关键词：架空输电线路；三维数字化设计；技术分析
引言
随着经济的快速发展，架空输电线路日益复杂密集，通道等资源紧张的趋势越来越明显，如何合理、高效地进行线路设计是摆在电力设计人员面前的新课题。近年来，国家电网公司开始逐步推动输变电三维数字化建设工作，完成了输变电工程三维设计系列技术标准，并规范了三维数字化软件平台的基本功能。外部环境的变化和行业发展的需要迫使现有的设计模式和手段必须加以改变，构建适应新设计模式的输电线路三维数字化设计平台迫在眉睫。
1三维数字化设计发展现状
随着输变电工程建设内外部环境不断变化及建设难度的增加，设计竞争变得日趋激烈，这就迫切要求电网设计单位采用更先进的技术来解决好路径规划、可研选线，设计、施工及运行中涉及到诸多相关的因素。基于上述考虑开发的三维数字化设计协同工作系统，可提升输变电工程数字化协同设计手段，整合各专业现有的各类资源，推进信息化管理和数据共享，实现输变电工程的三维虚拟展示和信息一体化，并达到提高设计质量、推动设计技术进步、构建数字化电网、服务全寿命周期过程管理的目的。输变电工程三维设计是基于工程信息、地理信息数据，通过三维建模技术、数字化协同设计技术的集成应用，完成输变电工程的三维可视化设计和信息一体化的技术，与传统二维设计模式相比，三维设计模式更加直观、方便，可进行空间碰撞检查、电气距离校验等，更利于专业间协同设计，各种工程量、材料统计和报送，确保数据唯一性和准确性。可完成自动化设计、计算分析等功能。支撑模拟施工、数字工地、运检智能管控系统等后期应用。
2存在的问题
a.没有对数字化设计技术内涵深入理解，传统设计影响较深，认为三维数字化就是一个展示功能，思想观念还停留在二维设计阶段。
b.没有对三维设计流程进行深入研究，不理解“协同”思想，没有实现全专业、全过程的设计协同，不能最大限度地进行资源利用，效率低下。
c.投入不足，与数字化需求相协调的数据中心及其软硬件配套设施不齐全。
d.完全依靠软件公司进行平台建设及开发，不能适应自身发展需求。
e.数字化主要应用模块功能基本完善，但用户应用层操作复杂，建模效率低下，这是制约数字化应用的最大障碍。
3三维设计关键技术分析
3.1建立架空输电线路设计数据库
架空输电线路数据库包括基础地理数据、前期专题数据、电源电网数据、勘测成果数据、三维模型数据、线路成果数据和工程项目数据。根据业务流程对数据进行整合，实现不同数据之间的协同操作，并形成设计成品的数字化。同时，考虑线路外业工作多的特点，建设分布式轻量数据库外地出差无法快速调用的问题，方便设计人员完成架空输电线路设计。
3.2勘测业务流程
勘测业务由测量、水文、地质等基础业务组成，勘测业务的内容主要集中在基础数据收资、外业数据测量、基础文件和成品文件的输入等方面，勘测业务的主要流程其实主要是根据各工程提交的勘测任务书开展外业测量和收资工作，并将工作成果整理提交给其他专业，其简要流程步骤说明如下：
a.项目启动，明确外业工作内容、工作量和工作方法等，项目启动会也可能在草拟勘测任务书阶段召开。
b.准备工程相关的资料、文件和数据，准备进行外业工作。
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c.外业勘测的工作成果进行整理后，经审核批准后形成成果文档，包括设计成品验收单、设计交接资料提供单、各类图纸报告、地形图等，其中，设计交接资料提供单主要用于勘测各专业向其他专业提资。
3.3功能完善的三维设计软件支撑
现行电力设计院三维软件开发尚未完善，目前主要依靠市场三维设计软件，经调研，国内商业三维设计软件存在软件运行不流畅、智能化不足、软件兼容程度低、测量数据输入复杂等问题。为充分发挥三维数字化设计优势，应从以下方面实施完善。
a.设计平台一体化。数字化设计平台可以将不同专业的设计软件及应用系统进行集成，通过集成实现信息共享，通过集成实现计算、绘图一体化，通过集成实现“所见即所得”，保证设计质量。在商业平台的基础上，必须通过自身的二次开发，不断完善软件功能，全面解决软件运行不流畅、兼容程度低等问题，不断改进管理机制才能满足未来工程数字设计需求及全寿命周期管理的需求。
b.全专业设计协同。深化全属性的三维模型（模型形体、设计属性、后台数据库）的协同设计，并实现全过程的在线式三维校审。
c.大数据与智能化。具备海量数据处理和数据挖掘能力。将人工智能引入数字化设计平台，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计智能化的目的。
3.4多源基础数据整合
架空输电线路工程空间跨度大,对地理空间信息的依赖很强，需要大量的空间基础数据。一方面集成现有GIS平台，实现数据的互连互通，利用积累的地理信息辅助线路设计。另一方面，可以充分利用公共地理信息平台数据，目前公共地理信息平台有免费的清晰卫星影像资源共享，主要有GoogleEarth、奥维地图、微软Bing地图、ArcGIS地图、天地图、91助手等。这些数据的时效性、精度等级、更新程度各方面都较以前有很大提升，平台建设可以充分利用这些资源，及时更新基础数据。
3.5工程地理信息数据获取手段
航空摄影测量（无人机系统约60万元左右）、倾斜摄影（倾斜摄影相机30万元左右，无人机系统60万元左右）、激光雷达（一套雷达设备150～800万元，其需租赁大型飞机）工作时需申请空域，实施过程相对繁琐，空域申请费用在3～5万元，且所获得数据内业处理时间较长。
传统人工测量（GPS设备2套约20万元左右）方法不可能获取特详细地形信息资料，可采用卫片数据+人工测量模式进行，该模式外业数据采集受自然环境影响、天气情况影响较大，外业时间相对较长，内业时间较航测方法较短。
通过综合经济技术对比，建议平原地形线路，采用卫片数据+人工测量方式；山地或丘陵地形线路，采用航测方法。针对通道清理量大、走廊紧张、建筑物较多（城区）等特殊地段采用倾斜摄影方式；针对植被相对茂密、重要交叉跨越等特殊地段采用激光雷达方式；植被较少区域可采用航空摄影测量（无人机搭载单镜头相机）。
全站仪较为轻便，方便携带，测量速度较快，测量精度可满足施工图深度要求，是目前测量线高的主要手段，但三维还原效果较差，且跨越点变化时，需要重新测量，增加时间和人力成本。
地面激光扫描仪测量精度高，超高速的扫描可减少外业时间，可以逼真还原现场场景，同一档内跨越，跨越点变化时无需重新测量，节省时间和人力。此外，用于山区塔基地形测量时，可极大的提高工作效率。但由于地面激光扫描仪尚未完全实现小型化、轻量化，且设备费用昂贵，因此实际工程实用时受到很大限制。
结语
架空输电线路三维数字化设计平台将工程中各环节信息进行融合，打破信息孤岛，实现全专业、全过程信息共享及协同化设计,提高线路设计的智能化和集成性，提升工程设计质量和效率。
参考文献
[1]于跃，王彦峰，许亮，等.基于GIS的架空输电线路路径智能优选研究[J].地理空间信息，2016，14(11)：44-46+9.
[2]许冬，王树东，侯瑞国.公共地理信息平台在电力勘测中的应用[J].电力勘测计，2017(5)：221-225.
论文作者:郑宗熙,
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
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