新型GIS技术在电力线路工程勘测设计中的应用研究

2024-07-01林小柏

科技资讯 2024年8期

林小柏

摘要：电力线路工程勘测设计涉及大量的地理信息数据，包括地形地貌、建筑物、植被、矿区、保护区等信息和数据，通过地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术可以快速准确地获取这些空间数据，为后续的设计工作提供基础资料，优化线路路径。对此，阐述新型GIS技术的概念，重点分析我国电力线路工程勘测设计手段的现状，针对新型GIS技术对电力线路工程勘测产生的影响，进行基于新型GIS技术的电力线路工程勘测设计应用探讨。

关键词：新型GIS技术电力线路工程勘测设计设计应用

中图分类号：TM752Research on the Application of New GIS Technology in the Survey and Design of Power Transmission Line Engineering

LIN Xiaobai

Yunnan Electric Power Design Institute Co.， Ltd. ， China Energy Engineering Group， Kunming， Yunnan Province， 650000 China

Abstract： The survey and design of power transmission line engineering involves a lot of geographic information and data， including topography， buildings， vegetation， mining areas， protected areas and other information and data， and through the Geographic Information System （GIS） technology， such spatial data can be quickly and accurately obtained， providing basic information for subsequent design and optimizing the route. In this regard， this paper expounds the concept of the new GIS technology， focuses on analyzing the current situation of the survey and design means of power transmission line engineering in China， and discusses the application of the survey and design of power transmission line engineering based on the new GIS technology in view of the influence of the new GIS technology on the survey of power transmission line engineering.

Key Words： New GIS technology; Power transmission line engineering; Survey and design; Design and application

新型地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术够进行高效的空间数据采集和整理，伴随科技的快速发展，新型GIS技术在城市规划、环境保护、资源开发等许多领域广泛应用。特别是在我国的电力线路工程勘测设计中，发挥着越来越重要的作用，提高了勘测的精度和效率，还为设计工作提供强大的数据支持和分析工具。在电力线路的勘测设计中，应用GIS技术强大的空间分析和模拟功能进行路径避障和优化分析、环境影响评估、电力负荷分布模拟等复杂工作，可以简化设计流程，提高设计的效率和准确性。在这样的背景下，本文对我国电力线路工程勘测设计手段的现状进行分析，并探讨新型GIS技术在电力线路工程勘测设计中的应用途径和方法。

1 新型GIS技术的概念

新型GIS技术也被称为新型地理信息系统技术，综合技术含量高、实践性强，属于国际前沿技术之一，通过遥感技术、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等快速准确获取地理信息数据，包括各种空间位置、地形地貌、资源环境等方面数据[1]。

新型GIS技术包括组件式和大数据GIS技术，与传统GIS技术相比优势明显。组件式GIS技术中的所有组件都采用标准模式，兼容性强且价格相对较低，具有更高的性价比。新型GIS技术在数据管理、处理速度、空间处理和空间查询分析等方面都具有强大的功能。例如：通过大数据GIS技术实现实时警情密度分布分析，为警力资源调度提供指导，同时还能实现历史数据存储检索、轨迹回放等功能，为科学分配警务资源提供依据。新型GIS技术方便扩展，支持与各种行业平台的融合。例如：气象、交通、水利、环保、军事等领域都在应用大数据GIS技术实现行业大数据平台的升级和扩展。

2 我国电力线路工程勘测设计手段的现状

目前，我国电力线路工程勘测设计主要采用传统测量手段与新型GIS技术、GPS技术、遥感技术融合的新型测量结合的形式，伴随现代测量技术的发展，传统测量手段逐渐减少。以往，应用传统的电力线路的选取、测量与规划，在外业实地勘察和测量以及基于手工计算的初步设计和方案制订过程中，受限于技术水平，需要投入的人力、物力较多，设计的工期时间长，存在野外劳动量大且工作效率较低、精度不高等问题。新型GIS技术具有高度的实时性和动态性特点，能通过无人机航摄和激光雷达快速获取数据，且提供可视化的各种地图、图表和三维模型等地理信息展示，可以对获取的地理信息数据进行高效的数据清洗、格式转换、地图制作、空间分析等处理和分析。

近年来，我国电力线路工程勘测设计手段取得了一定的进展。随着新型测绘仪器设备及技术方法的不断发展进步，基础地理信息测绘逐渐向信息化、智能化方向发展，以方便快捷的作业方法实现基础地理信息的高效高精度采集，同时输出的多样化数据成果能够满足不同业务领域的应用需求[2]。同时通过GIS技术系统与卫星和航空遥感技术搭配，数据覆盖范围广泛，帮助工程师更好地了解地形地貌、建筑物、障碍区的分布，为电力线路的路径规划和设计提供重要的数据支持。但是，新型GIS技术、现代遥感技术、GPS技术的成本投入高、技术创新性强，普及程度还需要提高，这是我国电力行业持续发展的趋势。

3 新型GIS技术对电力线路工程勘测产生的影响

3.1 时效性强，能够全面提升工作效率

电力线路工程勘测是一项复杂的系统工程，需要工程勘测人员在短时间内完成多项工作的集合，应用新型GIS技术进行电力线路的勘测、线路路径的选择与线路规划工作，可以满足工作人员全面实现多项工作的可能。工作人员可以利用新型GIS技术进行勘测信息的归总，利用强大的信息整合和共享能力对上传的勘测数据进行全面核实，具有时效性强的特点可以随时查询、调整、修改基础数据，全面提升工作效率[3]。

例如：型GIS技术中应用无人机航测与传统的人工巡检相比能覆盖更长的线路，而且能发现更微小的缺陷，提高了巡检工作的准确性和效率。某供电局可以用1 d的时间完成一条跨越复杂地形的110 kV输电线路的勘测工作，相较于传统测量节省5 d左右的时间。无人机的操作人员经过精心规划，根据线路走向设定最佳航线，并在关键位置设置航拍点，确保无人机能够全面覆盖整个线路，不留死角。无人机搭载高清摄像头以及可见光和红外线两种传感器，可以获取到高清晰度的照片和数据，勘测后将图像和数据立即传输到电脑上，通过电力线路勘测软件数据被进一步处理和分析。

3.2 改善传统设计方法

在电力线路工程勘测中应用GIS技术，可以改善传统设计方法中设计成本偏高、工程勘测设计周期长的弊端。传统设计方法依赖于人工测量和地图扫描，利用新型GIS技术能够实现勘测设计一体化，可以直接从高精度地图数据库中获取矢量数据和栅格数据，简化了数据获取过程，还提高了数据的准确性和实时性，GIS对各种来源的数据进行预处理、编辑和校正，以满足电力工程的线路设计需求。GIS可以构建电力线路的三维模型，将设计方案以更直观的方式呈现出来，通过三维可视化虚拟技术对电力线路的规划、设计和施工进行模拟，预测可能出现的问题，并提前制订解决方案。

3.3 提升测量结果的精确性

在电力线路工程勘测中，新型GIS技术的应用对于提升测量结果的精确性具有重要作用。GIS技术即地理信息系统，能够通过数字化的方式将地理信息转化为计算机系统中的数据，从而进行更精确分析和操作。利用全球定位系统先进技术实现地理信息的实时、高精度采集，对输电线路路径、地形、地貌、建筑物、植被等各方面信息进行全面、准确的获取。利用地理数据模型对获取的地理信息进行深入的分析和处理，结合三维可视化技术将二维的地理信息转化为三维的立体模型，使电力线路工程的勘测和设计工作更加直观，能够更好地模拟和分析线路工程的实际情况，大幅提升测量结果的精确性，为线路工程的规划、设计和施工提供更加科学、可靠的依据[4]。

4 新型GIS技术在电力线路工程中的应用

4.1 电力线路工程勘测的主要内容

电力线路工程勘测是电力工程建设中的重要环节，电力线路工程勘测是一项非常复杂的工作，需要考虑多方面因素，其主要内容如下：

一是对地理环境进行勘测。了解电力线路工程所在地的地理位置、地形地貌及气候特点等。例如，需要了解山区的海拔、坡度、山峰分布等情况确保线路的安全稳定。此外，还需要调查气候条件，如降雨量、风速、气温变化等。

二是对地质地貌进行勘测，在电力线路工程中，需要详细了解工程所在地的地质构造、岩性特征、断裂带等情况，以评估其对线路建设和运行的影响。例如，在岩溶地区进行电力线路建设时，需要了解岩溶的分布、发育程度等情况。

三是对土壤特性进行勘测。土壤特性直接影响电力线路的基础设计，了解工程所在地的土壤类型、含水量、承载力等情况，以评估对线路建设和运行的影响。例如：在软土地区进行电力线路建设时要了解软土的分布、特性等，确保线路基础稳定。

四是对工程所在地的河流、湖泊等水文情况，矿区、保护区等自然和人文资源情况以及军事管控区域进行调查，以确保线路的安全稳定，只有全面细致地勘测和评估，才能为电力线路工程建设提供可靠的依据和保障[5]。

4.2 基于新型GIS技术的电力线路工程勘测流程

借助新型GIS技术中的航空摄影、三维建模、动态模拟等辅助手段，可以帮助电力线路工程快速完成对线路的选址工作，对拟铺设电力线路区域的生态环境、地质条件、交通情况等影响因素进行勘测，具体的勘测设计流程如图1所示。

基于新型GIS技术的电力线路工程勘测流程是一个综合性过程，涉及多个环节和步骤，需要综合考虑多种因素和技术手段。

确定飞行范围和航向后，利用GIS技术从地图中获取电力线路经过区域的高精度地理信息，包括地形、地貌、建筑物、道路等，对获取的地图数据如数据格式转换、坐标系统一、数据清洗等进行预处理。
根据电力线路的需求和勘测任务进行航测外业，利用GIS技术的路径规划功能，设计出最佳的电力线路路径。
按照设计的路径进行实地勘测，获取电力线路沿线的详细信息，实地确定每个转角的角度和坐标数据，将实地勘测获取的数据进行整理、分析和处理，利用GIS技术进行可视化展示，为后续的电力线路设计和规划提供科学依据。
根据勘测数据和GIS技术的分析结果，设计和优化电力线路方案，包括线路走向、杆塔位置、高度等，绘制线路平面图、断面图、杆塔图等施工图。

4.3 新型GIS技术在电力线路工程中的应用

4.3.1 收集线路勘测设计的基础信息

电力线路勘测设计的基础信息在收集之前，需要先明确收集的信息类型，如线路路径、地形地貌、建筑物分布、环境气候等信息的精度和范围。再选择具有电力线路勘测设计功能的新型GIS技术软件，通过遥感技术、GPS技术等手段收集基础数据，包含电塔参数、导线参数、跨越物信息、地形图、影像图、高程数据等电力线路设计需要的相关信息，需要注意数据的精度和格式，确保数据的质量和兼容性。例如：利用卷积神经网络处理遥感影像，提取房屋、道路、水体等导线跨越物目标信息，应注意充分考虑训练数据的质量[6]。

利用GIS软件对收集的数据进行预处理和分析，预处理包括格式转换、坐标转换、数据整合等，分析则包括地形分析、环境分析、工程量分析等，通过这些处理和分析，可以初步确定线路的走向、跨越点、杆塔位置等。在初步确定线路走向和参数后进行实地勘测和校核，以确保数据的准确性和可行性[7]。

4.3.2 建立电力线路辅助选线管理平台

电力线路勘测设计涉及大量复杂的数据，在电力线路应用管理中，基于新型GIS技术的信息管理平台的建设至关重要。通过对电力系统内部的深度调研，了解电力线路辅助选线应用中的核心需求，以及各部门的操作习惯和期望，明确信息管理平台的服务对象和功能定位，如表1所示。

系统数据库设计和系统调用数据机制设计，需要实现涉密和非涉密数据、空间数据与非空间数据、矢量和栅格数据分开存储管理而又统一进行读取和分析，如图2所示。

4.3.3 GIS空间分析及路径优选

在电力线路勘测设计中，应用新型GIS技术处理大量的地理信息数据，对数据可视化表达，依据选线条件从数据库中筛选数据，建立输电线路的最佳空间分布以及最优路径。利用GIS技术对地形起伏、海拔高低进行分析，确定线路的起点和终点大致走向，确定线路两侧的安全范围，以便进行后续的拆迁和施工。路径优化中利用GIS技术基于空间分析的结果优选路径，考虑线路长度、地形复杂度、拆迁成本、施工难度等因素，模拟分析选出最优线路方案，可视化展现线路走向和周围环境，帮助设计人员提高设计效率和精度，降低成本和风险[8]。

例如：某铁路配套220 kV输电线路工程总线路长度为52 km，包含了众多的地形变化和环境因素，为选线工作带来了不小的挑战，使用无人机勘测优化选线为选线工作提供有力的数据支持。考虑到线路的长度，共布设12个主控网点、150个像控点，可以假设无人机勘测优化选线的时间与线路长度成正比，与主控点和像控点的数量成正比，节约的预算与线路长度及主控点数量有关。经过计算，得出使用无人机勘测优化选线需要的时间为88 h，与传统的人工勘测相比通过无人机勘测优化选线能节约的时间为20 d，预算能节约20%。

4.4 新型GIS技术应用效果分析

新型GIS技术凭借对地理空间数据进行采集、存储、管理、分析和可视化多种功能优势，在电力线路工程勘测设计中具有显著应用效果。

4.4.1高效完成资源调查和规划

GIS技术可以快速获取和处理地理信息数据，为电力线路工程的规划和设计提供基础资料。通过GIS技术，可以对地形、地貌、建筑物、植被等要素进行详细分析和评估，从而为线路路径规划和优化提供科学依据。

4.4.2 高效完成电力线路的三维可视化设计

GIS技术通过三维建模和可视化功能将地理信息，包括线路的走向、高度、跨越距离等以三维立体的方式呈现出来，为电力线路工程的设计提供更加直观的视觉效果，从而更好地评估线路设计的可行性和安全性。

4.4.3 高效完成对环境和资源的全面分析和评估

通过GIS技术对线路工程的环境影响因素，包含地质、水文、气象等方面的数据进行预测和评估，为环保和社会影响评价提供支持。通过GIS技术对数据进行挖掘和分析，为电力线路工程提供智能决策支持。例如：通过GIS技术对电力线路工程的投资、收益、风险等全面分析和评估，为决策者提供全面和准确的信息支持。

5 结语

总之，新型GIS技术集成了大数据和人工智能技术，可以进行智能化的电力线路规划和设计，与遥感技术、GPS技术共同协作，在电力线路工程勘测设计中发挥了巨大的作用。随着GIS技术的进一步发展，其在电力线路工程中的应用将更加广泛和深入，也成为电力工程优化设计方案、降低风险、降低成本的重要途径。GIS技术与计算机深度学习（Deep Learning）技术结合，依靠强大的特征提取、分类、预测等功能在近年来逐渐兴起、发展并被陆续应用到各行各业当中，其中在测绘地理信息行业也有巨大的发展潜质和应用空间。基于深度学习技术的图像识别模式训练等前沿技术，将为选线工作带来了前所未有的变革，使得选线更为精准和科学，进而降低了外业成本和风险。在未来，GIS技术与深度学习技术的结合将更加紧密，为更多领域带来技术创新，能够大幅度提高工作效率和测量精度，还为设计工作提供强大的数据支持和决策辅助。

参考文献