基于GIS的輸電線(xiàn)路智能化運行與管理技術(shù)

基于GIS技術(shù)的應用是建立在GPS、遙感(RS)和激光雷達掃描(Ls)三大技術(shù)的基礎上。依據這些技術(shù)可以實(shí)現二維和三維實(shí)體模型的建立。在三維可視化方面應用于線(xiàn)路勘測取得了一定的成果但是應用在輸電線(xiàn)路設備巡檢方面還存在一定的局限就是處理得到的圖像的分辨率不夠，雖然采用機載雷達掃描可以得到較高分辨率的圖像，但是成本較高并且飛行許可獲取較難;巡線(xiàn)機器人可以采集輸電線(xiàn)路設備的信息，并且采集的信息具有較高的分辨力。所以系統分析這些技術(shù)的特點(diǎn)對我們構筑輸電線(xiàn)路運行管理系統并完善系統的功能具有很重要的指導意義。

1、GPS

全球定位系統(GlobalPositioningSystem)是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛星組成的衛星系統。這個(gè)系統可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀(guān)測到4顆衛星.以保證衛星可以采集到該觀(guān)測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度以便實(shí)現導航、定位、授時(shí)等功能。這項技術(shù)可以用來(lái)引導飛機、船舶、車(chē)輛以及個(gè)人，安全、準確地沿著(zhù)選定的路線(xiàn)準時(shí)到達目的地。

GPS定位技術(shù)具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點(diǎn)使其在各類(lèi)大地測量控制網(wǎng)的加強改造和建立以及在公路工程測量和大型構造物的變形測量中得到了較為廣泛的應用。當然也可以對輸電線(xiàn)路對桿塔和線(xiàn)路的變形、斷線(xiàn)和覆冰進(jìn)行監測。GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn).作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力.可以對輸電線(xiàn)路中一些關(guān)鍵的設備進(jìn)行定位和監視.并且可以位巡線(xiàn)機器人提供位置信息。

遙感(RS)

遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎，在本世紀60年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。開(kāi)始為航空遙感，自1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛星后.標志著(zhù)航天遙感時(shí)代的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應用于資源環(huán)境、水文、氣象地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門(mén)實(shí)用的.先進(jìn)的空間探測技術(shù)。

遙感是利用遙感器從空中來(lái)探測地面物體性質(zhì)的它根據不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應的原理，識別地面上各類(lèi)地物具有遙遠感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機飛船、衛星等飛行物上的遙感器收集地面數據資料，并從中獲取信息.經(jīng)記錄.傳送、分析和判讀來(lái)識別地物。

遙感技術(shù)主要特點(diǎn)：

(1)數據資料。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右陸地衛星的衛星軌道高度達91Okm左右.從而.可及時(shí)獲取大范圍的信息。例如一張陸地衛星圖像，其覆蓋面積可達3萬(wàn)多km。

(2)取信息的速度快周期短。由于衛星圍繞地球運轉，從而能及時(shí)獲取所經(jīng)地區的各種自然現象的最新資料，以便更新原有資料，或根據新舊資料變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測，這是人工實(shí)地測量和航空攝影測量無(wú)法比擬的。例如，陸地衛星4、5，每16天可覆蓋地球一遍NOAA氣象衛星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區的圖像。

(3)取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣.人類(lèi)難以到達，如沙漠沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術(shù)特別是航天遙感可方便及時(shí)地獲取各種寶貴資料。

(4)信息的手段多信息量大。根據不同的任務(wù)，遙感技術(shù)可選用不同波段和遙感儀器來(lái)獲取信息。例如可采用可見(jiàn)光探測物體，也可采用紫外線(xiàn)紅外線(xiàn)和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性還可獲取地物內部信息。例如，地面深層，水的下層，冰層下的水體，沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。

(5)感技術(shù)所獲取信息量極大，其處理手段是人力難以勝任的。例如Landsat衛星的TM圖像一幅覆蓋185kmX185km地面面積象元空間分辨率為30m，象元光譜分辨率為28位的圖，其數據量約為6000×6000=36Mb。若將6個(gè)波段全部送人計算機其數據量為：36Mb×6=216Mb。綜上所述，采用遙感可以定期更新輸電線(xiàn)路走廊內的2D圖像信息。

達掃描(Ls)

激光雷達掃描圖像可以確定物體坐標位置和執行測量任務(wù)，并且獲得3D截面圖，實(shí)現對地面目標的三維建模.它具有精度高但成本高。不過(guò)隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展.其生產(chǎn)成本會(huì )下降。航空雷達掃描應用于輸電線(xiàn)路設備缺陷的巡檢方面、線(xiàn)路走廊附近植被管理導線(xiàn)弧垂管理等方面。

2、GIS的輸電線(xiàn)路運行與管理應用現狀

基于GIS的輸電線(xiàn)路雷電定位系統已經(jīng)在北京供電局得到了實(shí)際應用，國網(wǎng)電力科學(xué)研究元長(cháng)期以來(lái)一直在雷電定位及防護方面開(kāi)展了充分的研究積累了大量的科研經(jīng)驗和擁有一大批雷電方面的專(zhuān)家?；贕IS的輸電線(xiàn)路管理系統在國內許多電力公司得到了應用這些系統充分利用了GIS強大的地圖管理功能和數據庫功能，通過(guò)和其他數據庫的結合，實(shí)現對輸電線(xiàn)路生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的檢修、人員調度、工作規程和物資的調度的管理有效管理，節約了大量的人力和物力，提高了工作效率。

基于GIS三維可視化的輸電線(xiàn)路勘測與設計?；诙S圖像的GIS也應用在輸電線(xiàn)路的設計過(guò)程中，但是不能提供輸電線(xiàn)路走廊內地形和其他物體的高度信息，還不能實(shí)現對輸電線(xiàn)路勘測與設計進(jìn)行有效的指導?；?D—GIS的可視化技術(shù)提供輸電走廊內的高程信息，可以減少現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測所帶來(lái)的工作量，實(shí)現在電腦上進(jìn)行輸電線(xiàn)路路徑選擇和桿塔選型。

基于GIS的輸電線(xiàn)路覆冰區域劃分、污穢等級分區、烏害區域劃分和地質(zhì)災害區域分區等功能。結合地理息和歷年的氣象信息對各種自然災害和地質(zhì)災害進(jìn)行分區，并根據獲得信息對災害的區域進(jìn)行更新對自然的預警。救災具有很大的現實(shí)意義?；贕IS的輸電線(xiàn)路智能巡線(xiàn)機器人，國內已經(jīng)有許多高校和單位開(kāi)展巡線(xiàn)機器人方面的研究。2002年國家863計劃資助三家單位分別對500kV，220kV和110kV架空輸電線(xiàn)路自動(dòng)巡檢機器人進(jìn)行研究沈陽(yáng)自動(dòng)化所王洪光等人開(kāi)展500kV輸電線(xiàn)路機器人的開(kāi)發(fā)，武漢大學(xué)武功平等人開(kāi)展220kV輸電線(xiàn)路機器人的開(kāi)發(fā)?；贕IS的地圖和屬性數據庫管理功能可以進(jìn)行大量的二次開(kāi)發(fā)。如基于GIS的輸電線(xiàn)路走廊內的植被和建筑物監視基于GIS的空間負荷預測、基于GIS過(guò)電壓預測基于GIS的潮流控制。綜上所述，GIS可以應用輸電線(xiàn)路運行與管理的個(gè)環(huán)節，因而構建基于GIS的輸電線(xiàn)路或電網(wǎng)數字化電網(wǎng)或智能電網(wǎng)具有重大意義。

3、電線(xiàn)路信息的獲取方案

輸電線(xiàn)路設備信息的獲?。狠旊娋€(xiàn)路包括絕緣子桿塔金具和導線(xiàn)等信息這些信息可以和線(xiàn)路規劃與設計相關(guān)研究院和電力系統中相關(guān)單位合作取得輸電線(xiàn)路相關(guān)設備信息。輸電線(xiàn)路的運行狀態(tài)方面的信息的獲?。簢W(wǎng)電力科學(xué)研究院在線(xiàn)路運行狀態(tài)方面進(jìn)行了長(cháng)期的科研。在線(xiàn)路過(guò)電壓絕緣在線(xiàn)檢測以及風(fēng)、雨、雪、霧等微氣象條件對輸電線(xiàn)路的影響方面積累豐富的科研經(jīng)驗。另外武漢高壓研究研究對輸電線(xiàn)路方面一些難題和技術(shù)的透徹理解可以確保采集輸電線(xiàn)路運行狀態(tài)方面所需要的全面的信息。

線(xiàn)路巡視管理信息：輸電線(xiàn)路巡視是發(fā)現線(xiàn)路設備中缺陷的主要方法。而巡線(xiàn)需要兩個(gè)方面的信息：出現陷和故障的設備和這些設備的位置。

在獲取了這些信息后就可以安排人員對出現缺陷或故障的設備進(jìn)行維修?；贕IS的輸電線(xiàn)路系統可以提供缺陷設備的地理位置而現有國內輸電線(xiàn)路巡檢系統利用了GIS系統來(lái)確定故障設備的位置信息。而對故障設備的尋找可以依靠?jì)蓚€(gè)方面：一個(gè)方面還是采用傳統的人工巡線(xiàn)，另外一個(gè)方面就是采用機載雷達或巡線(xiàn)機器人，記載雷達巡線(xiàn)技術(shù)在國內外都進(jìn)行了相關(guān)的研究并有相關(guān)的應用實(shí)例.但是記載雷達巡線(xiàn)成本高并且飛行許可的取得比較難.另外飛行高度低容易出現墜機事故。相對來(lái)說(shuō)巡線(xiàn)機器人是一種比較好的方案：采用基于衛星遙感技術(shù)確定故障設備的大體區間然后采用巡線(xiàn)機器人確定故障的具體位置。采集信息處理：輸入到基于GIS輸電線(xiàn)路運行管理系統中的信息包括兩個(gè)方面：一種是來(lái)自于人工輸入的，還有一部分來(lái)自于現場(chǎng)采集的.對于那些對實(shí)時(shí)性要求較高的數據可以采取現有的衛星定位，遙感，航空雷達掃描機器人巡線(xiàn)系統和安裝線(xiàn)路上的一些測量和保護設備等采集的信息。根據這些信息就可以在GIS平臺上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

4、結語(yǔ)

輸電線(xiàn)路的規劃、設計以及運行維護與管理等需要花費大量的人力與物力去獲取線(xiàn)路地理環(huán)境。而基于GPS、遙感(Rs)和激光雷達掃描(Ls)三大技術(shù)可以方便而快捷的獲得線(xiàn)路環(huán)境及設備信息，提供了工作效率、降低了勞動(dòng)強度。采用GIS技術(shù)可以對輸電線(xiàn)路的線(xiàn)路環(huán)境信息、線(xiàn)路設備信息、線(xiàn)路運行狀態(tài)信息和線(xiàn)路巡視信息等四類(lèi)信息的采集、傳輸、存儲和處理，在次基礎上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以提供輸電線(xiàn)路的運行與管理水平，為構建智能電網(wǎng)提供技術(shù)支撐。