基于GIS技术的超高压送电线路路径优化研究
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摘要：在我国，发电能源的分布极不平衡，需要进行全国范围内的资源优化配置。在超高压送电中，线路的路径优化是当前的研究热点，具体是指在线路的起止位置之间选择一条路径，满足国家建设的各项方针政策。根据路径选择的原则和特征，给出了基于gis技术的超高压送电线路径优化的方法。
作者简介：汤柏浓（1964-），男，广东江门人，广东电网公司江门新会供电局，工程师。（广东 江门 529100）
中图分类号：TM723 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0201-02
对超高压输电线路进行优化设计，具有重要的实际意义。在此过程中，要考虑到各个方面的因素，主要包括本行业运行的安全可靠、经济合理的投资、便于施工和维修。同时，也应该兼顾通信传输、工业施工等行业的正常运行和生产，尽量求得经济和社会效益的双丰收。传统的送电线路路径选择方法是利用小比例尺的地形图，但我国的地形图测绘数据还是六七十年代的数据，早已无法准确地显示当前的地形状况，很难以此选择较理想的路径方案。当下，GIS技术的发展日益成熟，可通过该技术获得影像更加全面的信息，在测量分析和比较存储中发挥着重要作用。在架空输电线工程中，合理运用该技术，进行输电线路的系统规划和路径方案的优化选择，已经成为人们的首选。
一、路径优化的概念
所谓送电线路的路径优化，就是指在能够满足设计规范和各项功能的前提下，选择一条线路路径，能够满足输送容量，符合环境标准，同时能够满足国家建设的各项方针和政策。综合考虑各种因素，进行路径的优化是电力行业一个重要的环节。在操作过程中，一般是按照线位整体解决的原则进行的，由于线路的工程总造价的高低与线路的长度和转角有关，同时，也与地形、地质、水文和杆塔的使用等因素有关，所以将线位综合考虑才能真正优化解决方案。但是，目前的勘测水平、技术水平都有限，该指导原则和指导思想在路径的选择上很难得以充分体现，甚至在有些情况下，还需要通过更改路线来解决线路的冲突问题。
在这种情况下，一门新的学科，也就是地理信息系统的出现和发展，给了人们新的思路，这一系统的普及，使得电力线路的路径优化真正实现了线位一体。采用GIS技术进行辅助选线，能够将勘测设计中的各种零散因子紧密结合起来，对数据资源合理利用，能够帮助设计人员在众多的路径方案中选择最为合理的路径，从整体上实现降低工程造价的目的，达到经济效益和社会效益的双丰收。
二、路径选择的原则
在进行路径选择时，要综合考虑运行的安全，经济合理及便于施工等多种因素，合理的选线方案能够提高设计的质量。“以线为主、线中有位”的选择原则是指既要兼顾杆位的技术经济合理，也要重视关键塔位成立的可能性。比较各种因素的过程中，应该遵循一些基本原则。包括：
综合评价。采用GIS平台，实现现场三位地形地貌的再现，对高压线和房屋，铁路和高速公路等地物情况有清晰的了解，相比于现场作业，能够更加宏观地优化线路。对错综复杂的因素进行综合考虑，对不确定因素的干扰应该尽量减少。
缩短长度。在综合考虑了各种因素的影响下，应该尽量选择路径折度小的方案，缩短线路的长度。
减少拆迁。在路径的优化过程中，应该避开房屋比较密集的区域，如果确实无法避开，则应该依据避重跨轻、避大跨小的原则，设置相应的线路转角，减少拆迁。
多用直线转角，节约塔材。这个原则是为了能够尽量避开障碍物，大量减少塔材的使用量，节约成本。
避让采石场等工矿设施。
少占耕地。当路径的通道没有受到协议的限制时，应该尽量绕过农田，选择荒地、山地走线。
三、路径优化的特征
送电线路路径优化过程中的一些特征，包括以下几个方面：
1.多元综合性
众所周知，超高压输电线的路径特别长，跨越的空间距离超过了县、市，有的甚至跨越了几个省份。地区多，分布面积广，造成了复杂的地理条件，包括军事管理区、城市规划区、自然保护区、丘陵、平地、有公路、铁路、电力线、通讯线、居民区等等；同时，地理空间也会对线路和杆塔的设计带来影响。因此，在进行路径选择时，应考虑到国家的建设方针以及技术政策，在操作中，可以初步选择几套备用方案，通过现场的勘测和详细的实地研究，从中选择出一个相对合理的方案。
2.空间地域性
采用GIS技术，做到真正意义上的线位一体。GIS技术具有强大的空间分析能力，它能够帮助人们进一步加强对地理环境的观测以及认识。
3.政策管理性
在进行线路优化过程中，应该兼顾到生态环境的保护，尽量不占用耕地或少占用耕地。在送电线路的发展规划中，应该实施对环境有利的措施，保持电力与环境的同步发展。
四、基于GIS技术的超高压送电线路径优化的方法
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为计算机技术不断发展的产物，包含有信息科学、空间科学以及管理科学等内容，紧密结合了数据处理技术、属性数据处理技术以及空间模型分析技术等，通过数据的准备建立系统，进行空间和模型的分析，能够给环境资源管理，区域规划以及一些重要的管理决策提供有用的信息。它突破了常规的数据库管理理念，同时进行图形管理和数据管理，空间表现力强，因此，在农林、水利水电以及交通市政中得到了广泛的应用。
在很长一段时间内，GIS的应用仅仅局限于描述二维空间，基于二维空间分析方法也发展到了比较成熟的阶段，受到计算机软件和硬件技术的限制，GIS在三维空间中的应用一直无法得到突破，同时，利用二维的方法来描述三维事物具有很大的局限性，不仅无法精确地反映出有关信息，同时也给分析带来了障碍，最终导致三维以及多维空间信息的失效。
ArcGIS内部装有一个扩展模块3DAnalyst，该模块能够为三维事物的可视化和分析提供分析功能，创建动态的三维模型，还可以用于交互式地图的绘制，为地理数据的可视化提供途径。利用ArcGIS，能够进行三维视线的分析，为所需研究的对象建立表面模型，无论是二维数据还是三维数据，都能够采用三维的形式显示其属性值。因此，将其应用于超高压送电线路的路径优化中具有无可比拟的优越性。
现举例说明：现要在乌海500kV变电站到乌海北500kV变电站之间进行送电线路的路径优化。首先需要制定路径优化的技术流程，如图1所示。然后进行路径的优化分析：在ArcGIS系统中输入路径，对路径周围的地形以及地貌进行分析，通过缓冲、叠置、网络以及DEM等的分析以及模拟，采用综合优化法、电子预排位法等，测量出一些影响线路的地物与路径之间的距离，包括电力线、建筑物、通讯线、采石场等等。另外，应该将一些陡峭地貌的坡度和对该地貌的识别等信息汇集起来，对于线路是否跨越了房屋以及这些房屋的属性等信息也应该有所了解。
将GIS系统运用于超高压送电线路的路径优化中，能够生成精度较高、具有适当分辨力的DEM，从而形成了真实的三维影像图。在这一影像图中，地形地貌、地物和植被甚至是房屋的分布和电线的走向等都能够得到清晰的显示，从事相关工作的设计人员可以借助这种三维空间中的线路，结合具体的情况进行最优路径的选择。其中，针对地形较为复杂地段的线路跨越问题进行研究，能够使得路线的走向更加合理。具体工作包括以下两个方面：
第一，在超高压送电线路的优化中，碰到地形较为复杂的地段，截取其断面，将其进行电子预排，对其跨越的可行性进行分析。
第二，分析现有的地物是否会受到线路走廊的影响，绘制以及标识出地物区域，为跨越性分析提供帮助。
五、结束语
在架空输电线工程中，合理地运用GIS技术，进行输电线路的系统规划和路径方案的优化选择，已经成为人们的首选。本文基于GIS技术，根据路径选择的原则和特征，给出了基于GIS技术的超高压送电线路径优化的方法，供同行参考。
参考文献：
[1]赵春宏，刘振波，崔大勇.RS和GIS技术在架空送电线路工程中的应用[J].云南电力技术，2006，36（4）.
[2]郑团结，景欣刚.基于海拉瓦-洛斯达技术的输电线路优化设计与应用研究[J].水电能源科学，2007，25（6）：133-135.
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