基于ArcGIS Engine的输电线路路径三维信息系统设计

张文强，王 鹏，戚 慧

（国网新疆电力有限公司乌鲁木齐供电公司 新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

电力系统为了加大供电量可以采取两个方面的措施：一方面可以从供电设备及供电企业管理入手；另一方面可以在电力线路设计上做文章。合理恰当地选择输电线路路径，是一项技术性要求较高的工作，不仅能降低输电过程中的损耗，还可以减少资金的投入。ArcGIS Engine是ArcGIS的一套软件开发引擎，可以让程序员创建自定义的GIS桌面程序，它具备完善的嵌入式GIS组件库和工具库，ArcGIS Engine支持多种开发语言，包括COM、NET框架、Java和C++，能够运行在Windows、Linux等平台上。它提供了一系列比较高级的可视化控件，方便程序员构建应用程序。利用ArcGIS Engine平台，设计解决输电线路路径选择实际问题的三维信息系统，实现输电线路路径选择，具备理论可行性。

2 路径选择原则和影响因素

电力线路设计中路径选择的原则主要有3点：（1）坚持距离最短的原则，要尽可能地减少线路走向的转折，尽量使用直线的设计方法；（2）坚持经济实用性的原则，根据工程预算，需要均衡好经济和使用之间的关系，尽量减少该项不必要的开支，为社会节约空间等资源；（3）避开特殊地形的原则，应尽量远离峡谷、高山等跨域地区，还要避开树木、草地、高层建筑等区域。

电力工程输电线路路径选择包括路径初选、现场踏勘和政策确认3个阶段[1]。路径初选是应用卫星地图在线路起止点之间初选输电线路路径；现场踏勘是在考虑经济、技术因素的情况下，实地踏勘对初选路径进行修改；政策确认是与规划、国土和交通等部门对接同意，并取得沿线相关单位的支持性协议。综上分析，输电线路路径选择需综合考虑线路长度、地形地貌、地质、气象、交通、施工、运行及城市总体规划等因素，主要表现为经济、技术、环境和社会4个方面[2-3]。

在目前的输电线路选线工作中，普遍采用的是在纸质地图或者卫片上选线，由于选线工作必须完全依靠人工完成，因此线路路径选择的决策过程存在一定的随意性，对线路走向和方向的决策要较多地依赖选线人员的个人工作经验和责任态度，而且费时费力。

国网某公司2016年—2020年18项输电线路路径选择情况进行统计见表1，路径选择修改4次及以上者达83%。对某公司2016年—2020年输电线路路径选择所需天数进行统计见表2，输电线路路径选择的平均周期为9.67月，无法满足未来对当地电网工程建设的需要。

表1 2016年—2020年输电线路路径选择情况统计

表2 平均路径选择周期统计情况

3 系统方案

使用信息化手段设计输电线路选取方案，并以模型模拟的形式显示在计算机终端上，可以有效地提高输电线路设计的工作效率，且能以更宏观和更直观的角度观察线路情况，用技术手段压缩了输电线路设计周期，节约了设计成本。

本系统是基于ArcGIS Engine的输电线路路径三维信息系统，数据库地图中的不同地理信息可以通过标识进行识别，现有地理信息数据完备，可以通过一定信息化方法进行测量、计算。通过将地图中地理属性明确后，将两点之间通过规避不同的地理要素连接可以形成多种路径，最终将两点之间连接起来[4]，系统逻辑结构见图1。

图1 系统逻辑结构图

该系统选线数据模型按网格种类分，参与计算的数据分为以DEM为基础的地理静态网格和以行政、经济和自然限制条件为基础的动态矢量图层。将电网信息参数集成至现有ArcGIS Engine三维信息系统上，通过对4种因素参数进行分析，利用智能选线算法进行输电线路路径识别[5]，辅助设计人员进行决策，系统原理图见图2。

图2 系统原理图

4 系统模块解决方案

系统数据库模块主要功能是对不同类型的数据实现存储、处理分析和转换，通过对比数据处理能力性能，选用防黑客能力安全性高、并发处理能力强、数据处理能力高的“SQL Server”，其特点是支持异地使用数据库的要求，节点多，支持多重路由器，管理权限划分细致，对内安全性高，同时支持万人在线提交，在处理海量数据的效率、后台开发的灵活性、可扩展性等方面强大。

数据软件开发工具主要功能是利用相应开发工具进行算法编程，选择了数据类型丰富、编辑方式灵活实用、程序执行效率高、可靠性高、运行速度快的C#语言。

算法模块主要根据此次输电线路路径选择方式，选择了运行速度快，运行准确度高的A*算法，是一种静态路网中求解最短路径、最有效的直接搜索方法，其特点是适合于求解任意两点间的最短路径问题，速度快，运行准确度高。

显示模块主要根据输电线路路径显示方式，选择了文件占用空间小，放大后图像不会失真的矢量图，是以数学函数的方式表示的图像，任意放大可以不失真，常用软件为Auto CAD，格式为.dwg、.dxb，其特点是文件占用内存空间小，放大后图像不会失真，图形清晰度分辨率无关。

5 系统功能和硬件布置

该系统需具备智能选线功能，相应选线分析功能以及线路路径三维显示功能，决策系统功能，见图3。

图3 系统功能图

根据系统方案和系统功能需求，调试所需硬件设备，包括系统服务器、数据导线、安全芯片等，系统硬件布置结构见图4。

图4 硬件布置结构图

6 应用

系统应用的前提是进行数据资料的收集，数据来源可以购买，也可以自己生产，以上数据收集越全、精度越高，系统选线结果越准确。系统可以应用于各种高压电线的选线工作，通过为系统提供研究区域的各种影响因子的空间数据，可以实现高压线路的自动选择。

7 结语

本文介绍了一种基于ArcGIS Engine输电线路路径选择三维信息系统的工作原理以及各模块的解决方案，开创性地提出了计算机智能选线，相比以往的人工选线，计算机智能选线更加高效、准确，为又快又好地构建智能电网提供技术支撑；提出了一种分层次、逐级计算的选线方法，该方法综合考虑多种影响因子，能快速选出输电线路，大大降低了输电线路选取所花费的时间和成本。通过搭建样机并进行实验，数据表明该系统成功降低了路径选择因各种因素反复修改的次数，减轻了人工路径选择的工作量，提升了工作效率。

该系统对实现经济和社会综合效益有重大现实意义，使用信息化手段设计输电线路选取方案，并以模型模拟的形式显示在计算机终端上，可以有效地提高输电线路设计的工作效率，且能以更宏观和更直观的角度观察线路情况，用技术手段压缩了输电线路设计周期，节约了设计成本。建立“智能选线”系统数据库，重复利用以前积累的各种资料和信息，可以提高输电线路选线的技术水准和成果质量。