摘要：笔者从事GIS技术应用相关的工作，在实践工作中，以在电网规划设计三维GIS技术应用为研究对象，设计实现面向电网规划设计为三维GIS可视化系统，结合实际案例进行分解系统功能，详细分析了系统运行时的作业流程。
关键词：三维GIS；电网规划设计；作业流程；可视化系统
引言
众所周知，电网规划设中，输电线路走向必然会被区域复杂地理条件制约，直线距离较长，与通讯线路和众多电力线路交叉跨越，并经常通过公园和居民区以及其他特殊地区。输电线路和塔的位置与地理位置联系紧密，特别是在垂直方向的信息十分重要，这使得原来作用的二维地理信息系统不能满足管理的需要。近些年，随着计算机硬件性能和计算机图形学的发展，使得日益完善的三维表现技术，在规划设计中应用越来越广泛，通过使用这些技术，构建更接近现实的三维表面模型和各种各样的设备模型，GIS系统也从二维发展成三维。
1、系统架构
1.1开发模式
输电线路的三维可视化的辅助设计软件开发系统模型采用三层架构：支撑使用开放的数据结构、使用工业行业标准的基础GIS软件；在此基础上，采用二次开发的专业平台；在专业平台之上，开发各种高级应用程序。这是一种很好隔离高级和底层基础设施的好方法，既减少了开发上的难度，又提高了基础地理数据和公共数据库的利用率。此开发系统的广泛应用对专业的工作平台，提出了较高要求：这不仅具有GIS的专业知识，亦需要输电线路勘测设计专业的知识和技术，以全面的了解整个输电线路。
1.2软件体系结构
输电线路的三维可视化辅助设计系统使用自底向上的四层次软件体系结构（如图1）。此类体系是在现有的硬件和软件技术的体系结构与系统需求因素为基础建立起来的，充分体现系统性的软件架构设计的可伸缩性，是一组具有高重用度、面向视觉输电线路设计的软件架构。（见：软件图析架构示意图）
（1）专业应用层：专业的应用程序层构成了与用户和辅助设计系统交互界面，包括各种视觉传输线的设计、数据管理、设计、查询、图表输出和其他功能。
（2）模型对象层：主要功能是多个数据源的地理数据转变成一个单独的、基于数据模型、综合对象，进而有效地解决多个数据源多个GIS数据类型的问题。在模型对象层，设置代表输电线路上的电力器件对象、立体建模的地物对象和三维场景中的地形以及覆盖在地形上的矢量对象，
（3）数据层：在数据层中，使用基于文件系统的数据库和关系数据库形成基础系统数据库，由关系数据库管理系统的属性数据，由文件系统的管理空间数据。考虑到三维GIS中查询空间数据以及显示和分析的特殊要求，对于管理空间数据的文件系统需要进行多种优化。
（4）转换通信层：转换通信层两个子层转换的通信和数据、各种物理层屏蔽通信介质的不同，网络通信协议之间的通信的建立，提供了数据转换层的统一数据格式；数据转换层负责数据分类，不同的子系统之间的转换到其他数据库通信层、数据层在后；电力行业和实现数据共享。
1.3构建系统构架原则
（1）稳定可靠：系统运行的最基本要求是可靠性和稳定性。作为一个大型信息系统，输电线路三维可视可视化辅助设计系统协调通信十分复杂，在发生损失或系统崩溃时就会导致更严重的损失、浪费大量的人力物力等资源，甚至对正常的生产活动造成影响，因此，必须充分考虑系统的各个方面，以确保系统的稳定性。
（2）可扩展性原则：输电线路三维可视化辅助设计系统投资比较大，且系统的结构比较复杂，在比较短的开发周期，难以满足所需的功能需求，如何确保资源的可持续利用，确保系统能适应组织调整、适应因流程重组、适应新的功能需求带来的需求变化，也起到指导系统的开发设计。
（3）运行高效：如果操作效率很低，即使系统功能齐全，最终实用化也不会得到实现。由于输电线路数据可视化辅助设计系统数据比较多，确保选择的三维GIS平台具有良好的性能和数据加载方法，除了以上手段之外，也需要良好的控制需求，避免出现系统功能的冗余。
（4）开放性：输电线路三维可视化辅助设计系统为了实现平稳的“对接”其他专业软件，有必要在设计时要确保足够的开放，具有良好的应用程序编程接口和遵循行业标准，确保协调处理各个模块之间的数据共享。
2、系统数据分析
2.1基础地理数据
地球表面自然特征和文化特征错综复杂、形状各异、关系密切，经过简化后，地球表面特征可以用以下四个类别数据表达。即：影像数据、属性数据、数字线划数据（DLG）、数字高程模型（DEM）。
GIS数据可以由现场数据采集、摄影测量、地图数字化、遥感图像处理等多种方式来获得，在建立系统时综合利用上述手段，来解决这个问题。对输电线路的核心地区可以通过使用航空影像经处理生成DOM和DEM等基础数据，走廊规划可以购买区域高分辨率遥感卫星图像遥感软件处理获取三维GIS系统的基本地理数据。
2.2专题数据
输电线路三维可视化辅助设计系统不仅要有输变电设备的高程信息、坐标，还要有设备的空间形状和各种属性信息。输变线路数据包括变电、输电设备和电厂升压站的数据。发电厂升压站：名称、类型、目的、发电厂的位置，升压站三维模型框架、经度和纬度坐标以及高程；变电站数据：变电站和开关站的名称，电压等级，其中三维框架模型和全景图的性质，构架经纬度坐标、间隔名称、高程和相序；电力传输设备：传输线数的名称，设计电路、气象条件、污染区线的属性，所有输电杆塔的三维实体模型，具体位置的塔的高度和坐标的三维固体绝缘子串及各种属性信息、结构、安全系数、线式和控制各种属性信息资讯。
3、系统功能用例设计
3.1基本功能模块
输电线路三维可视化设计系统的总体功能模块包括档案信息查询、三维基本功能、数据更新与维护、辅助设计功能和权限安全管理。
3.2三维高级功能
（1）通过建立智能规划、矢量地理信息、设置障碍物缓冲半径，系统可以自动选择几个线路路径，分析输电线路对农田、村庄和工厂矿山的影响，在这个交互设计的过程中，控制电路不良地质和特殊地质等灾害地质或关键设备必须绕避控制点发出警告信息等等。
（2）二、三维互联智能排塔定位。该系统开发独立排塔定位模块，要求系统在二维平面、三维场景、排塔定位模块等窗口联动操作。
（3）走廊内的三维场景快速建模。三维场景和排塔定位模块平断面地物密切相关，也就是通过现场描绘和定位后，线路走廊的范围内桥梁和房屋等可以作为矢量数据集读取到三维场景，以便于进行测量空间。
（4）相关的电气校准、计算。电子计算和检查包括：“交叉跨越距离计算”，“塔中心位移”、“双回路塔调整板计算”，“双联悬垂串长调整计算”，“耐张塔跳线计算”，“直线塔导线风偏计算”“导线风偏对障碍物距离验算”等。
（5）三维金具组装制图设计。在三维实体的各种硬件系列进行组装、拆分等模拟，材料消耗统计和编辑视图函数的字符串，可以完成材料统计、尺寸计算、重量计算、三维标注、任意角度的三维显示和打印出图等工作，还可以输出两配件装配图纸；允许在任何时间修改和补充配件装配数据库和图形文件的内容编辑工作，以及编辑对金具部件的部分信息等工作。
4、结束语
输电线路三维可视化辅助设计系统有大量的信息，其最基本的测绘成果，属于国家机密，基础地理数据的高精度多少会增加损失和泄密的风险，所以在集成平台中 应该尽量避免涉及秘密的分类基础地理数据，并加强基础地理数据机密性的管理。三维GIS技术在电网规划设计中广泛使用，亦存在不足之处，还需要在日后的实践运用中不断完善提高。以上是笔者的个人观点，不足之处望亟盼。
参考文献：
[1]戴少华.探索电网规划设计的关键问题与技术[J].《城市建筑》.2014（06）
[2]严匡海.电网规划设计研究中的关键问题分析[J].《四川水泥》.2016（08）
论文作者:王雷
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/16
标签：数据论文; 系统论文; 线路论文; 辅助设计论文; 电网论文; 规划设计论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第17期论文;