电网工程三维数字化移交数据生产关键技术流程研究

董跃周 王秀芳 彭玉培 甘运良 易 路

（1、中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，广东 广州510700 2、北京洛斯达数字遥感技术有限公司，北京100011）

随着坚强智能电网发展规划的推进，对电网工程信息化水平提出了更高的要求。电网工程建设是一个多阶段、多专业、多参与方的过程，而三维数字化移交就是从全局进行统筹考虑，以数字化的方式贯穿电网工程建设的全过程，采集、处理在此过程中形成的各种工程信息、地理信息、数字化模型、文档资料等数据成果，给业主移交一个图属一体且智能相关的全息电网工程信息平台，实现对电网工程三维场景、三维模型的直观展示和工程资料的综合管理[1]。因此，数据是电网工程三维数字化移交工作的核心，对电网工程数字化移交工作中数据生产的主要内容和关键技术流程研究及梳理，构建电网工程全生命周期数字化管理体系，可以提高工程数据利用率，节省海量数据建设投资成本，提高电网信息化及精益化管理水平，对建设坚强智能电网具有重要意义[2]。

1 数字化移交的基本流程

数字化移交工作以数据流和信息流为主线，以统一的标准和规范为保障，为电网工程建设和管理的全过程提供权威的数据源，贯穿于电网工程规划、设计、施工和运行等各个阶段。电网工程三维数字化数据生产的实施过程主要分为三个，即数据采集、数据处理、数据移交[2]。每个过程既相对独立，又相互联系，保持上下游的紧密关系。

为确保数据的完备性、一致性、唯一性和现势性，在数据规整的过程中需要参照统一的标准对数据进行处理，然后基于规范化的数据进行数字化成果制作，形成最后的数字化移交成果。

2 三维数字化移交内容

三维数字化的内容包括工程信息、地理信息、数字化模型、空间位置和文档资料。

工程信息主要包含工程在初步设计、施工图设计、竣工图三个阶段的概述信息和主要技术经济指标。

地理信息包括数字正射影像、数字高程模型、基础地理矢量数据、电网专题数据。其中基础地理矢量数据按地理信息要素分类包括行政区划、交通、居民地、河流、植被等；电网专题数据包括污秽区、气象区、覆冰区、震区、舞动区、雷害区、鸟害区、规划区、自然保护区、风景区、采动影响区、林区、矿区、文物保护区、军事禁区、电力线、通信线、管线等。

数字化模型包括电网设备设施模型及属性和交叉跨越地物模型及属性。设备设施属性是设计阶段形成的用于描述设备的基本信息和技术参数等。

空间位置指架空线路/变电工程的地理空间位置及相对空间关系信息。其中，架空线路设备设施空间位置信息包含线路杆塔坐标、设备设施的相对坐标及组合关系；组合关系描述杆塔、基础、绝缘子串、导地线的空间连接关系；变电工程空间位置包含整站模型原点地理坐标、模型相对正北方向的旋转角度、进出线挂点的相对位置及与线路各相位的对应关系。

文档资料包括电网工程在初步设计、施工图设计、竣工图阶段产生的设计资料。

3 地理信息数据生产的关键技术流程

3.1 数据采集

表1 数据采集方式

数据采集是根据工程进度，对初步设计、施工图设计、竣工图各个阶段的工程信息、地理信息、数字化模型、空间位置、文档资料等主要信息依据数字化内容进行采集与收集，具体包括采集方式及要求，采集过程需遵循易提供、易入库的原则。

数据采集在电网工程建设的过程中同步进行，实时形成阶段性数字化成果，数据采集方式如下表1 所示。

3.2 数据处理

数据处理是对不同来源的数据进行规范化处理，纳入到统一的坐标系统，实现无缝拼接与叠加，配置后切片缓存，提高加载效率。

3.2.1 数字正射影像

根据电网工程的特点和技术要求，结合1:2000 地形图航空摄影测量技术方案生产测区所需的数字正射影像，最终提供全线地面分辨率优于1m 的成果数据。

为保证移交数据成果在三维数字化移交平台中的应用，需对数字正射影像做预处理，包括七参数纠正、去边、切片。

（1）七参数纠正

因工程勘测常采用工程投影坐标系，而移交成果平台多为三维GIS 平台，采用WGS 84 地理坐标系，为保证移交成果的后续应用，需进行七参数纠正，其主要步骤为：首先由控制点计算七参数，用ArcGIS 创建自定义地理坐标变换，然后执行“投影栅格”即可。

若采集的数据为WGS84 地理坐标系，则无需进行该步骤。

（2）去边

影像去边的目的是将边缘无效数据统一处理成Nodata，保证航带正确无缝拼接。

边缘无效数据的情况包括：边缘有杂色、白色、黑色，处理的原理是通过影像重分类，形成二值化的栅格数据，快速提取包含有效数据的面状要素，对七参数纠正后的栅格数据进行裁剪。具体流程如图1 所示。

图1 影像去边处理流程

（3）切片

切片目的是使用缓存机制以提高地图访问速度。原理是将地图设定为多个比例尺，对于每个比例尺提前将地图分成若干小图片，存储在服务器上，访问时直接获取需要的小图片拼接成地图，而不是由服务器动态创建出一幅图片来送到客户端，极大程度的提高了访问速度。

切片软件可采用ArcGIS Server，为保证同一坐标系下的切片地图完全叠加，需确定切图的起点、图片宽度、高度，根据影像分辨率设置统一的切图比例尺级别或像素级别；为提高处理效率及成功率，影像较多时需采用镶嵌数据集，实例数按照计算机性能进行设置，切片前分析的错误及高级警告必须处理。

3.2.2 数字高程模型

数字高程模型同样按照电网工程的技术要求，结合1:2000地形图航空摄影测量技术方案进行生产，最终提供相应精度的成果数据。三维数字化移交平台中的高程数据一般为处理后的切片格式。为保证在三维数字化移交平台中DEM边缘的展示效果，避免出现高程突变，需去除边缘无效数据后，进行七参数纠正、切片。去边的方式采用Global Mapper 或ArcMap 均可，绘制一个只包含有效数据的范围后，按照范围进行提取（如图2 所示）。七参数纠正操作方式与数字正射影像相同。切片工具根据采用的三维数字化移交平台所使用的数据格式选择，根据影像分辨率，确定切片层数、0 层瓦片大小。

图2 DEM 有效数据范围

3.2.3 重要交叉跨越

重要交叉跨越是电网工程在设计、施工各个阶段关注的重点，数据来源于平断面图中各要素信息的提取，主要包括道路、水系、电力线、通讯线、房屋、重要独立地物等。

全线平断面图信息量较大，尤其是高电压等级线路较长的工程，如何从大数据量的平断面图中快速提取重要交叉跨越地物，成为提高数据处理效率的关键环节。

线路平断面图由线路沿线（线路中心线向两侧扩展一定距离）的平面图和纵断面图组合成，是线路测量人员的测量结果，按照一定比例，将现场测量的有关数据描绘出来。其主要内容包括：线路里程、杆塔呼称高、杆塔所处位置的高程、杆塔档距、线路耐张段长度、档距弛度模板曲线、被跨物的高度、形状及距离某杆塔的距离、线路转角方向和转角度数等。其特点是以里程数表示各要素在线路中的位置，需快速还原为以经纬度或横纵坐标表示的实际的地理位置，即拉直后的线路还原成有拐角的实际走向的线路。

目前大多数平断面图为道亨SLCAD 软件ORG 数据格式或北京洛斯达公司基于JX4 下开发的TL 系统的MAP 格式，提取要素还原为真实地理坐标的原理均为根据杆塔转角坐标、七参数进行位置反算，根据编码进行要素分类。

解析后的数据为CAD 格式，可在ArcMap 中直接加载，或转换为ArcGIS 的GDB 或SHP 格式后，根据实际需求进行适当编辑，符号化，切片，将交叉跨越要素叠加在影像上形象展示，如下图3 所示。

图3 重要交叉跨越数字化

3.2.4 电网专题数据

电网专题数据多为复杂的点、线、面矢量数据集格式，为提高在三维数字化移交平台中加载效率，增加美观度，可在ArcMap 中配图后切片；若专题数据为栅格图片，则需在ArcMap中参照航片、卫片或道路水系等基础地理信息数据，选取同名点对进行配准，将图片数据纠正到正确的空间位置后进行数字化、符号化、切片，完成整个流程。

图4 电网专题数据数字化

3.3 数据移交

将采集和整理好的数据进行移交，移交的对象为使用单位或管理单位，移交载体通常为三维数字化移交平台。

使用单位是数字化移交成果的直接使用者，在不同阶段有不同的使用者。如在施工阶段，数字化移交成果为设计阶段产生的成果，使用者为工程建设单位，因此需将数字化成果移交给建设单位; 而在运行阶段，数字化移交成果为施工阶段产生的成果，包括施工过程中的数字化施工过程信息和三维建模成果等，使用者为工程运维单位，因此需将之前的数字化成果移交给运维单位；管理单位是数字化移交成果的管理者，它不针对某一具体阶段，而是一个独立的数据管理组织，对数字化成果进行整体管理和维护[2]。从数字化移交的过程可以看出，数字化移交工作的内容除了进行具体的数据采集、整理和移交以外，还应做到规范先行，即制定规范化的移交流程、标准化的移交内容和统一的数据规约，确保移交过程有标准可依[5-6]。

移交过程中提供操作手册、对其进行操作培训并提供技术咨询，直至客户完全掌握数据及平台的维护和操作，整个移交过程才算真正完成。

4 总结与展望

三维数字化移交工作收集了大量项目基础数据与资料，并且整理整合了这些数据，同步制订了相关的流程、规范，有利于将各类数据有效的关联起来，进行高效率的统一管理和利用，大大减少了数据重复建设的成本。

三维数字化平台具有直观、智能、便捷等特点，在电网工程设计、施工、运维的整个生命周期中，可提供全方位的服务和管理工作，具有较强的可追溯性和可拓展性，作为后期运维的重要数据资本必将发挥重要的管理效益。

相对于传统纸质档案的移交模式，三维数字化移交模式是管理手段和设计手段的革新，将更广泛的为广大业主单位和设计单位接受，电力行业各单位在生产实践中采用越来越多的数字化手段来辅助生产，但是随着信息化的深入，信息孤岛效应和数据重复建设的情况也越来越明显。数字化移交工作创新了移交工作模式，以标准和规范为保障，促进信息资源的高效流通和共享，能够在一定程度上解决上述问题。推广三维数字化移交技术是未来的趋势，而配套的高效数据处理技术手段、三维数字化移交标准及流程规范，则是整个移交工作的重点和难点，也是后续数字化移交推广中亟待解决的问题。