考分析了一些成熟的三维GIS地理信息以及输电线路管理系统后，对三维GIS输电线路地理信息系统的结构体系设计提出了系统体系结构图，如图1。因目前还没有比较成熟的三维空间数据库，因此在三维 GIS地理信息系统中的地形模型数据可以与其他的方位信息数据以及相关资料数据进行分别储存，同时将除了地形模型数据之外的数据集中储存在统一的关系数据库中，再考虑到系统地形模型的变化主要是地理位置变化 ，因此可以通过为设备建立起一个三维模型原形库的方式，在三维GIS输电线路地理信息系统运行时为系统场景中的三维原型模型匹配一个地形模型数据，同时再通过关系数据库得到相应的方位信息 数据和设备信息数据，使模型信息可以与数据信息紧密的联系在一起，从而大大节约了数据储存的空，同时也能很好的实现交互式查询的要求。

2.2模型显示设计

由于输电线路的涉及范围比较广而且所处的地形也比较复杂，因此想要很好的表达相应的地形模型需要拥有很好的图形显示技术以及表面建模技术，因此针对地形模型复杂的三维GIS地理信息系统，可以采用混合使用不规则三角形网和方格网的地形模型表达方法，运用三角形网结构，可以方便、快捷的建立起具有边界形状的目标模型，同时对于三维地形模型的空间查询以及查询结果分析都很重要，采用碎部等级方法来解决巨大数据量情况下的三维地形模型显示的优化方法，可以将复杂的三维地形模型以不同的画面质量进行预先处理和储存，再根据显示要求的需要进行不同质量的模型显示，使观察点的地形模型显示质量高，使远离观察点的地形模型显示质量低，此方法既可以满足地形模型显示质量的需要，又能大大减少地形模型显示时的数据处理量，，而且还不会出现地形模型显示质量的耗损，同时对于此种显示方式还可以从DEM空间数据索引方面进行优化，通过建立不同细致等级的DEM层次体系，通过层次结构组成来进行DEM数据的空间索引，使数据能够快速的存取而且不管数据量的大小，使地形模型的显示具有无缝性，从而保证在同一时刻构成地形模型的数据为一个恒定值，从而最大限度的提高用户的交互效率，而且还可以通过对输电设备模型的分层管理，使相关的使用者在进行信息查询时可以根据查询要求的不同，来进行输电设备模型的分层显示，从而提高系统界面的刷新速度。

2.3模型层次设计

三维GIS输电线路地理信息系统的模型设计是一项庞大而且极其复杂的工作，因为整个三维GIS输电线路地理信息系统它包括有大量的地形模型、设备模型以及一些特殊模型，单单以设备模型的角度来讲，就包括种类繁多的输电设备以及一些组合型的设备，而且此类设备的结构层次复杂，如果没有对此类模型设计良好的层次结构，将会使相应的设备管理人员对设备的管理工作变得复杂起来。因此运用对象结构型模式以用树形结构来表示输电设备的层次关系和相互关联，使得单个设备和组合型设备的使用信息具有一致性，从而保证了整个设备对象的层次清晰，而且可以更加方便地加入新的电力设备，同时还可以采用模板分离的模式来设计地形模型的模板，使三维场景中的模型显示具有鲜明的层次感。

3　案例分析

本文通过对三维GIS输电线路地理信息系统的几个技术问题的研究，结合三维GIS软件的使用技术，开发了一套基于三维GIS技术的输电线路管理系统，该系统的区域范围大约500平方公里，地表地形模型用数字地图生成，并将河流、湖泊、公路、居民区等特殊地形模型覆盖在数字地型模型上，同时该系统在运行初期包含有一条含60多个杆塔的输电路，并且还可以任意的增加其它的输电线路，通过实际的应用，该系统可以在大部分电脑上实现信息交互功能，如图2所示，为该三维GIS输电线路地理信息系统的全景图。

图2　

4　结语

随着智能电网信息化高度发展，智能电网下的全过程信息化电网技术是“全过程数字化GIS技术”演变而来，是在总结原有海拉瓦技术应用的基础上，进一步的深入创新开发，将测绘科学、电力勘测设计、电力基建施工、电力运行管理和计算机技术等多学科、多专业的技术集成，历经十年形成的服务于电网工程的规划、可研、设计、施工和生产维护等各阶段工作的综合性平台，实现了电网建设的全生命周期管理，使电网建设变得统一开放、结构合理、安全可靠。

［1］王学超.配电自动化中的动态地理信息系统［J］.电网技术，1999.08

［2］孟遂民，李光辉，王正平.输电线路GIS的总体设计［N］.武汉水利电力大学学报1999.04

［3］朱庆.三维动态交互式可视化模型［N］.武汉测绘科技大学学报，1998.03

Research on the design of transmission line geographic information system under three dimensional GIS Technology

Liao Xiaosu
（Guangzhou Electric Power Engineering Design Institute Co.，Ltd.510000）

With the popularization of 3D design technology，the design of transmission lines is also introduced into the digital 3D design.Creating this paper mainly discusses a on the three dimensional geographic information system，geographic information system，GIS）for the support of digital design platform，the ultimate realization of information design， software integration， drawings electronically，standardized management，the design results more intuitive，design means more advanced，collaborative operation more convenient，project management more efficient，the results of the transfer of more standardized.Meet the demand of power system for the management of transmission line.

GIS technology；transmission line；geographic information system；3D display

图1