地理空间信息技术在输电线路路径测量中的应用

　　摘要：本文主要介绍地理空间信息技术的概念、原理，输电线路GIS计算机设计系统的组成，各个子系统的功能和特点，以及在输电线路路径设计中的应用。

　　关键词:地理空间信息技术,GPS,RS,GIS ,输电线路设计,应用

　　一、引 言

　　近年来，我们国家在全球定位技术(GPS)、遥感(RS)、地理信息技术(GIS)等领域取得了巨大成就，特别是随着全球范围内对地观测系统(EOS)、国家信息高速公路(NII)、国家空间数据基础设施(NSDI)等重大计划的实施，人类对地球不同层面、不同现象的综合观测能力以及信息的处理、传输和应用能力达到了空前的水平。地理空间信息技术已在国民经济建设中的各个领域得到了广泛的应用。目前，电力系统已将该技术应用到输电线路路径设计的生产实践中，并取得了可观的经济效益和社会效益。

　　二、地理空间信息技术简介

　　地理空间信息技术是由全球地位技术(GPS)、遥感(RS)、地理信息技术(GIS)，制图技术、影像处理技术等先进的科学技术所组成。该技术的应用，扩大了人类获取信息的手段和方法，使我们观察地球的方式得到了革命性的突破。

　　(1)所谓GPS全球定位系统是指利用地球上空环绕在六个轨道面上的24颗卫星，为地面上的使用者，测定出精确的方位。GPS的基本定位原理：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。通过GPS定位系统，可以在任何时候、任何地点确定某个地面点的坐标。

　　(2)所谓RS遥感是指从影像和其它传感系统中获取地球及其环境的可靠信息，并对其进行记录、量测、分析与表达的科学技术。人们通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射、反射信息和能量的电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理，通过探测地表物体发射和反射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。根据不同的波段范围，探测和接受物体在可见光、红外线、微波范围内的电磁辐射，航空或航天遥感影像的特征，可以实现非语意信息及语意信息的提取，精确地确定目标点的空间位置及属性。

　　(3)所谓GIS地理信息系统通常泛指用于获取、储存、查询、综合、处理、分析和显示地理空间数据及其与之相关信息的计算机系统。在计算机发展史上，计算机辅助设计技术(CAD)的出现使人们可以用计算机处理图形数据。图形数据的标志之一就是图形元素有明确的位置坐标，不同图形之间有各种各样的拓扑关系即指图形元素之间的空间位置和连接关系。简单的图形元素如点、线、多边形等;点有坐标(x, y);线可以看成由无数点组成，线的位置就可以表示为一系列坐标对(x1,y1)，(x2, y2)，……(xn, yn);平面上的多边形可以认为是由闭合曲线形成范围。如果把这个点看成变电站，把这条线看成输电线路，把这个多边形看成村庄区域界线，则“变电站”就是这个点的属性，“输电线路”就是线的属性，而“村庄区域”就是多边形的属性。用计算机把这些数据管理起来，就可以理解为从一个变电站，通过输电线路穿越村庄进行远程输电，这一过程就是一个简单的输电信息系统。在实际应用中，一个地理信息系统要管理数十万个点、线、多边形，还要计算和管理它们之间的各种复杂的空间关系……。简而言之，地理信息系统就是可以对地理空间数据进行组织、管理、分析、显示的系统，它由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统管理人员所组成。

　　三、地理空间信息技术在输电线路路径测量中的应用

　　1、GPS在输电线路中的应用

　　在输电线路工程路径设计的各个阶段中，应用GPS可以满足大部分测量工作，从而大大地减少堪测人员工作强度，缩短堪测工期，提高经济效益。由于这些显而易见的优点,GPS测量技术已在电力系统被广泛使用。

　　(1)在路径设计的外控测量阶段，可以使用GPS的静态测量模式，为测区施测外业基础控制点和相片控制点，并采集沿线交叉跨越、不良地貌及走廊内重要的厂、矿、建筑物等信息，减少了因高山、丘陵等复杂地形的交通不便、通行条件差等不良因素给测量带来的影响。

　　(2)在路径设计的定位阶段，勘测人员依据设计人员提供的塔位坐标，使用RTK的定位功能，将塔位点的坐标输入GPS手簿中，系统就会确定出塔位的实际位置。目前，大多数RTK仪器都采用OTF方法计算整周模糊度，解算时间较短，采用这种方法测量，能实时获得定位精度，可直接查看观测手簿上的收敛值来确定放样点的定位精度。当达到要求的点位精度时，即可停止观测，将点位坐标存入相应的存储单元。

　　(3)在路径设计的定线阶段，勘测人员使用RTK的定线功能，将相邻两个转角塔的塔位坐标输入GPS手簿中建立一条基准线，系统就会在手簿的屏幕上显示一个单位圆和所确定的那条主线，并实时给出流动站的实际位置相距主线的距离和偏离主线的角度，从而引导流动站靠近主线，当流动站与主线重合时，便可依据现场的实际情况确定两个转角塔之间的直线塔的位置，并存储到相应的单元中。

　　(4)在路径设计的断面图测量阶段，启动RTK的定线功能，输入一个耐张段内两个转角塔的坐标，然后按照GPS手簿上的引导找准中线点的位置，根据地形地貌和跨越地物的实际情况，沿中线每隔一定距离采集一个中线点的信息，采集信息点的间隔为20～50m。将采集到的信息按编码存储到GPS手簿相应的存储单元中。然后在内业应用《SLCAD架空送电线路平断面处理系统》进行编辑，即可生成路线断面图。

　　2、RS在输电线路设计中的应用

　　在输电线路路径设计中，目前，应用遥感(RS)技术，使用摄影测量方法获取地面信息的海拉瓦全数字摄影测量系统，已经被广泛应用在220～500KV及其以上的输电线路路径设计中，该系统基于摄影测量原理，采用先进的软件技术HEIAVA和强大的硬件设备，可以快速生成数字正射影像图(DOM)、数字地面模型(DTM)和数字高程模型等。勘测设计人员，通过该系统生成的图形，可以实时、迅速地进行三维坐标和其它数据量取，准确地进行位置选择与比较，从而使影响输电线路的障碍物、特殊交叉跨越物、风偏验算、塔基地形等得以精确落实。

　　3、GIS在输电线路路径中的应用

　　输电线路路径设计的好坏不仅要考虑技术、设备、设施等因素的影响，还要考虑自然环境、地方规划的影响等，所以在设计过程中总是希望找到合适的位置。为了解决这个问题，由某公司开发的输电线路计算机应用设计系统在部分电力公司得到应用。

　　1、系统的特点。该系统使用Arcinfo(GIS底层开发应用软件)、TIN(摄影测量空三解算软件)、GRID(栅格数据处理技术)、NETWORK等技术，应用全数字化信息设计输电线路的路径。全面实现线路模拟、显示、查询、处理、分析的一体化;可以通过DEM叠加DOM的方式对整条输电线路路径进行三维漫游显示，直接模拟线路完成后的真实景观;还可以通过数据库的查询、管理功能，直接点击杆塔明细表、结构图等信息。应用该系统可以全面提高输电线路数字化和信息化的管理水平。

　　2、系统的现实性。该系统是根据输电线路勘测设计的工作步骤开发出来的。目前，我国输电线路勘测设计一般分为五个阶段：第一，大方案设计，在此阶段，根据电力供应的长期规划，确定线路的一些基本要素，包括线路大致走向、电压等级、单双回、变电站等。第二，踏勘，在此阶段，收集线路经过地区，关于自然环境条件、地形特征、地方要求等方面的信息，依据环境、技术、经费等因素的影响，给出几个比较方案。第三，初步路径设计，在此阶段，根据1：5万地形图，初步确定被推荐的线路路径的每一级杆塔位置。第四，准确路径设计，在此阶段，沿着确定的大致线路路径进行航摄，再根据摄影测量结果，将每一级杆塔的位置确定到地形图上。第五，线路勘测，在此阶段进行细致的野外勘测设计，线路、杆塔、基础都要准确定位。

　　四、结束语

　　地理空间信息通过“3S”技术和计算机及其网络技术等各种手段的集成，可将数据库与电子地图或遥感影像及三维立体景观有效地结合在一起，使得空间信息数据的资源得到有效的综合、分析、提取利用，实现了有效、快捷地采集、存储、查询、检索、分析和管理信息。

　　应用该技术开发的输电线路GIS计算机应用设计系统，充分利用了GIS的集成、分析功能，实现了输线路路径设计的全面数字化、信息化和可视化，大大提高了线路设计的科技水平，提高了线路路径设计的速度、精度，节省了资金、节约了时间、提高了工作效率。

　　参考文献：[1] 周忠谟，GPS 卫星测量原理与应用(修订版)，北京：测绘出版社，2004;

　　[2] 吴信才，等，地理信息系统原理与方法，北京：电子工业出版社，2002;

　　[3] 李德仁，空间信息系统的集成与实现，武汉测绘科技大学出版社，2000。

《地理空间信息技术在输电线路路径测量中的应用》

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