基于GIS 的复杂地理条件下输电线路路径选择

黄冬梅 王桂芳 胡安铎 孙锦中 郑小罗

（ 1、上海电力大学 电子与信息工程学院，上海200120 2、上海海洋大学 计算机学院，上海200120）

1 概述

输电线路的路径选择需要综合考虑地形地貌、气象条件、地方规划等多因素的耦合作用，最终选定一条运行可靠安全、环境友好和经济、技术合理的路径[1]。

现有输电线路路径选择方案在评价体系中主要侧重于对工程地质条件分析，鲜有考虑覆冰因素影响。本文综合考虑地形、坡度、用地类型、覆冰四类多种复杂地理因素影响，针对传统层次分析法容易导致决策结果过于主观的问题，引入三标度法来建立层次分析模型，考虑各地理影响因素之间的耦合作用，基于ArcGIS 的数据分析功能，划分线路建设成本分区，利用ArcGIS 进行距离分析，生成成本路径图，实现复杂地理环境下输电线路路径选择。基于GIS 的路径选择模型，可以有效提高选线工程的经济性和科学性。

2 三标度层次分析法原理

层次分析法（AHP）是20 世纪70 年代运筹学领域提出的一种系统分析方法。其基本思想是将复杂的问题分解多个层次，每个层次包含多个指标，然后进行定性和定量分析及决策。本文采用层次分析法模型将输电线路路径选择问题模型化、层次化、数量化，实现非定量问题的定向分析。

图1 输电线路建设成本层次分析模型

表1 电线路建设综合成本影响因素总权重

图2 各因素分级赋值

传统的1-9 标度层次分析法[2]，由于决策者在做出决策时受人为判断的主观性和片面性影响，难以给出两个因素准确的重要性之比，出现不合理结果的可能性较大，本文提出采用（0，1，2）三标度法构造比较矩阵[3]，具体步骤为用直观的三标度法构造比较矩阵，将比较矩阵转换为间接判断矩阵，求解判断矩阵最大特征值对应的特征向量，即可得到各影响因素对应的权重。

3 输电线路成本层次模型

3.1 建立输电线路成本层次模型

本文选取西南某典型山区作为实例，通过对该地区地质条件的调查及输电线路建设规范, 建立如图1 所示的建设成本层次分析模型，本模型将输电线路路径选择中所考虑的因素分为目标层、准则层、指标层和影响因素四个层次。

本文的输电线路层次分析模型与传统输电线路层次分析模型如文献[4]的层次模型相比，进一步考虑准则层与指标层各因素间的相互关系，综合考虑准则层对指标层各因子的权重影响，在传统模型基础上细分指标层影响因子，建立四层输电线路成本层次模型。

3.2 模型实现过程

按照第1 节所述原理，根据图1 中的输电线路建设成本层次模型建立各层间比较矩阵，比较矩阵是根据输电线路工程建设标准及国内外学者发表成果总结而成，进一步计算间接判断矩阵及相对权重，并进行一致性检验，其结果如表1 所示。

4 GIS 自动选线实例分析

4.1 选线因素赋值

根据前述各影响因素总权重对各个地图的像元赋值，因GIS 像元值为整数，因此对权重结果乘以1000 对各像元赋值，表示该像元对建设成本影响的高低，即像元值越大代表在该像元内布线的成本越大。各因素赋值结果如图2 所示。

图3 多种专题地图中输电线路路径图

4.2 空间选线

Dijkstra 算法是目前解决最短路径问题最经典的算法，也是公认的最有效和最好的方法，本文以输电线路建设综合成本最低为判断标准，根据前述综合成本分区结果，采用Dijkstra 算法寻求综合成本最低路径。

为了显示路径选择的效果，本文分别以A1B1为起点终点和以A2B2为点终点选择了两条综合成本最低路径，并在多种专题地图中展示，如图3 所示。其中图3(a)中黑色实线表示所选综合成本最低输电线路路径，红色实线代表未考虑覆冰因素的输电线路层次模型选线结果，其选线结果表明，若未考虑覆冰因素影响，其选线结果很有可能穿过覆冰区，对输电线路运行带来巨大潜在危害，本文模型考虑加入覆冰因素影响，所选线路远离了覆冰区域，可以提高线路运行安全系数; 由图3(b)中A1B1、A2B2为用地类型专题地图中所选综合建设成本最低路径结果图，由所选线路结果可以看出，两条线路均与自然保护区域保持一定的距离，保护了生态系统，且经过平原、草地等输电线路建设成本较低的地区，远离施工难及对生态平衡有重要影响的地块；由图3(c)A1B2、A2B2为坡度等级专题地图中所选综合建设成本最低路径结果图，两条选线可以看出所选线路经过地区地势较为平坦，远离了陡坡、峭壁、高原等地区，可以降低施工难度，提高工程的安全系数。综合以上分析及未考虑覆冰因素模型选线结果对比可知，根据本文的层次分析模型在GIS 中所选输电线路经过区域综合成本较低，且避开地理环境复杂区域，实现了在复杂地理条件下输电线路选择的经济性和科学性。

5 结论

针对输电线路路径选择需要考虑的地理要素较多，难以兼顾经济性和科学性的问题本文综合考虑分析输电线路所选区域内的地形、坡度、用地类型和覆冰4 个地理因素影响，并细分地形、坡度和用地类型影响因素，充分考虑复杂地理环境影响，构建输电线路建设成本四层层次分析法模型，并采用三标度代替九标度构建对比矩阵，来降低人为判断的主观性和片面性影响。本文利用GIS 强大的空间分析能力，采用Dijkstra 算法综合考虑空间距离及综合成本影响，选出以建设综合成本最低为目标的最优路径。通过输电线路路径图可以看出基于本文前期成本分析，最终的路径成功避开自然保护区、覆冰区、高原峭壁等复杂地理环境下不适宜线路通过的区域，说明本文的输电线路成本建设层次分析法模型具有可行性。