3S技术在高海拔地区换流站规划选址中的应用

黄伟杰 孙孟昊 许玉凤 雷红霞 王 凯

（1.国网湖北省电力有限公司中超建设管理公司 2.北京洛斯达科技发展有限公司）

0 引言

近年来， 3S技术发展迅速， 应用范围不断扩大， 在国土、 水利、 防灾、 电力[等行业利用地理信息平台实现空间信息的可视化， 对监测目标进行空间分析比较、 辅助决策， 逐渐成为了一种主流方式[1-2］。3S 由遥感（RS） 、 地理信息系统 （GⅠS） 和卫星定位系统 （GNSS）组成， 3S技术是一种空间技术、 传感器技术、 导航定位技术、 通讯技术和计算技术相结合形成的综合技术[3］。目前地理信息系统 （GⅠS） 已成为了重要的信息采集、图像处理和数据分析工具， 同时该技术与互联网的结合形成了网络地理信息系统 （WebGⅠS）， 使其服务能力和服务范围实现了大幅提升[4］。在遥感技术 （RS） 方面， 遥感的传感器、 飞行器、 通讯技术和数据处理手段也得到了发展， 飞行平台可搭载多视角航摄仪、 航摄相机、 激光雷达、 多光谱相机、 高光谱相机等多种传感器， 获取数据的种类、 质量、 时空分辨率均有大幅提升。研究表明由倾斜摄影测量技术生成的三维实景模型可满足1： 500 比例尺测图精度要求[5］， 这使三维场景重现、 精确测量、 室内分析决策成为可能。在全球定位系统 （GNSS） 方面， 我国自主研发的北斗卫星导航系统已完成全球组网， 北斗/GPS 双模定位模式， 使遥感飞行器的定位精度和稳定性均得到了提升 。随着3S技术的发展， 其服务可适用的场景和内容也值得进一步探索。

换流站的规划选址需开展站区内外部条件确认和经济技术指标比选[6］。以往在开展站区条件落实、 挖填方量估算、 房屋拆迁量统计等工作时多采用内外业结合的方式， 首先基于多种专题地图掌握站区道路、 水源、 地形地貌、 站区面积、 房屋数量、 生态红线、 基本农田等信息， 然后通过现场踏勘进一步核实房屋层数、房屋属性、 地形地貌等。而高海拔地区空气稀薄、 大气压和氧分含量低， 不利于开展外业踏勘[7］。因此， 本文基于现有的3S技术手段， 探索在换流站规划选址场景中的应用模式， 减轻高原环境的外业踏勘工作量， 同时开展升级选址工具、 扩展数据维度、 提高数据精度、 优化作业流程研究。通过建立网页端的换流站选址平台， 基于基础数据和三维实景模型平台叠加可视化， 利用平台空间分析工具辅助设计人员落实站区条件和经济技术指标， 减轻设计人员外业工作量， 提高选址效率。

1 关键技术介绍

1.1 倾斜摄影测量

倾斜摄影技术可以快速获的二三维的数据信息，本研究在飞行器上搭载5台传感器， 分别从1个垂直角度和4个倾斜角度获取目标物特征和纹理信息。

1.2 WebGIS

万维网地理信息系统 （WebGⅠS） 是一种在网络环境下， 基于HTTP协议， 用于存储、 分析、 管理、 发布以及共享地理信息的B/S模式的分布式计算机应用系统，可与其他Web 应用无缝集成。本研究采用WebGⅠS 技术， 将系统功能的核心部分集中到服务器， 将展现部分放到浏览器， 既简化了系统的维护与使用； 同时又满足了用户对分布式地理空间数据的轻松访问及其编辑、修改等相关需求。

1.3 地图服务技术

当前主流的地图发布技术分为两种， 一是基于即时生成技术的动态地图服务， 二是基于切片技术的静态地图服务。动态地图服务是一种胖服务器瘦客户端的B/S运行模式， 用户对服务进行浏览和操作， 但空间分析、 计算等操作指令均有服务器端完成。静态服务发布前首先对原数据进行切片处理， 将生成地图瓦片按照一定的存储规则存储在服务器端的文件夹里。用户发出浏览范围请求后， 服务器为用户提供该范围需要显示的切片， 这种方式有效地提高了浏览效率[8］。

2 技术路线

2.1 技术路线

利用地理信息系统平台的分析工具和多源数据融合可视化， 辅助换流站选址的站区条件确认、 挖填方量计算、 房屋拆迁量统计等工作， 主要技术路线如图1所示：

图1 技术路线

2.2 数据准备

2.2.1 航摄数据收集与处理

航摄工作平台搭载5 向镜头采集倾斜摄影数据，数据处理分为数据检查、 空三加密、 实景三维模型建立， 如图2所示。三维建模时采用规则立体切块方式，限制单个区域模型重建的面积， 减少计算压力， 并通过3台工作站进行并行计算处理， 提升数据处理速度。

2.2.2 基础数据收集与处理

收集整理研究区域的内的亚米级卫星影像、 基础地理信息数据、 生态红线、 地表覆盖数据、 土地利用数据以及地质数据， 以地图服务的方式在平台应用。如图3 所示， 栅格数据发布为切片静态服务， 矢量数据在整饰后发布为动态服务， 最终在换流站选址平台实现多源信息调用展示。

图3 基础数据处理应用

2.3 平台情况

2.3.1 平台架构

研究换流站选站平台充分考虑系统的高可用性、实用性、 可维护性、 先进性、 可扩展性和安全性等各方面因素， 设计形成本系统总体架构。系统根据多层架构模式进行设计， 应用技术架构按照后端服务化、前端工具化、 业务场景化等设计原则完成整个技术系统构建。总体架构从下至上分为数据服务层、 数据层、 业务层、 服务交互层、 前端展示， 系统总体技术架构如图4所示。

图4 系统架构

2.3.2 平台功能

换流站选址需要进行以下工作包括： 落实站区内部条件和外部条件； 开展综合技术经济比较； 规划选址审查。针对上述工作平台设计了地图可视化、 OGC标准的地图服务加载、 矢量绘制编辑、 矢量数据导入导出、 地理测量、 挖填方计算等功能。

3 工程实践

工程实践的实验区域位于位于四川省甘孜州白玉县盖玉镇的帮果村， 帮果村站址为金上-湖北±800kⅤ特高压直流输电工程候选站址之一。

3.1 站区地理条件落实

通过换流站平台可确定研究区地势相对平坦， 最低点高程约2963m， 最高点高程3010m， 站址向北距白玉县城约51km， 向南距巴塘县城约86km， 向西距叶巴滩水电站约7km。金沙江支流从境内通过， 水源条件良好。区域交通条件良好， 有G215 在内的宽阔道路约5 条， 路宽约10m。研究区域位于沙鲁里自然保护区内， 后续建设需注意取得相关部门协议， 如图5所示。

图5 站区基本条件确认

3.2 经济技术指标落实

3.2.1 房屋拆迁量确认

基于高精度三维实景模型可以初步确认房屋用途、 明确房屋层数， 借助测量工具测量投影面积， 确认房屋拆迁赔偿量， 如图6 所示。站区内有棚房85 处， 面积约9768.58m2； 砖房143 处， 面积约46191.43m2； 夹层房24 处， 面积约1646 8.82m2。

图6 辅助工程选址

3.2.2 挖填方量确认

通过系统工具可进行挖填方量计算， 设置挖填方范围和标准平面高度后， 平台自动计算挖填方量， 如图7 所示。本研究设置标准高为2980m， 挖方体积约778760m3， 挖方面积84887m2； 填方体积约506107m3，填方面积81900m2。

图7 挖填方计算

4 结束语

本研究实现了3S 技术辅助高海拔地区换流站规划选址工作。在地理信息系统平台通过加载精细三维实景模型， 提高空间测量精度和地形地貌的真实度；利用换流站规划选址平台的多源数据可视化和空间分析功能， 辅助可研选址的站区情况落实。通过研究优化了现有的作业流程、 扩展了数据维度、 提高了数据精度， 有利于减轻高海拔地区换流站规划选址外业工作量， 辅助设计人员多维度掌握站区条件， 提高工作效率， 降低站址的颠覆性。