基于gis空间信息的输电工程选址选线方法
【专利摘要】一种基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，根据变电站待选区域坐标和线路设计终点对变电站及线路进行一体化优化，所述方法包括以下步骤：1)变电站站址待选区域的网格化；2)变电站站址不可行区域的排除；3)站址地块的线路初始路径自动生成；4)基于GIS的变电站线路初步方案自动排序；5)现场勘查验证优化线路路径；6)统计变电站线路待比较方案；7)技经比较及结果输出。本发明基于GIS空间信息提供一种站址选择与线路路径一体化的优化方法，解决了当前人工选择站址及线路路径的困难，实现了变电站站址自动选择排序、路径自动生成、路径长度、转角个数统计、线路复杂地形判断、技经比较等功能。
【专利说明】基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及变电站选址及线路优化【技术领域】，具体地说是一种基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法。
【背景技术】
[0002]变电站工程选址和对应线路的路径选择是变电站站内设计与线路详细设计的基础，也决定了变电站及线路的投资建设费用。
[0003]已有电网规划与设计中，变电站站址选择属于规划内容，而线路路径选择属于电网设计内容，由于电网规划与设计在工作流程上属于两个前后衔接的流程，其中极少有交叉，故传统的做法是首先确定变电站站址，在变电站选址确定之后再将变电站站址作为线路路径的一个端点进行线路路径设计。这种方法将变电站与线路作为两个独立的设计内容，导致在已经选定的变电站站址基础上，其对应的路径走廊地理条件差，路径设计投资费用增加，整体的经济性并不是最优。有必要将变电站选址与线路路径设计作为一个整体性工作统一起来进行考虑，以便得到整体经济性最优的设计方案。
[0004]当前实际工作中，变电站优化选址属于规划阶段的工作，实际站址选择仅根据地图信息在一个较大范围内确定若干个可选的站址，然后经由勘测人员对现场进行勘踏，在有限个可选站址中确定一个最优站址。同样，在输电线路设计中，路径优化首先是由设计人员在室内选线，经过现场踏勘后，重新调整并形成最终路径。也就是说传统变电站可选站址的确定以及线路路径的室内初步设计均是在纸质地图上完成的，由于大部分地图对地形地貌、尤其是地物高程信息的缺失，往往在经由地图选址选线的过程中未能将所有可行的站址和线路路径完全包括，导致最终选择的站址不是最优位置，造成变电站建设、线路投资费用大幅增加，或者致使室内选线并不准确，甚至误差很大。由于缺乏完整的地理信息，在确定变电站站址和进行室内选线的基础上，必须进行现场踏勘，收集站址地形、地物、高程等信息，以及沿线路径的资料，并以此为依据，对站址或路径进行修改或选择。这样造成整个规划与设计过程耗费的时间较长，结果不够理想，难以满足电网建设需求。
[0005]精准的变电站选址以及线路路径选择往往需要大量的地理信息资料支撑，且选择范围涵盖较大区域面积，海量的待选区域地理信息显然更适合结合GIS (地理信息系统)，利用计算机处理大量信息，以期得到优选的变电站站址和线路路径，GIS信息的全面应用不但能保证选址的准确性，且能减少勘查人员的工作量。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提供了一种基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其通过对变电站及线路进行一体化优化，采用GIS空间信息自动完成变电站站址和线路路径的综合最优。
[0007]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:根据变电站待选区域坐标和线路设计终点对变电站及线路进行一体化优化，所述方法包括以下步骤:
[0008]I)变电站站址待选区域的网格化:以规划部门初步确定的站址位置为中心，确定变电站站址待选区域，以待建变电站的占地面积为单位将区域划分为若干方格；
[0009]2)变电站站址不可行区域的排除:读取每个方格的站址否决GIS条件，如果有否决条件，则该方格地块判定为变电站站址不可行地块；
[0010]3)站址地块的线路初始路径自动生成:将可行的变电站站址作为线路的一个端点，根据预先提供的线路另一确定端点的信息，在确定线路起点与终点的基础上，可基于网格化GIS与Dijkstra算法完成输电线路路径的自动生成，并进行自动生成线路路径长度、转角数量及与已有线路交叉情况的统计数据；
[0011]4)基于GIS的变电站线路初步方案自动排序:将每一个变电站待选站址和所对应的一条初始路径形成一个变电站线路方案，通过综合每个方案中的变电站站址GIS信息并结合对应初始路径的统计数据信息，运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序；
[0012]5)现场勘查验证优化线路路径:在变电站线路方案自动排序的基础上，挑选排名最高的若干个变电站线路方案，通过站址及初始路径沿线现场勘查和勘测信息进行验证、优化线路路径；
[0013]6)统计变电站线路待比较方案:统计所有验证、优化后的变电站线路方案，得到待比较的变电站线路方案集合；
[0014]7)技经比较及结果输出:现场勘查勘测之后，可以计算得到每个方案的站址地块及对应优化路径的直接费用，对于与GIS相关的不易量化的部分指标，建立相关费用与总建设费用的比例系数，给出地块及对应路径间接费用换算系数，通过计算直接费用与间接费用的和，比较地块及对应线路总体的经济性，费用最小的地块及对应优化路径作为推荐的变电站站址和线路路径输出。
[0015]进一步地，所述站址否决GIS条件包括河流、山川、不可拆迁建筑物、地下光缆管道及地下文物矿藏等地理面貌。
[0016]进一步地，运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序的条件包括:进站道路建设、工程地质、施工条件等变电站工程建设条件，进出线路长度、进出线路转角数量、进出线路与其他线路的交叉情况等线路影响条件，通信影响、民房情况、临近设施影响等周边影响因素，水文条件、水文地质情况、站区排水情况等水文情况，以及其他地形地貌因素。
[0017]进一步地，在现场勘查验证优化线路路径过程中，结合沿线地下矿藏及文物信息、地质条件、复杂地形卫片、城市规划要求以及现场勘测的沿线地面高程数据结果，进一步剔除不可行的变电电线路方案、或对各初始路径进行优化修改，得到优化路径。
[0018]进一步地，所述基于网格化GIS与Dijkstra算法完成输电线路路径的自动生成过程包括以下步骤:
[0019]I)将路径的起点与终点分别标记为s和e ;
[0020]2)将路径起点s设为T节点；
[0021]3)将T节点标记为“永久”，并更新连通节点的状态记录；
[0022]4)识别与s连通且综合权重最小的临时节点，将其设置为T节点，直至T节点为终点e为止，否则继续更新连通节点的状态记录；
[0023]5)根据各节点连通关系与状态记录表中的信息，从终点e开始记录其前序节点，直至记录到起点S ;
[0024]6)根据上一步的记录结果，可形成起点s到终点e的初始路径。
[0025]进一步地，本发明所述的方法还包括复杂地形的判别步骤:调用复杂地形处的卫片查看该处地形条件，并通过结合实地现场勘查结果与卫片信息，可对线路路径进行优化。
[0026]本发明的有益效果是:本发明基于GIS空间信息提供了一种站址选择与线路路径一体化的优化方法，解决了当前人工选择站址及线路路径的困难，它将实际地形地貌信息、地物及高程信息、现有电力网络信息等与GIS空间信息相结合，通过建立于GIS信息之上的变电站站址优化选择方法和线路路径优化方法，实现了变电站站址自动选择排序、路径自动生成、路径长度、转角个数统计、线路复杂地形判断、技经比较等功能。
[0027]本发明具有以下特点:
[0028]1、本发明所述方法将电网规划与设计有机地结合于一体，通过融合规划阶段的变电站选址工作和设计阶段的线路路径优化工作，并对该一体化工作进行综合评价和比较，得到最优的电网规划设计结果。
[0029]2、本发明所述方法中变电站站址选择和线路设计中的相关信息均基于统一的GIS系统之上，通过加载影响变电站地址选择及线路路径生成的地理及空间信息，同时完成变电站选址和线路设计工作。
[0030]3、变电站及线路方案比较使用层次分析法，以对影响变电站线路初始方案的各类不同因素设置权重的方式建立不同量纲之间的统一度量。权重系数经多名设计专家和专业人员通过实践得出，能够反映实际各因素对方案的影响程度。本发明所述方法将变电站设计专家和专业人员的选站选线经验值量化，获得全面有效的评价体系。
[0031]4、线路路径生成后，可通过人工勘测，补充GIS所不能包含的其他信息，利于更好的判别沿路径的地形复杂性，方便设计人员调取该区段的卫片，线路设计人员可依据GIS信息、勘测信息、卫片信息对路径进行人工修正，形成优化路径。
[0032]5、线路优化路径生成后，可根据GIS地理及电网网架信息，完成线路长度、转角个数、与已有线路以及待建线路的交叉情况等的统计数据。
[0033]6、现场勘测更有效率。进行现场勘测的地块和初始路径均为地理信息上可行，通过勘测信息补充GIS信息中无法包含的地下矿产、地质结构、地块内各勘测点的地面高程、可能产生的拆迁或补偿等信息，结合勘察结果尽心验证优化变电站线路方案。本发明所述方法提高了现场勘查的效率，也避免了勘查后地块不可用的情况。
[0034]7、通过技经比较确定最终结果。本发明所述方法将变电站选址与线路路径生成作为一个整体考虑，每一站址和对应的一条线路路径综合形成一个具体的变电站线路选址选线方案，通过技经分析比较多方案综合费用，在技术上可行的基础上选取综合费用最低的方案，避免了单独进行站址选择或线路路径设计可能造成的局部最优情况，选择过程更加科学严谨。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0036]图1为本发明的方法流程图；[0037]图2为本发明采用Dijkstra算法自动生成线路路径的方法流程图；
[0038]图3为本发明影响输电线路建设难度大小的环境因素递阶层次模型；
[0039]图4为本发明的路径区域选择示意图；
[0040]图5为本发明的网格标号示意图；
[0041]图6为本发明的网格连通示意图；
[0042]图7为本发明的转角个数统计示意图；
[0043]图8为本发明的初始路径优化示意图；
[0044]图9为本发明的复杂地形判断示意图。
【具体实施方式】
[0045]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0046]如图1所不,本发明的一种基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法,它根据变电站待选区域坐标和线路设计终点对变电站及线路进行一体化优化，包括以下步骤。
[0047]I)变电站站址待选区域的网格化:以规划部门初步确定的站址位置为中心，确定变电站站址待选区域(输入区域边界点坐标)，以待建变电站的占地面积为单位将区域划分为若干方格。
[0048]2)变电站站址不可行区域的排除:读取每个方格的站址否决GIS条件，如果有否决条件，则该方格地块判定为变电站站址不可行地块；所述站址否决GIS条件包括河流、山川、不可拆迁建筑物、地下光缆管道及地下文物矿藏等地理面貌。
[0049]3)站址地块的线路初始路径自动生成:将可行的变电站站址作为线路的一个端点，根据预先提供的线路另一确定端点的信息，在确定线路起点与终点的基础上，可基于网格化GIS与Dijkstra算法完成输电线路路径的自动生成，并进行自动生成线路路径长度、转角数量及与已有线路交叉情况的统计数据。
[0050]4)基于GIS的变电站线路初步方案自动排序:将每一个变电站待选站址和所对应的一条初始路径形成一个变电站线路方案，通过综合每个方案中的变电站站址GIS信息并结合对应初始路径的统计数据信息，运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序；运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序的条件包括:变电站工程建设条件(进站道路建设、工程地质、施工条件)，线路影响(进出线路长度、进出线路转角数量、进出线路与其他线路的交叉情况)，对周边的影响(通信影响、民房情况、临近设施影响)，水文情况(水文条件、水文地质情况、站区排水情况)，以及其他因素(地形地貌)。
[0051]5)现场勘查验证优化线路路径:在变电站线路方案自动排序的基础上，挑选排名最高的若干个变电站线路方案，通过站址及初始路径沿线现场勘查和勘测信息进行验证、优化线路路径；在现场勘查验证优化线路路径过程中，结合沿线地下矿藏及文物信息、地质条件、复杂地形卫片、城市规划要求以及现场勘测的沿线地面高程数据结果，进一步剔除不可行的变电电线路方案、或对各初始路径进行优化修改，得到优化路径。[0052]6)统计变电站线路待比较方案:统计所有验证、优化后的变电站线路方案，得到待比较的变电站线路方案集合。
[0053]7)技经比较及结果输出:现场勘查勘测之后，可以计算得到每个方案的站址地块及对应优化路径的直接费用，对于与GIS相关的不易量化的部分指标，建立相关费用与总建设费用的比例系数，给出地块及对应路径间接费用换算系数，通过计算直接费用与间接费用的和，比较地块及对应线路总体的经济性，费用最小的地块及对应优化路径作为推荐的变电站站址和线路路径输出。
[0054]进一步地，选址选线方法还包括复杂地形的判别步骤:调用复杂地形处的卫片查看该处地形条件，并通过结合实地现场勘查结果与卫片信息，可对线路路径进行优化。
[0055]本发明通过建立GIS空间信息集合，涵盖变电站选址及输电线路路径选择所需的全部信息。变电站选址及线路路径选择所需GIS信息既有重叠又不完全相同，因此，表1给出了详细GIS空间信息以及用途:
[0056]表1:GIS空间信息及用途表
[0057]
【权利要求】
1.基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:根据变电站待选区域坐标和线路设计终点对变电站及线路进行一体化优化，所述方法包括以下步骤: 1)变电站站址待选区域的网格化:以规划部门初步确定的站址位置为中心，确定变电站站址待选区域，以待建变电站的占地面积为单位将区域划分为若干方格； 2)变电站站址不可行区域的排除:读取每个方格的站址否决GIS条件，如果有否决条件，则该方格地块判定为变电站站址不可行地块； 3)站址地块的线路初始路径自动生成:将可行的变电站站址作为线路的一个端点，根据预先提供的线路另一确定端点的信息，在确定线路起点与终点的基础上，可基于网格化GIS与Dijkstra算法完成输电线路路径的自动生成，并进行自动生成线路路径长度、转角数量及与已有线路交叉情况的统计数据； 4)基于GIS的变电站线路初步方案自动排序:将每一个变电站待选站址和所对应的一条初始路径形成一个变电站线路方案，通过综合每个方案中的变电站站址GIS信息并结合对应初始路径的统计数据信息，运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序； 5)现场勘查验证优化线路路径:在变电站线路方案自动排序的基础上，挑选排名最闻的若干个变电站 线路方案，通过站址及初始路径沿线现场勘查和勘测信息进行验证、优化线路路径； 6)统计变电站线路待比较方案:统计所有验证、优化后的变电站线路方案，得到待比较的变电站线路方案集合； 7)技经比较及结果输出:现场勘查勘测之后，可以计算得到每个方案的站址地块及对应优化路径的直接费用，对于与GIS相关的不易量化的部分指标，建立相关费用与总建设费用的比例系数，给出地块及对应路径间接费用换算系数，通过计算直接费用与间接费用的和，比较地块及对应线路总体的经济性，费用最小的地块及对应优化路径作为推荐的变电站站址和线路路径输出。
2.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:所述站址否决GIS条件包括河流、山川、不可拆迁建筑物、地下光缆管道及地下文物矿藏等地理面貌。
3.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:运用层次分析法对变电站线路方案进行自动排序的条件包括:进站道路建设、工程地质、施工条件等变电站工程建设条件，进出线路长度、进出线路转角数量、进出线路与其他线路的交叉情况等线路影响条件，通信影响、民房情况、临近设施影响等周边影响因素，水文条件、水文地质情况、站区排水情况等水文情况，以及其他地形地貌因素。
4.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:在现场勘查验证优化线路路径过程中，结合沿线地下矿藏及文物信息、地质条件、复杂地形卫片、城市规划要求以及现场勘测的沿线地面高程数据结果，进一步剔除不可行的变电电线路方案、或对各初始路径进行优化修改，得到优化路径。
5.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法，其特征是:所述基于网格化GIS与Dijkstra算法完成输电线路路径的自动生成过程包括以下步骤: 1)将路径的起点与终点分别标记为s和e; 2)将路径起点s设为T节点；3)将T节点标记为“永久”，并更新连通节点的状态记录； 4)识别与s连通且综合权重最小的临时节点，将其设置为T节点，直至T节点为终点e为止，否则继续更新连通节点的状态记录； 5)根据各节点连通关系与状态记录表中的信息，从终点e开始记录其前序节点，直至记录到起点s ； 6)根据上一步的记录结果，可形成起点s到终点e的初始路径。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于GIS空间信息的输电工程选址选线方法,其特征是:还包括复杂地形的判别步骤:调用复杂地形处的卫片查看该处地形条件，并通过结合实地现场勘查结果与卫片信息，可对线路路径进行优化。
【文档编号】G06Q10/04GK103984997SQ201410234060
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】苗培青, 刘海涛, 侯源红, 李越, 郭宜果, 王志鹏, 何春晖, 屠庆波, 田鑫, 李沐, 黄伟, 曹昉, 王钰, 刘向宁 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司经济技术研究院