劉 剛，吳 菲，李 湛

(本溪供電公司，遼寧 本溪 117000)

三維數(shù)字地理信息系統(tǒng)在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

劉 剛，吳 菲，李 湛

(本溪供電公司，遼寧 本溪 117000)

2012年，“三集五大”體系建設(shè)將在國家電網(wǎng)公司深入實(shí)施，其中“大規(guī)劃”對電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計提出了更高的要求，電力企業(yè)市級電力設(shè)計院作為“三集五大”的技術(shù)支撐部門，在新形勢下應(yīng)更好地發(fā)揮自身作用。文中介紹了三維數(shù)字地理信息系統(tǒng)，論述了更直觀、更有效、更精確的電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計和三維數(shù)字地理信息系統(tǒng)在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用。

三集五大;三維數(shù)字地理信息系統(tǒng);電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

2012年，國家電網(wǎng)公司發(fā)布了文件《關(guān)于全面推進(jìn)“三集五大”體系建設(shè)的意見》。明確指出，推進(jìn)“三集五大”體系建設(shè)是“兩個轉(zhuǎn)變”的核心內(nèi)容。當(dāng)前，國家電網(wǎng)進(jìn)入發(fā)展新階段，對提高大電網(wǎng)駕馭能力，加強(qiáng)專業(yè)化、精益化管理提出了更高要求。面向未來，國網(wǎng)公司確定了“建設(shè)世界一流電網(wǎng)、建設(shè)國際一流企業(yè)”的愿景。形成以“三集五大”為特征的新體制、新機(jī)制，是國網(wǎng)公司深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推進(jìn)改革創(chuàng)新的具體實(shí)踐;是適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展方式，加快建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的迫切需要;是深化國網(wǎng)公司發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，建設(shè)“兩個一流”的重要舉措。

其中“大規(guī)劃”是全面落實(shí)“四化”管理要求，突出規(guī)劃引領(lǐng)、強(qiáng)化計劃管控，建立公司統(tǒng)一規(guī)劃、各專業(yè)相互協(xié)調(diào)、各類規(guī)劃計劃有機(jī)銜接的一體化規(guī)劃計劃管理體系。實(shí)施全公司規(guī)劃計劃集中管理和統(tǒng)一編制，建立包含各專業(yè)、貫穿各層級、覆蓋各電壓等級的統(tǒng)一規(guī)劃體系。全面推進(jìn)大規(guī)劃體系建設(shè)，要加強(qiáng)技術(shù)支撐體系建設(shè);加強(qiáng)規(guī)劃設(shè)計基礎(chǔ)能力建設(shè)，提升規(guī)劃設(shè)計理念，完善規(guī)劃設(shè)計手段，統(tǒng)一分析模型和計算軟件;加快“大規(guī)劃”一體化信息平臺建設(shè)，實(shí)現(xiàn)各級規(guī)劃信息有機(jī)銜接。三維數(shù)字地理信息系統(tǒng) (GIS)作為“大規(guī)劃”體系下的一個信息共享平臺，依靠其自身信息的直觀性、功能的有效性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，讓各專業(yè)都參與“大規(guī)劃”中，才能更好地顯現(xiàn)其作用。

1 三維GIS概況

隨著大規(guī)模地形顯示和分析算法的出現(xiàn)及三維GIS關(guān)鍵技術(shù)的突破性進(jìn)展，三維GIS技術(shù)已逐漸進(jìn)入應(yīng)用階段。與二維GIS相比，三維GIS用X、Y、Z來表述空間對象，對客觀世界的表達(dá)能給人以更真實(shí)的感受，它以立體造型技術(shù)來展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，不僅能表達(dá)空間對象間的平面關(guān)系，而且還能描述其垂向關(guān)系，同時具有對空間對象進(jìn)行特有的三維空間分析和操作功能。與CAD及各種科學(xué)計算可視化軟件相比，三維GIS技術(shù)具有獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對象的能力［1］。

輸電線路是位于地理空間中的人工構(gòu)建物，其距離長，通過的地理條件比較復(fù)雜，與眾多電力線路和通信線路交叉跨越，并且通常會通過居民區(qū)、公園和其它特殊區(qū)域。輸電線路及其桿塔位置與地理空間位置密切相關(guān)，特別是在垂直方向上的層次信息尤為重要，這使得二維GIS無法達(dá)到其管理需求。近年來，計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和計算機(jī)硬件性能的成倍提高使得三維GIS技術(shù)日益完善，通過這些技術(shù)，能構(gòu)造更接近現(xiàn)實(shí)的三維地表模型和各類設(shè)備模型，使得GIS系統(tǒng)從二維向三維發(fā)展。通過運(yùn)用三維GIS技術(shù)，結(jié)合模式設(shè)計方法，構(gòu)建適用于電力企業(yè)生產(chǎn)管理的三維GIS［2］。

三維GIS功能包括三維電網(wǎng)展示、電網(wǎng)設(shè)備管理、電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)管理、電網(wǎng)生產(chǎn)安全管理和系統(tǒng)管理5部分。其中：三維電網(wǎng)展示包括三維數(shù)字地形模型、高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、三維電力設(shè)施與設(shè)備模型的三維仿真場景，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)設(shè)備、電網(wǎng)建設(shè)區(qū)域的三維可視化仿真，并允許用戶在三維場景中交互式地完成場景瀏覽、漫游、定位等功能，以全方位、直觀化地了解電網(wǎng)建設(shè)情況與電網(wǎng)所在區(qū)域環(huán)境;電網(wǎng)設(shè)備管理用于對三維電網(wǎng)設(shè)備的位置、資料、運(yùn)行安全程度及檢修狀況進(jìn)行管理;電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)管理用于完成電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計輔助業(yè)務(wù)，主要功能包括已建線路的初步設(shè)計、成果展示、區(qū)域切割和新建線路;電網(wǎng)生產(chǎn)安全管理用于完成電網(wǎng)生產(chǎn)故障查看、電網(wǎng)安全監(jiān)管與維護(hù)等工作，主要包括故障查找、故障模擬、小波測距、雷電定位等功能;系統(tǒng)管理包括允許用戶對影像、DEM、矢量數(shù)據(jù)的服務(wù)器地址、字體風(fēng)格、地形精度、地形夸張倍數(shù)、狀態(tài)欄坐標(biāo)顯示格式、緩沖地址等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置［3］。

2 三維GIS的應(yīng)用

2.1 在線路設(shè)計中的應(yīng)用

現(xiàn)有架空送電線路設(shè)計工作分為可研、初設(shè)、施工圖設(shè)計等階段，分別由不同部門承擔(dān)，按設(shè)計規(guī)范要求以報告、圖紙等形式提交成果，各業(yè)務(wù)流程環(huán)環(huán)相扣但又相對獨(dú)立，并由各專業(yè)且獨(dú)立的軟件支撐，各階段所用軟件的共享性、互通性差，設(shè)計周期較長，各環(huán)節(jié)中采集與設(shè)計的相關(guān)基礎(chǔ)資料和信息沒有被很好地利用。例如地理數(shù)據(jù)、工程計算數(shù)據(jù)等，采用三維GIS技術(shù)，在架空送電線路的設(shè)計任務(wù)下達(dá)后，根據(jù)所在區(qū)域，利用有高程信息的DEM數(shù)據(jù)結(jié)合DOM數(shù)據(jù)，在可研階段即可在室內(nèi)利用三維GIS查看地形地貌 (見圖1)，把握地形的起伏情況及周邊的環(huán)境情況［4］。

圖1 DEM數(shù)據(jù)結(jié)合DOM數(shù)據(jù)利用三維建模展示電網(wǎng)線路

在減少外出調(diào)研的情況下，可以馬上選擇大致的線路備選方案，縮短外出工作時間，提高工作效率。采用三維GIS技術(shù)，在初步設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化選線的階段，提供二維地圖、平斷面圖、三維地圖等多種視角，把野外線路周圍的三維實(shí)景搬到室內(nèi)，讓設(shè)計人員充分考慮地形、社會環(huán)境和生態(tài)環(huán)境等影響因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 (見圖2)，得出符合國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的成果，三維協(xié)同工作模式和緊貼選線業(yè)務(wù)功能可大大縮減外出工作量、提高勘測設(shè)計質(zhì)量、縮短勘測設(shè)計周期并降低工程造價成本。

圖2 野外勘測環(huán)境及周邊電網(wǎng)分布

2.2 在變電站設(shè)計中的應(yīng)用

在進(jìn)行變電站設(shè)計過程中，將野外實(shí)景環(huán)境在計算機(jī)中進(jìn)行仿真，變電站址多方案比選、設(shè)計成果三維展示。設(shè)計人員可方便地以二維、三維方式查看和關(guān)注區(qū)域的地形地貌 (見圖3)，結(jié)合規(guī)劃資料等約束條件進(jìn)行變電站和電源站址的多方案比選，提高工作的可行性和精確性。同時，可以在三維地圖上直接疊加土地利用總體規(guī)劃圖等相關(guān)資料，直觀展示各種規(guī)劃限制地區(qū)，滿足在選址過程中，所選站址對其它部門如交通、油田、居民區(qū)等規(guī)劃布局的要求。可在三維環(huán)境下直接測量備選站址與各規(guī)劃區(qū)邊界的距離，在站址三維地形地貌上疊加顯示變電站、電源圍墻、架構(gòu)、進(jìn)場道路等的相關(guān)信息，并可直接基于備選站址進(jìn)行精確的土石方平衡分析和高精度的規(guī)劃與設(shè)計工作等［5］。

圖3 地理環(huán)境與設(shè)備選型

2.3 在電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)中的應(yīng)用

電網(wǎng)建成后，面對復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)，有效地對其進(jìn)行管理以保證電網(wǎng)正常運(yùn)行、確保電力正常輸送更加重要。如果發(fā)生停電事故，不但給電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且也將對電力用戶和整個社會造成嚴(yán)重影響。三維GIS可以結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)需求，以直觀的方式提供線路走廊，使資產(chǎn)全數(shù)字三維可視化管理?；谳旊娙S可視化平臺，輸電網(wǎng)絡(luò)實(shí)際模型與其所在的地形地貌信息將以真實(shí)的三維形式表現(xiàn)出來，恢復(fù)線路走廊三維基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地表附著物 (樹木、建筑等)線路、桿塔三維位置和模型，并展示環(huán)境、氣象等因素(見圖4)。

圖4 線路周邊自然環(huán)境展示

同時建立變電站三維可視化子平臺，實(shí)景模擬變電站及站內(nèi)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對變電站設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)等信息的管理，實(shí)現(xiàn)線路走廊資產(chǎn)全數(shù)字三維可視化管理。對于新設(shè)計的線路或變電站，相對于傳統(tǒng)的圖紙、報告與電子文件，成果移交可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、系統(tǒng)模塊化、三維可視化等多種獨(dú)特的形式，提供一套完整的數(shù)據(jù)管理與分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)，同時將設(shè)計用的基礎(chǔ)測繪資料、線路走廊、設(shè)備信息、線路與鐵塔三維模型等數(shù)據(jù)與信息一并移交給運(yùn)行單位，使運(yùn)行單位即刻擁有一套針對線路的信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計與管理的無縫交接［6］。

2.4 在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

“三集五大”中的“大規(guī)劃”，其中“大”字即“包含各專業(yè)、貫穿各層級、覆蓋各電壓等級”，實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)需要搭建一個信息共享平臺，才能讓“各專業(yè)、各層級、各電壓”參與其中，這個平臺用三維GIS即可實(shí)現(xiàn)。隨著三維GIS廣泛深入的實(shí)施，供電企業(yè)各專業(yè)的員工都能從三維GIS上了解“大規(guī)劃”的詳細(xì)內(nèi)容，提出不同的專業(yè)需求，從而完善“大規(guī)劃”的內(nèi)容。用不同的顏色表示現(xiàn)有電網(wǎng)情況和將來規(guī)劃的電網(wǎng)情況(見圖5);用不同的圖層來表示不同的電壓等級，真正實(shí)現(xiàn)“大規(guī)劃”的作用［7］。

圖5 規(guī)劃工作中各電壓等級電網(wǎng)示意圖

3 結(jié)束語

“三集五大”是國網(wǎng)公司深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推進(jìn)改革創(chuàng)新，服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的具體實(shí)踐;是適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，加快建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的迫切需要;是深化國網(wǎng)公司發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，建設(shè)國際一流企業(yè)的重要舉措。而三維GIS在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用，將大幅度提高工程設(shè)計深度和精度，為工程清單報價提供重要依據(jù)，使選所、選線更加科學(xué)合理，從而節(jié)省工程投資。同時，還將大量減少野外踏勘工作、縮短設(shè)計周期。隨著計算機(jī)圖形技術(shù)的飛速發(fā)展和硬件水平的不斷提高，三維GIS將是整個電力行業(yè)規(guī)劃設(shè)計信息平臺的發(fā)展方向。只有基于三維系統(tǒng)才能更直觀、形象地認(rèn)識和理解地理和設(shè)備信息，從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］ 王學(xué)超.配電自動化中的動態(tài)地理信息系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999，43(8)：58-60.

［3］ 孟遂民，李光輝，王正平.輸電線路GIS的總體設(shè)計［J］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，1999，43(4)：334-337.

［4］ 朱 慶.三維動態(tài)交互式可視化模型：地理信息系統(tǒng)中的三維表示與分析［J］.武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報，1998，42(2)：124-127.

［5］ 肖樂斌，鐘耳順，劉紀(jì)遠(yuǎn)，等.三維GIS的基本問題探討［J］.中國圖像圖形學(xué)報，2001，6(9)：842-848.

［6］ 王學(xué)超.配電自動化中的動態(tài)地理信息系統(tǒng)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(8)：58-60.

［7］ 鄔 倫，劉 瑜.地理信息系統(tǒng)——原理、方法和應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)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

劉 剛 (1966—)，男，1988年畢業(yè)于南開大學(xué)計算機(jī)與系統(tǒng)科學(xué)系控制理論專業(yè)，高級工程師。

2012-03-30)