基于GIS的輸電線路智能化運(yùn)行與管理技術(shù)

基于GIS技術(shù)的應(yīng)用是建立在GPS、遙感(RS)和激光雷達(dá)掃描(Ls)三大技術(shù)的基礎(chǔ)上。依據(jù)這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)二維和三維實(shí)體模型的建立。在三維可視化方面應(yīng)用于線路勘測取得了一定的成果但是應(yīng)用在輸電線路設(shè)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(jī)載雷達(dá)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(jī)器人可以采集輸電線路設(shè)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(shù)的特點(diǎn)對(duì)我們構(gòu)筑輸電線路運(yùn)行管理系統(tǒng)并完善系統(tǒng)的功能具有很重要的指導(dǎo)意義。

1、GPS

全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆衛(wèi)星.以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線準(zhǔn)時(shí)到達(dá)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)使其在各類大地測量控制網(wǎng)的加強(qiáng)改造和建立以及在公路工程測量和大型構(gòu)造物的變形測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然也可以對(duì)輸電線路對(duì)桿塔和線路的變形、斷線和覆冰進(jìn)行監(jiān)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(duì)輸電線路中一些關(guān)鍵的設(shè)備進(jìn)行定位和監(jiān)視.并且可以位巡線機(jī)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(chǔ)，在本世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。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(biāo)志著航天遙感時(shí)代的開始。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門實(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探測地面物體性質(zhì)的它根據(jù)不同物體對(duì)波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，識(shí)別地面上各類地物具有遙遠(yuǎn)感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機(jī)飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息.經(jīng)記錄.傳送、分析和判讀來識(shí)別地物。

遙感技術(shù)主要特點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)資料。遙感用航攝飛機(jī)飛行高度為10km左右陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達(dá)91Okm左右.從而.可及時(shí)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(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)，從而能及時(shí)獲取所經(jīng)地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，這是人工實(shí)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(dá)，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(jù)不同的任務(wù)，遙感技術(shù)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(duì)物體不同的穿透性還可獲取地物內(nèi)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(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(shù)據(jù)量約為6000×6000=36Mb。若將6個(gè)波段全部送人計(jì)算機(jī)其數(shù)據(jù)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(nèi)的2D圖像信息。

達(dá)掃描(Ls)

激光雷達(dá)掃描圖像可以確定物體坐標(biāo)位置和執(zhí)行測量任務(wù)，并且獲得3D截面圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)的三維建模.它具有精度高但成本高。不過隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展.其生產(chǎn)成本會(huì)下降。航空雷達(dá)掃描應(yīng)用于輸電線路設(shè)備缺陷的巡檢方面、線路走廊附近植被管理導(dǎo)線弧垂管理等方面。

2、GIS的輸電線路運(yùn)行與管理應(yīng)用現(xiàn)狀

基于GIS的輸電線路雷電定位系統(tǒng)已經(jīng)在北京供電局得到了實(shí)際應(yīng)用，國網(wǎng)電力科學(xué)研究元長期以來一直在雷電定位及防護(hù)方面開展了充分的研究積累了大量的科研經(jīng)驗(yàn)和擁有一大批雷電方面的專家?；贕IS的輸電線路管理系統(tǒng)在國內(nèi)許多電力公司得到了應(yīng)用這些系統(tǒng)充分利用了GIS強(qiáng)大的地圖管理功能和數(shù)據(jù)庫功能，通過和其他數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路生產(chǎn)過程中涉及到的檢修、人員調(diào)度、工作規(guī)程和物資的調(diào)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(shè)計(jì)?；诙S圖像的GIS也應(yīng)用在輸電線路的設(shè)計(jì)過程中，但是不能提供輸電線路走廊內(nèi)地形和其他物體的高度信息，還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路勘測與設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的指導(dǎo)。基于3D—GIS的可視化技術(shù)提供輸電走廊內(nèi)的高程信息，可以減少現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘測所帶來的工作量，實(shí)現(xiàn)在電腦上進(jìn)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(jí)分區(qū)、烏害區(qū)域劃分和地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域分區(qū)等功能。結(jié)合地理息和歷年的氣象信息對(duì)各種自然災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分區(qū)，并根據(jù)獲得信息對(duì)災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行更新對(duì)自然的預(yù)警。救災(zāi)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。基于GIS的輸電線路智能巡線機(jī)器人，國內(nèi)已經(jīng)有許多高校和單位開展巡線機(jī)器人方面的研究。2002年國家863計(jì)劃資助三家單位分別對(duì)500kV，220kV和110kV架空輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人進(jìn)行研究沈陽自動(dòng)化所王洪光等人開展500kV輸電線路機(jī)器人的開發(fā)，武漢大學(xué)武功平等人開展220kV輸電線路機(jī)器人的開發(fā)?；贕IS的地圖和屬性數(shù)據(jù)庫管理功能可以進(jìn)行大量的二次開發(fā)。如基于GIS的輸電線路走廊內(nèi)的植被和建筑物監(jiān)視基于GIS的空間負(fù)荷預(yù)測、基于GIS過電壓預(yù)測基于GIS的潮流控制。綜上所述，GIS可以應(yīng)用輸電線路運(yùn)行與管理的個(gè)環(huán)節(jié)，因而構(gòu)建基于GIS的輸電線路或電網(wǎng)數(shù)字化電網(wǎng)或智能電網(wǎng)具有重大意義。

3、電線路信息的獲取方案

輸電線路設(shè)備信息的獲取：輸電線路包括絕緣子桿塔金具和導(dǎo)線等信息這些信息可以和線路規(guī)劃與設(shè)計(jì)相關(guān)研究院和電力系統(tǒng)中相關(guān)單位合作取得輸電線路相關(guān)設(shè)備信息。輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)方面的信息的獲?。簢W(wǎng)電力科學(xué)研究院在線路運(yùn)行狀態(tài)方面進(jìn)行了長期的科研。在線路過電壓絕緣在線檢測以及風(fēng)、雨、雪、霧等微氣象條件對(duì)輸電線路的影響方面積累豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。另外武漢高壓研究研究對(duì)輸電線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路運(yùn)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(xiàn)線路設(shè)備中缺陷的主要方法。而巡線需要兩個(gè)方面的信息：出現(xiàn)陷和故障的設(shè)備和這些設(shè)備的位置。

在獲取了這些信息后就可以安排人員對(duì)出現(xiàn)缺陷或故障的設(shè)備進(jìn)行維修。基于GIS的輸電線路系統(tǒng)可以提供缺陷設(shè)備的地理位置而現(xiàn)有國內(nèi)輸電線路巡檢系統(tǒng)利用了GIS系統(tǒng)來確定故障設(shè)備的位置信息。而對(duì)故障設(shè)備的尋找可以依靠兩個(gè)方面：一個(gè)方面還是采用傳統(tǒng)的人工巡線，另外一個(gè)方面就是采用機(jī)載雷達(dá)或巡線機(jī)器人，記載雷達(dá)巡線技術(shù)在國內(nèi)外都進(jìn)行了相關(guān)的研究并有相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例.但是記載雷達(dá)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(xiàn)墜機(jī)事故。相對(duì)來說巡線機(jī)器人是一種比較好的方案：采用基于衛(wèi)星遙感技術(shù)確定故障設(shè)備的大體區(qū)間然后采用巡線機(jī)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(yùn)行管理系統(tǒng)中的信息包括兩個(gè)方面：一種是來自于人工輸入的，還有一部分來自于現(xiàn)場采集的.對(duì)于那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)可以采取現(xiàn)有的衛(wèi)星定位，遙感，航空雷達(dá)掃描機(jī)器人巡線系統(tǒng)和安裝線路上的一些測量和保護(hù)設(shè)備等采集的信息。根據(jù)這些信息就可以在GIS平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)。

4、結(jié)語

輸電線路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行維護(hù)與管理等需要花費(fèi)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(dá)掃描(Ls)三大技術(shù)可以方便而快捷的獲得線路環(huán)境及設(shè)備信息，提供了工作效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。采用GIS技術(shù)可以對(duì)輸電線路的線路環(huán)境信息、線路設(shè)備信息、線路運(yùn)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(chǔ)和處理，在次基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，可以提供輸電線路的運(yùn)行與管理水平，為構(gòu)建智能電網(wǎng)提供技術(shù)支撐。