基于GIS的輸電線路智能化運行與管理技術

基于GIS技術的應用是建立在GPS、遙感(RS)和激光雷達掃描(Ls)三大技術的基礎上。依據這些技術可以實現二維和三維實體模型的建立。在三維可視化方面應用于線路勘測取得了一定的成果但是應用在輸電線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;巡線機器人可以采集輸電線路設備的信息，并且采集的信息具有較高的分辨力。所以系統(tǒng)分析這些技術的特點對我們構筑輸電線路運行管理系統(tǒng)并完善系統(tǒng)的功能具有很重要的指導意義。

1、GPS

全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛(wèi)星.以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經緯度和高度以便實現導航、定位、授時等功能。這項技術可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準確地沿著選定的路線準時到達目的地。

GPS定位技術具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點使其在各類大地測量控制網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路對桿塔和線路的變形、斷線和覆冰進行監(jiān)測。GPS技術所具有的全天候、高精度和自動測量的特點.作為先進的測量手段和新的生產力.可以對輸電線路中一些關鍵的設備進行定位和監(jiān)視.并且可以位巡線機器人提供位置信息。

遙感(RS)

遙感是以航空攝影技術為基礎，在本世紀60年代初發(fā)展起來的一門新興技術。開始為航空遙感，自1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后.標志著航天遙感時代的開始。經過幾十年的發(fā)展，目前遙感技術已廣泛應用于資源環(huán)境、水文、氣象地質地理等領域，成為一門實用的.先進的空間探測技術。

遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質的它根據不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各類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(wèi)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.經記錄.傳送、分析和判讀來識別地物。

遙感技術主要特點：

(1)數據資料。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達91Okm左右.從而.可及時獲取大范圍的信息。例如一張陸地衛(wèi)星圖像，其覆蓋面積可達3萬多km。

(2)取信息的速度快周期短。由于衛(wèi)星圍繞地球運轉，從而能及時獲取所經地區(qū)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行動態(tài)監(jiān)測，這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。例如，陸地衛(wèi)星4、5，每16天可覆蓋地球一遍NOAA氣象衛(wèi)星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區(qū)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特別是航天遙感可方便及時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，遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體，也可采用紫外線紅外線和微波探測物體。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(wèi)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(zhí)行測量任務，并且獲得3D截面圖，實現對地面目標的三維建模.它具有精度高但成本高。不過隨著技術的進步與發(fā)展.其生產成本會下降。航空雷達掃描應用于輸電線路設備缺陷的巡檢方面、線路走廊附近植被管理導線弧垂管理等方面。

2、GIS的輸電線路運行與管理應用現狀

基于GIS的輸電線路雷電定位系統(tǒng)已經在北京供電局得到了實際應用，國網電力科學研究元長期以來一直在雷電定位及防護方面開展了充分的研究積累了大量的科研經驗和擁有一大批雷電方面的專家。基于GIS的輸電線路管理系統(tǒng)在國內許多電力公司得到了應用這些系統(tǒng)充分利用了GIS強大的地圖管理功能和數據庫功能，通過和其他數據庫的結合，實現對輸電線路生產過程中涉及到的檢修、人員調度、工作規(guī)程和物資的調度的管理有效管理，節(jié)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路勘測與設計。基于二維圖像的GIS也應用在輸電線路的設計過程中，但是不能提供輸電線路走廊內地形和其他物體的高度信息，還不能實現對輸電線路勘測與設計進行有效的指導。基于3D—GIS的可視化技術提供輸電走廊內的高程信息，可以減少現場進行實地勘測所帶來的工作量，實現在電腦上進行輸電線路路徑選擇和桿塔選型。

基于GIS的輸電線路覆冰區(qū)域劃分、污穢等級分區(qū)、烏害區(qū)域劃分和地質災害區(qū)域分區(qū)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災害進行分區(qū)，并根據獲得信息對災害的區(qū)域進行更新對自然的預警。救災具有很大的現實意義?；贕IS的輸電線路智能巡線機器人，國內已經有許多高校和單位開展巡線機器人方面的研究。2002年國家863計劃資助三家單位分別對500kV，220kV和110kV架空輸電線路自動巡檢機器人進行研究沈陽自動化所王洪光等人開展500kV輸電線路機器人的開發(fā)，武漢大學武功平等人開展220kV輸電線路機器人的開發(fā)?；贕IS的地圖和屬性數據庫管理功能可以進行大量的二次開發(fā)。如基于GIS的輸電線路走廊內的植被和建筑物監(jiān)視基于GIS的空間負荷預測、基于GIS過電壓預測基于GIS的潮流控制。綜上所述，GIS可以應用輸電線路運行與管理的個環(huán)節(jié)，因而構建基于GIS的輸電線路或電網數字化電網或智能電網具有重大意義。

3、電線路信息的獲取方案

輸電線路設備信息的獲取：輸電線路包括絕緣子桿塔金具和導線等信息這些信息可以和線路規(guī)劃與設計相關研究院和電力系統(tǒng)中相關單位合作取得輸電線路相關設備信息。輸電線路的運行狀態(tài)方面的信息的獲取：國網電力科學研究院在線路運行狀態(tài)方面進行了長期的科研。在線路過電壓絕緣在線檢測以及風、雨、雪、霧等微氣象條件對輸電線路的影響方面積累豐富的科研經驗。另外武漢高壓研究研究對輸電線路方面一些難題和技術的透徹理解可以確保采集輸電線路運行狀態(tài)方面所需要的全面的信息。

線路巡視管理信息：輸電線路巡視是發(fā)現線路設備中缺陷的主要方法。而巡線需要兩個方面的信息：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行維修。基于GIS的輸電線路系統(tǒng)可以提供缺陷設備的地理位置而現有國內輸電線路巡檢系統(tǒng)利用了GIS系統(tǒng)來確定故障設備的位置信息。而對故障設備的尋找可以依靠兩個方面：一個方面還是采用傳統(tǒng)的人工巡線，另外一個方面就是采用機載雷達或巡線機器人，記載雷達巡線技術在國內外都進行了相關的研究并有相關的應用實例.但是記載雷達巡線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。相對來說巡線機器人是一種比較好的方案：采用基于衛(wèi)星遙感技術確定故障設備的大體區(qū)間然后采用巡線機器人確定故障的具體位置。采集信息處理：輸入到基于GIS輸電線路運行管理系統(tǒng)中的信息包括兩個方面：一種是來自于人工輸入的，還有一部分來自于現場采集的.對于那些對實時性要求較高的數據可以采取現有的衛(wèi)星定位，遙感，航空雷達掃描機器人巡線系統(tǒng)和安裝線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平臺上進行二次開發(fā)。

4、結語

輸電線路的規(guī)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)三大技術可以方便而快捷的獲得線路環(huán)境及設備信息，提供了工作效率、降低了勞動強度。采用GIS技術可以對輸電線路的線路環(huán)境信息、線路設備信息、線路運行狀態(tài)信息和線路巡視信息等四類信息的采集、傳輸、存儲和處理，在次基礎上進行開發(fā)，可以提供輸電線路的運行與管理水平，為構建智能電網提供技術支撐。