输电线路工程综合数字勘测平台的设计与实现

徐 辉，程正逢，胡吉伦，陈 功

(中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

输电线路工程综合数字勘测平台的设计与实现

徐 辉，程正逢，胡吉伦，陈 功

(中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430071)

本文介绍了中南电力设计院有限公司输电线路工程综合数字勘测平台的设计和实现过程，对平台建设的背景和实现的意义进行了阐述，详细介绍了平台实现的功能，同时对平台在输电线路工程中的应用情况进行了介绍，提出了勘测平台后期改进的方向，为输电线路工程数字化勘测提供了有益的参考。

输电线路；立体匹配片； 数字勘测；优化选线。

1 平台建设的背景

在输电线路工程勘测设计阶段，勘测专业主要包括测量、岩土工程、水文气象专业，常规的勘测作业模式为勘测各专业分别为设计专业提供基础勘测数据，传统的勘测专业数据处理软件往往只考虑到少量的数据，仅仅满足单一的勘测数据处理的需求，生产的勘测数据格式多样，接口也不一致，数据孤岛现象严重，不以项目为单位进行数据管理，不利于勘测数据共享和数字化移交，而且各专业专题图、专题报告生成自动化程度低，耗费大量的人力，常常不能满足输电线路工程勘测设计的工期要求，这种传统的输电线路工程勘测数据处理模式已不能满足数字化设计要求，其核心问题就是输电线路工程勘测数据没有一个统一管理的平台，勘测数据分专业进行管理，没有统一的数据标准和统一的勘测数据数字化移交工具, 因此建立输电线路工程综合数字勘测平台实现对输电线路工程勘测各阶段、各专业数据的统一管理具有很强的现实意义。

随着勘测技术的不断发展，特别是结合当前先进的信息化技术，采用新的数据处理模式来改变传统电力工程勘测作业方法成为了可能。工程勘测新技术的发展与应用日趋成熟，从事工程勘测的企业必须不断利用先进的勘测技术武装自己，不断提高勘测生产力，才能适应市场竞争的要求，卫星遥感测量技术(RS)、数字摄影测量技术(DPS)、二三维GIS技术的发展和工程应用不再仅仅局限于测量专业，同样适用于岩土、水文气象专业的应用需求，而先进的信息化技术为这种共享需求提供了最好的解决方案。综合利用航空摄影、卫星遥感等测量技术手段获取多源地理信息数据，对电力工程勘测各阶段各专业数据进行统一管理，可以有效地减少外业工作量，提高作业效率，降低作业成本以及作业人员的外业风险，有效地改善当前输电线路勘测作业流程，为输电线路设计提供更加全面的勘测数据支撑。

2 勘测平台的功能设计

建立输电线路工程综合数字勘测平台的意义在于结合我公司输电线路工程勘测设计作业实际，为输电线路勘测各专业数据采集、生产、存储提供统一的作业平台，有效地实现勘测各专业数据的统一管理，实现勘测各专业、各阶段数据的高效共享、成果展示，利用测量专业立体影像模型，创造大范围真立体路径优化场景，为设计专业提供更加全面的精细化设计平台，同时实现向设计专业和我公司其他管理系统(如我公司的勘测设计管理系统、数字档案馆)的数字化移交，基于上述目标，勘测平台的功能设计大致包括以下五方面。

2.1 输电线路勘测数据统一管理

以空间数据库为基础，建立输电线路工程勘测原始数据、勘测成果数据统一存储和统一管理的平台，实现以输电线路工程项目为单元的勘测数据管理模式，形成输电线路工程勘测数据中心，为后续的数据处理、展示、数字化移交提供完备的数据支撑，避免各专业间的数据信息孤岛，实现工程勘测数据的共享和充分利用。

在输电线路数字综合勘测平台中，将输电线路勘测设计所需要的基础地理信息和勘测各专业数据以“对象”形式管理，将提高专题资料生成的自动化程度，特别是出现线路改线以及标段重新划分的情况时，可以很快地对各专业数据进行重新整理，从而提高勘测数据处理效率。

2.2 勘测专业数据处理

在输电线路工程中，测量专业数据处理要实现对各种测量基础数据的处理、矢量数据采集等功能，针对多源遥感数据(航空摄影影像、卫星遥感影像、无人机摄影测量影像)以及测绘基础成果进行处理，获得需要的测量成果数据。利用测量基础数据，根据需要创建三维立体模型场景或二维场景，为勘测各专业进行数据采集提供作业平台。同时提供测量专业地物标绘符号库，供测量专业进行矢量采集。

在测量专业提供的三维或二维作业平台上，进行岩土专业数据采集。根据外业调绘情况及资料搜集情况，输入线路范围内的区域地质资料，如地震地质、矿产开采分布、不良地质作用分布、特殊土的分布范围、大致的地层分布以及地下水的埋藏条件等。软件实现对这些数据的输入、符号化显示及入库管理。

对于水文气象专业来说，平台要能建立水文图层和气象图层，在水文图层标注各水文对象，如河流、水库、湖泊、堤防、规划河流、规划水库、规划堤防、河滩地、主河槽、水文站 、内涝区、大坝等，水文对象统一存放于水文对象中；在气象图层标注各气象对象，如峡谷微气象区、河谷微气象区、高山微气象区、哑口微气象区、水汽增大微气象区、地形抬升微气象区、气象站等，气象对象统一存放于气象对象中。

2.3 三维真立体模型场景下的路径优化

本平台需要在支持传统的二维场景路径优化的基础上，快速创建选线的立体场景，创建可量测、大场景的立体环境，为勘测设计人员提供真三维立体模型场景下的路径优化。其主要思路是利用正射影像和DEM，根据摄影测量的共线方程和计算机视觉原理，生成高精度超大场景立体配对片模型，利用立体匹配片技术与计算机视觉技术将电力线路勘测设计从单立体片时代带入大条带大场景立体影像时代，实现输电线路选线、量测、排位的结合，通过线路数据联动的方式，使选线成果能快速运用到平断面量测过程中，量测的结果实时反馈到选线平台上，以达到方案改变和量测的交互，做到“线中有位”，实现路径方案的快速优化。

2.4 三维成果展示

对已有的输电线路工程勘测各专业成果在三维GIS平台上进行展示，提供在三维场景中对成果查询、检索功能，实现所见即所得的三维效果。输电线路路径优化完成后，在三维大场景中可以根据输入的电力线弧锤K值和杆塔模型，展示输电线路工程勘测和路径优化成果，用户可根据线路路径进行三维漫游，从而对线路走廊的合理性、经济性进行综合评价，为输电线路设计成果的评审提供科学依据。

2.5 勘测成果数字化移交

勘测成果数字化移交的目的是向输电线路设计专业提供数字化勘测成果，为输电线路数字化设计服务。勘测成果的数字化移交是利用摄影测量与遥感技术、三维可视化技术和信息集成技术，结合地理信息和工程信息，以数字化的形式，整合输电线路走廊的地形地貌信息和勘测各专业数据，实现对输电线路工程勘测数据的统一综合管理。

3 软件设计与实现

3.1 总体架构

平台的整体架构采用C/S和B/S相结合的方式。服务器端基于Oracle数据库使用JAVA语言开发，客户端使用C#语言在VS2010中开发，各专业计算软件和立体影像数据显示处理使用C++语言在VS2010中开发。

系统的建设充分依赖于电力勘测设计技术、遥感数据处理技术、地理信息系统技术、三维可视化技术和IT技术等。其中三维可视化技术和地理信息系统技术是系统的基本技术保证，利用海量数据技术和软件框架搭建方法，实现数据库建设和系统建设。平台的实现紧密围绕输电数字化勘测、各专业一体化和数据资源管理三大业务应用，遵循可扩展性的原则，根据实际情况深入进行需求调研、系统设计和平台开发，建立软硬件系统。

实现平台的目的在于，以数据库为基础，体现勘测各专业数据的集成式统一管理，为各专业业务系统提供统一的搭载平台，逐步实现各专业的业务处理功能，形成勘测各专业的数据处理中心，实现输电线路工程中勘测各专业数据的生产高效共享、移交。软件以数据库为基础，通过工程管理模块与数据库进行交互，分专业实现勘测数据的展示、处理等功能，各专业数据处理功能的实现是基于统一的输电线路工程勘测数据。软件实现的总体结构见图1。

图1 软件总体结构图

3.2 数据流程

在软件设计过程中，对工程数据流程进行梳理，以输电线路工程项目为管理单位，对勘测各专业数据进行统一规划，将平台功能按专业进行划分，同时对各专业的公共功能进行独立设计，形成各专业真正的数据处理中心，平台的数据流程见图2。

3.3 数据库设计

勘测平台与GIS相结合，需要存储大量与地理位置相关的空间数据和图层信息，所要存取的数据量相当庞大，需要保证数据库能够对大容量数据提供足够的技术支持，特别在涉及到多用户数据编辑时，要求数据库对多用户支持性能较好。平台本身是对输电线路勘测多个专业的数据库进行整合，数据表数量多，表之间数据关联复杂，需要数据库对表之间的关系有一个系统的管理，需要较高的关系管理能力和系统稳定性，所以勘测平台采用Oracle数据库作为本系统的数据库。现有输电线路工程数组组织方式见图3。

图2 软件数据流程图

图3 数据库数据组织方式

数据库设计充分考虑各专业数据间的关联关系，图4为工程管理相关数据库表逻辑设计图。

图4 工程管理相关数据库逻辑设计图

3.4 功能实现

勘测平台实现的功能包括工程数据管理、测绘专业功能、岩土专业功能、水文气象专业功能及勘测资料综合功能，见图5。

图5 勘测平台模块划分及功能

平台实现的主要功能描述如下：

(1)能够进行测量专业数据处理，包括遥感影像数据、基础测绘成果以及外业采集的测量数据，可以处理摄影测量与卫星遥感立体影像，生成立体测图模型，处理外业数据并生成平断面图、塔基断面图等专题图。

(2)能够进行岩土专业数据处理，对象标注，生成杆塔一览表，剖面图。

(3)能够进行水文气象专业数据处理，标注水文气象对象，能够生成水文断面。

(4)能够进行二维和三维环境下的输电线路辅助路径优化。

(5)能够对输电线路工程勘测多专业数据以项目为单位进行管理以及勘测资料自动归档。

(6)对输电线路勘测数据进行三维显示与漫游。

(7)软件采用先进的Oracle数据库进行空间数据管理，采用C/S架构进行开发，在单位内部网络支持和离线状态下运行，实现了完善的内部和外部接口。

勘测平台实现的功能界面示例见图6、图7。

图6 勘测平台软件启动界面

图7 勘测资料综合模块的辅助优化模块界面

4 平台功能特点

勘测平台实现了输电线路工程勘测数据在设计全过程中的综合应用，各专业在各个设计阶段采集的勘测原始数据、成果进行统一管理，实现了输电线路工程勘测数据的“一次输入、全程使用”，提高了勘测数据应用价值和效率。同时依据平台的建设，制订了输电线路工程勘测设计阶段测量、岩土、水文气象专业集成数据标准，定义了完整的勘测数据关系表，首次实现了勘测各专业专题图表自动化输出，在此基础上，实现了输电线路工程勘测数据整体数字化移交。

平台实现的专业功能具有如下特点：

(1)对于测量专业，平台满足多种数据源的引入和处理，实现了对多源测量数据的全面支持，提高了软件在工程中应用的通用性。实现了基于航空摄影测量与卫星遥感影像的真三维立体环境下输电线路勘测对象定制和标注，根据规范要求，平台定制了相应的测量专业、岩土专业、水文气象专业对象，同时可根据需要定制和标注勘测对象。

(2)数字勘测平台专门开发针对输电线路工程的大范围辅助路径优化功能，基于大范围正射影像图和数字高程模型生成立体大场景选线模型，利用人造立体视觉原理，用户通过使用立体眼镜和三维鼠标对地物、地形进行精确的立体采集和立体量测，完成输电线路路径的三维精细化设计和优化，并输出线路路径成果与其它模块交互工作。

(3)对于岩土专业，通过前期输入各项岩土资料，为进行路径选择以及塔位设计实时提供岩土参数，实现了输电线路勘测前期交互式地质对象定制及标注；在前期输入各种设计所需要的岩土信息，如断裂带、采矿区、不良地质带、区域地质信息等，并进行规范性标注，同时提供数据接口，为后期设计专业进行选线以及定位时可及时实现信息提取。这避免了在复杂地区条件下进行路径以及塔位选择时现场作业的来回反复，大大提高了工作效率。平台还实现了超高压、特高压输电线路勘测自动一体化图表生成系统，可以满足低压、超高压以及特高压输电线路勘测成果的整理，为勘测报告提供所需要的一切表格、参数以及地质柱状图等，并可为相关专业实现动态查询。

(4)对于水文气象专业，通过指定水位，软件自动生成淹没区范围、淹没水体体积和淹没水面面积，自动绘制水位面积曲线及水位容积曲线，并可以将曲线保存。可由勘测平台三维地形数据计算得到某水位相应的水面面积和水体体积，比人工量算的方法节省了很多工作量，而且比人工量算方法更加准确。同时可根据指定的杆塔号生成线路冰区、风区标注，统计查询得到冰区条件一览表及风区条件一览表，实现了数字化的冰区和风区。

5 工程应用

勘测平台已在我公司的雅安—武汉特高压输电线路工程、金沙江中游电站送电广西±500 kV输电线路工程、埃塞俄比亚500 kV输电线路工程、厄瓜多尔500 kV输电线路工程等输电线路工程中进行了使用，取得了良好的经济效益，通过采用勘测平台进行输电线路路径优化、勘测数据精细化采集，减少了施工图设计阶段勘测作业和数据处理工作量，大大节约了工程成本。软件为勘测各专业提供了完善的数据处理功能，经过与传统勘测数据处理模式进行对比，平台较好地实现了工程勘测数据统一管理、勘测数据数字化移交、真立体环境下的辅助优化设计、各专业专题图功能，提高了特高压输电线路终勘中的勘测数据处理效率，通过勘测平台处理生成的各种数据模型满足特高压输电线路勘测规范要求。下面以某1000 kV交流特高压输电线路工程施工图勘测中的应用情况进行简要介绍。

该线路总长度为56 km，其中2×10 km(重冰区)按2个单回路架设，其余36 km按同塔双回路架设。线路所经地段主要为高山大岭，沿线地形起伏较大。高程在200～1350 m，相对高差300～600 m，测区沿线树林密集，荆棘丛生，植被以松树、杉树、灌木为主，少量毛竹。

根据DMC航摄相机拍摄的航空影像制作了五条航带共97个立体像对，并生成影像分辨率为0.3 m的全线正射影像和数字地面模型，在立体模型上载入了三个专业的勘测数据，并可根据需要随时进行平断面图的采集，见图8、图9。

图8 全线终勘成果显示在影像图上

图9 部分线路的终勘平断面图

通过地面高程模型实时采集断面，杜绝了因高差过大、档距过大、铁塔负荷超载，局部地段陡峭不能立塔等因素导致路径难以成立的影响。大范围进行路径优化后，全面综合考虑了错综复杂的问题，减少了不确定因素的干扰，提高了路径成立的可信度。

工程数据加载到平台后，平台运行性能良好，在施工图勘测过程中，利用数据库对各专业各阶段的输电线路工程勘测数据进行统一管理，促进了各专业勘测数据共享和高效利用，为输电线路工程设计、施工、运行维护提供了全面可靠的勘测基础数据。图10为避开大型采矿区的情况。

图10 辅助路径优化中避开大型采矿区

在该工程中采用勘测平台进行勘测数据处理，整理成品资料，有效地提高了劳动效率，降低劳动强度，根据完成的勘测卷册资料与传统的资料整理进行对比发现，利用本平台的自动专题图输出和强大的专业数据分析功能进行勘测成品资料整理具有十分明显的优势，大大提高了勘测专业成品资料整理的效率，以50 km的特高压输电线路工程勘测资料整理工作量进行估算(单位：人天)，资料整理效率的对比情况见图11，处理效率得到了成倍提升。

图11 新旧模式数据处理效率比较

6 结语

我公司输电线路工程综合数字勘测平台的建立将大大提高输电线路工程勘测中各专业、各阶段数据的耦合度，真正将输电线路工程勘测作为一个整体进行管理，可以实现对勘测数据的高效利用，为输电线路设计提供更加全面的数据支持，利用平台可基于全面的勘测基础数据进行全方位路径优化，实现与地方经济建设和谐发展，更好地为我国的绿色电网、智能电网建设服务。

由于平台实现采用C/S与B/S相结合的模式实现，需要依赖于服务器上的数据库进行数据管理，虽然目前设计了平台离线作业模式，但如何处理好离线应用与在线应用的数据冲突问题，是平台今后要解决的问题。

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Design and Realization of Integrated Digital Survey Platform in Transmission Line Project

XU Hui, CHENG Zheng-feng, HU Ji-lun, CHEN Gong
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

This paper discussed the develop procedure of CSEPDI transmission line Digital Survey Platform.This paper introduced the background and the benefits of the platform construction, detailed the realized functions of the platform.At the same time this paper introduced the platform applications in transmission line projects and proposed the problems needed to be focused.This paper provided the beneficial reference for the transmission line engineering survey data management.

transmission line; stereo-mate photo; digital survey; optimization route selection.

P2·TP39

B

1671-9913(2017)03-0014-07

2016-03-24

徐辉(1979- )，男，湖北仙桃人，高级工程师，从事电力工程测量工作。