一种基于gis的三维输电线路走廊带设计方法
【专利摘要】本发明一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，所述方法包括：(1)建立线路工程图；(2)在线路工程图中立塔；(4)挂串操作；(5)挂线操作；(6)挂间隔棒和防振锤。本发明解决了优化排位的后效性问题，满足了动态规划无后效性要求，从而使排位结果达到最优化。本发明在输电线路排位过程中将解决优化问题的方法从n变量问题，转化为解n个单变量问题，从而仅需很小的计算量，将所有因素分成多阶段、多步骤进行优化。计算量成几何级数地减小，计算结果大大提高。在输电线路设计过程中对于减小工程造价、提高设计质量有着重要意义。
【专利说明】一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输电线路走廊带设计方法，具体讲涉及一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法。
【背景技术】
[0002]输电线路的排位涉及的立塔点、塔型、塔高等任一因素的改变都将随之产生一个新的排位方案。为得到最优化的排位结果，需要比较线路工程中所有可能的排位方案，以从中出一个综合经济指标最低的优选方案。排位时立塔点变动20m都会改变排位结果，因此，线路上每隔20m就可能是一个立塔点方案，而每个可能立塔点可供选择的塔型、塔高一般达20种以上，各种排位方案的组合复杂而众多。因此，对每个方案逐一比较的穷举法来寻求最优化排位结果是不现实的，需要提供一种方便简洁的最优化的排位方法。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，输电线路的排位设计决定着线路工程的实际工程量和造价。本发明中，在输电线路排位过程中将解决优化问题的方法从η变量问题，转化为解η个单变量问题，从而仅需很小的计算量，将所有因素分成多阶段、多步骤进行优化。计算量成几何级数地减小，计算结果大大提高。在输电线路设计过程中对于减小工程造价、提高设计质量有着重要意义。
[0004]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0005]一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其改进之处在于，所述方法包括
[0006](I)建立线路工程图；
[0007](2)在线路工程图中立塔；
[0008](3)挂串操作；
[0009](4)挂线操作；
[0010](5)挂间隔棒和防振锤。
[0011]优选的，所述步骤(I)在工程中选择路径后，现场勘测路径各转角点打桩位，并利用GPS设备将桩位经纬度、高程坐标记录下来，在三维场景中将各桩位GPS数据导入GIS中，根据三维场景建立线路工程图。
[0012]优选的，所述步骤(2)包括指定桩位立塔、指定档距立塔、手动立塔和耐张段自动优化排位立塔。
[0013]进一步地，所述定桩位立塔包括根据GIS读取桩位，输入塔形，将所选塔形立于指定桩位。
[0014]进一步地，所述指定档距立塔包括根据GIS读取线路路径，输入基准塔号、档距和塔形，沿线路路径将所选塔形立于指定档距位置。
[0015]进一步地，所述手动立塔包括根据GIS读取线路路径，输入塔形，选择位置，若该位置不在线路路径中，立转角塔，并改变线路路径，将所选塔形立于选择位置。
[0016]进一步地，所述耐张段自动优化排位立塔包括设一段线路上的立塔点有N个，立塔点起始标号为1，终点标号为N，排位的塔型有M种，塔型有K种塔高；采用标号法进行优化排位，确定标号点的变量内容，顺序计算各标号点的变量值；根据各标号点的变量值逆序寻找出优化结果。
[0017]进一步地，所述耐张段自动优化排位立塔包括
[0018](8.1)优化排位的行进方向由标号点I向标号点N分步进行,在每一个标号点都要进行一次优化；
[0019](8.2)确定标号点的变量内容，用以记录标号点的状态、分步优化的结果；
[0020](8.3)计算各标号点变量值的行进方向由标号I向标号N，逐步对每个标号点的排位方案进行比较，记录下标号点各塔高时的最优方案结果作为标号点的变量值；
[0021](8.4)各标号点的变量值计算后逆序寻找优化结果的，即从标号点N向标号点I递推，对排位终点标号点N的各塔高下的累积经济指标进行比较，经济指标最低者即为优化方案。
[0022]优选的，所述步骤(2)包括对线路工程中杆塔进行查看塔信息、移动塔、升基面、降基面、删除塔、.修改塔号、修改塔形和修改塔名操作。
[0023]优选的，所述步骤(3)包括进行自动挂串、修改串、查看串信息和删除串操作。
[0024]优选的，所述步骤(4)进行自动挂线和修改线型操作。
[0025]优选的，所述步骤(5)包括进行自动挂间隔棒和防振锤和操作挂间隔棒和防振锤操作。
[0026]与现有技术比，本发明的有益效果为:
[0027]本发明解决了优化排位的后效性问题，满足了动态规划无后效性要求，从而使排位结果达到最优化。
[0028]本发明在输电线路排位过程中将解决优化问题的方法从η变量问题，转化为解η个单变量问题，从而仅需很小的计算量，将所有因素分成多阶段、多步骤进行优化。计算量成几何级数地减小，计算结果大大提高。在输电线路设计过程中对于减小工程造价、提高设计质量有着重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明提供的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0031]本发明一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法具体流程如下:
[0032](I)新建线路工程:
[0033]根据军事区、水域保护区、机场控制区、自然保护区、风景区、采矿区、规划区、危险品区、地质灾害易发区、重要交叉跨越等，加入业主的强制性要求形成重要避让区域，导入基础空间数据，在工程中选择路径之后，现场勘测过程中会在路径各转角点打桩位，并利用GPS设备将桩位经纬度、高程坐标记录下来，在三维场景中，可将各桩位GPS数据导入GIS中，三维场景即显示各桩点。选择各桩点后，选择塔型，即将所选塔型利于该桩点，布局后建立线路工程图。
[0034](2)在线路工程图中立塔；
[0035]其中，包括指定桩位立塔、指定档距立塔、手动立塔和耐张段自动优化排位立塔。
[0036]1、指定桩位立塔:
[0037]从GIS路径选择结果读取桩位，输入塔形，将所选塔形立于指定桩位。
[0038]2、指定档距(累距)立塔:
[0039]从GIS路径选择结果读取线路路径(线路路径中已删除不可立塔点，下同)，输入基准塔号、档距(累距)、塔形，沿线路路径将所选塔形立于指定档距位置。
[0040]3、手动立塔:
[0041]从GIS路径选择结果读取线路路径，输入塔形，鼠标选择位置，若该位置不在线路路径中，只能立转角塔，并改变线路路径，将所选塔形立于鼠标选择位置。
[0042]4、耐张段自动优化排位立塔:
[0043]假设一段线路上可能的立塔点有N个，立塔点起始标号为1，终点标号为N，排位的塔型有M种，各种塔型有K种塔高。
[0044]采用标号法进行优化排位的步骤为:
[0045]A、确定标号点的变量内容；
[0046]B、顺序计算各个标号点的变量值；
[0047]C、根据各个标号点的变量值逆序寻找出优化结果。
[0048]具体如下:
[0049]优化排位的行进方向由标号点I向标号点N分步进行，在每一个标号点都要进行一次优化。为了记录和传递各个标号点的优化结果，就要确定标号点的变量内容，用以记录标号点的状态、分步优化的结果，为下一步优化准备数据。优化排位中标号点变量的主要内容有8项:标号点标号、标号点的塔高、后侧最优连接的标号点标号、后侧最优连接的塔型、后侧最优连接的塔高、最优连接的累积经济指标、标号点后侧水平档距、标号点后侧垂直档距。标号点变量的内容还可以增加后侧最优化连接标号点的降基量、绝缘子串型式等参数以便更加详细地记录分步优化的结果。
[0050]在当前标号点进行分步优化和塔高取不同值时，其优化的结果一般也不相同，该标号点的塔高在分步优化时也是不可能确定的，因此，对于每个标号点来说以上变量不止I组，有多少种塔高，标号点就有多少组变量以记录不同塔高时的优化结果。
[0051]计算各个标号点的变量值是多方案排位及分步优化的过程。计算各标号点变量值的行进方向由标号I向标号N，逐步对每个标号点的排位方案进行比较，记录下标号点各塔高时的最优方案结果。
[0052]计算标号点变量的方法为:标号点的塔高一定时，分别与后面各标号点相连接进行排位，这时后面标号点的塔型、绝缘子串型式等参数及经济指标就能确定。对所有排位方案进行累积经济指标的比较并将最优方案的结果作为标号点的变量值。
[0053]首先计算标号点2的变量值。确定标号点2的塔高为H，将标号点2与标号点I相连接进行排位，对标号点I分别取各种塔型、塔高进行排位，同时对各项排位内容进行校验，不成立的方案舍弃。由于标号点I的塔型、塔高是确定的，因此其塔材指标、基础造价、绝缘子串费用等也随之确定，这样就得到标号点I取不同塔型、塔高时的经济指标。对成立的排位方案进行经济比较，将经济指标最低的方案结果作为标号点2在塔高H时的变量值。改变标号点2的塔高，重复以上过程，这样就得到标号点2在各塔高情况下与标号点I相连接的变量值。计算标号点i的变量值。确定标号点i的塔高为H，将标号点i分别与标号点I?i_l相连接，并在标号点I?i_l分别取各种塔型、塔高进行排位和校验，不成立的方案舍弃。当标号点i与标号点j相连接时，因为i点与j点的塔高已定，所以j点前侧的水平、垂直档距也一定，j点后侧的水平、垂直档距由j点变量中得知。每个方案的经济指标为累积值，即将与标号点i相连接的标号点j变量中的经济指标加上标号点j自身的经济指标。对所有成立的排位方案进行经济比较，将累积经济指标最低的方案结果作为标号点i在塔高H时的变量值。改变标号点i的塔高，重复以上过程，这样就得到标号i在各塔高时的变量值。
[0054]当各标号点的变量值计算出来后，就能很容易地寻找出优化结果。寻找优化结果的过程是逆序的，即从标号点N向标号点I递推。对排位终点标号点N的各塔高下的累积经济指标进行比较，经济指标最低者即为优化方案。根据优化方案变量中的后侧最优连接记录就可找到与标号点N的优化方案相连接的后侧最优连接标号点的标号、塔型、塔高，依次递推直至递推到标号点的塔型、塔高。以上逆序递推找出的一组标号点、塔型、塔高即为整段线路优化排位的结果。如果在排位之前，起点或终点的塔型、塔高已经确定，其优化的过程与上述仍然一致，只是起点或终点的变量组只有一组而已。
[0055]动态规划的基本思想是把优化问题分成若干阶段，然后进行分段优化从而达到整体优化。根据这一思想，要求最优化的模型具有无后效性。所谓无后效性就是模型具有以下特征:过程的过去情况，只能通过当前的状态去影响过程的未来。也就是说，如果给定某一阶段的状态，则在这一阶段以后过程的发展不受这一阶段以前各阶段状态的影响。
[0056]塔位上塔型是由前后两侧的水平、垂直档距综合决定的。但在上述优化排位过程中确定标号点i的塔型时，其后侧的塔型、塔高以及后侧的水平、垂直档距都是一定的，优化排位只考虑了前侧的变化，因此，优化的结果就可能达不到最优。例如，当标号点i的塔高为27m时，在标号点i分步优化的结果为后侧最优连接标号点为i_l，其塔型为G1-27。
[0057]下一步在标号点i+Ι进行分步优化，当标号点i+Ι的塔高取27m时与i点进行连接并确定标号点i塔高27m时的塔型，此时垂直档距超过Gl塔使用条件5m，i点的塔型为G2-27，这样，在i+Ι点分步优化的结果为i点塔型为G2-27，i_l点塔型为G1-27。但是若改变1-Ι点的塔高，在1-Ι点采用G1-30, PJ i点的垂直档距就会减小，可采用G1-27。显然，在i_l和i点采用G1-30与G1-27的塔材指标比G1-27与G2-27的塔材指标小，即此优化结果更好。这一例子说明了在i+Ι点进行分步优化时，i_l点的塔高变化对优化结果仍然存在影响，同时说明了上述优化排位过程存在后效性问影响，同时说明了上述优化排位过程存在后效性问题，不满足动态规划理论的条件，优化的结果不是最优结果。
[0058]要解决优化排位的后效性问题，只需适当增加标号点变量的组数，将产生后效性的因素也记录下来并加入以后的优化过程。在标号点取一塔高进行优化比较时，不只是记录一个累积经济指标最小的优化结果，而是对后侧每个不同塔高时的优化结果都要记录下来。如果有K种塔高，标号点的变量组数由K组增加到K2组。为解决优化排位的后效性问题，应按以下方法计算标号点i的变量值。确定标号点i的塔高为H，将标号点i分别与标号点I?i_l相连接，并在标号点I?i_l取各种塔型、塔高进行排位和校验，在排位时应将标号点I?1-ι变量中后侧最优连接的各种塔高方案考虑进来，不成立的方案舍弃。对所有成立的方案按后侧不同的塔高分组进行累积的经济指标比较，将各组中经济指标最低的方案结果作为标号点i在塔高H时后侧各种塔高情况下的变量值。改变标号点i的塔高，重复以上过程，这样就得到标号点i在各种塔高时，后侧连接不同塔高情况下的变量值。上述优化方法解决了优化排位的后效性问题，满足了动态规划无后效性要求，从而使排位结果达到最优化。
[0059]其中，在线路工程图中立塔后对线路工程中进行杆塔操作，其包括查看塔信息、移动塔、升基面、降基面、删除塔、.修改塔号、修改塔形和修改塔名等操作。
[0060]a、查看塔信息:
[0061]鼠标选择塔，点击查看属性，显示杆塔信息。
[0062]b、移动塔:
[0063]从GIS路径选择结果读取线路路径，鼠标选择塔，若为直线塔，可拖拽到线路路径上任意位置，若为转角塔，可拖拽到任意位置，并改变线路路径和前后耐张段直线塔位置，拖拽后所选塔移动到选定位置。
[0064]C、升(降)基面:
[0065]鼠标选择塔，点击升(降)基面，输入升(降)高度，基面随高度改变。
[0066]d、删除塔:
[0067]鼠标选择塔，点击删除(逐基、逐段、全线)，所选塔随之删除。
[0068]e、修改塔号:
[0069]鼠标选择塔，点击修改塔号(逐基、逐段、全线)，输入与所选旧塔号对应的新塔号(逐基、逐段、全线)，所选塔号随之修改。
[0070]f、修改塔形:
[0071]鼠标选择塔，点击修改塔形(逐基、逐段、全线)，输入与所选旧塔号对应的新塔号(逐基、逐段、全线)，所选塔形随之修改。
[0072]g、修改塔名:
[0073]鼠标选择塔，点击修改塔名(逐基、逐段、全线)，输入与所选旧塔名对应的新塔名(逐基、逐段、全线)，所选塔名随之修改。
[0074](3)挂串操作；
[0075]其中,进行自动挂串、修改串、查看串信息和删除串操作。
[0076]1、自动挂串:
[0077]立塔后，从计算流程I中读取塔形，输入与塔形对应的串名(逐基、逐段、全线)，调用绝缘配置模块配置绝缘子片数，自动检查第一金具是否合适，将串挂于杆塔挂点。地线串需先选择绝缘方式(逐基、逐段、全线)。
[0078]2、修改串:
[0079]自动挂串后，输入与旧串名对应的新串名(逐基、逐段、全线)，或调用绝缘子串组装功能改变串中金具，可修改绝缘子串型、联数、片数，将串挂于杆塔挂点。
[0080]3、查看串信息:
[0081]鼠标选择串，点击查看属性，显示杆塔信息。
[0082]4、删除串:
[0083]鼠标选择串，点击删除(逐基、逐段、全线)，所选串随之删除。
[0084](4)挂线操作；
[0085]进行自动挂线和修改线型操作。
[0086]自动挂线:
[0087]立塔挂串后，从计算流程I中读取档距、杆塔挂点高程信息，从计算流程2中读取串长信息，从工程输入中读取气象信息、新线系数、年平均运行系数、安全系数，从导线选型结果中读取导线型号，调用机械特性计算、孤立档计算、跳线计算模块计算各点弧垂，并进行显示。
[0088]修改线型:
[0089]自动挂线后，从计算流程I中读取档距、挂点高程信息，从工程输入中读取气象信息、新线系数、年平均运行系数、安全系数，输入导线型号，调用机械特性计算、孤立档计算、跳线计算模块计算各点弧垂，并进行显示。
[0090](5)挂间隔棒和防振锤操作。
[0091]进行自动挂间隔棒和防振锤和操作挂间隔棒和防振锤操作。
[0092]自动挂间隔棒和防振锤:
[0093]挂线后，读取档距，各档挂点高程，调用间隔棒和防振锤计算模块计算间隔棒和防振锤安装数量、距离，并进行显示。
[0094]操作挂间隔棒和防振锤:
[0095]自动挂间隔棒和防振锤后，提供查看信息、移动、修改间隔棒和防振锤功能。
[0096]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述方法包括 (1)建立线路工程图； (2)在线路工程图中立塔； (3)挂串操作； (4)挂线操作； (5)挂间隔棒和防振锤。
2.如权利要求1所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(I)在工程中选择路径后，现场勘测路径各转角点打桩位，并利用GPS设备将桩位经纬度、高程坐标记录下来，在三维场景中将各桩位GPS数据导入GIS中，根据三维场景建立线路工程图。
3.如权利要求1所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(2)包括指定桩位立塔、指定档距立塔、手动立塔和耐张段自动优化排位立塔。
4.如权利要求3所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述定桩位立塔包括根据GIS读取桩位，输入塔形，将所选塔形立于指定桩位。
5.如权利要求3所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述指定档距立塔包括根据GIS读取线路路径，输入基准塔号、档距和塔形，沿线路路径将所选塔形立于指定档距位置。
6.如权利要求3所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述手动立塔包括根据GIS读取线路路径，输入塔形，选择位置，若该位置不在线路路径中，立转角塔，并改变线路路径，将所选塔形立于选择位置。
7.如权利要求3所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述耐张段自动优化排位立塔包括设一段线路上的立塔点有N个，立塔点起始标号为1，终点标号为N，排位的塔型有M种，塔型有K种塔高；采用标号法进行优化排位，确定标号点的变量内容，顺序计算各标号点的变量值；根据各标号点的变量值逆序寻找出优化结果。
8.如权利要求7所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述耐张段自动优化排位立塔包括 (8.1)优化排位的行进方向由标号点I向标号点N分步进行，在每一个标号点都要进行一次优化； (8.2)确定标号点的变量内容，用以记录标号点的状态、分步优化的结果； (8.3)计算各标号点变量值的行进方向由标号I向标号N，逐步对每个标号点的排位方案进行比较，记录下标号点各塔高时的最优方案结果作为标号点的变量值； (8.4)各标号点的变量值计算后逆序寻找优化结果的，即从标号点N向标号点I递推，对排位终点标号点N的各塔高下的累积经济指标进行比较，经济指标最低者即为优化方案。
9.如权利要求1所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(2)包括对线路工程中杆塔进行查看塔信息、移动塔、升基面、降基面、删除塔、.修改塔号、修改塔形和修改塔名操作。
10.如权利要求1所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(3)包括进行自动挂串、修改串、查看串信息和删除串操作。
11.如权利要求1所述的一种基于Gis的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(4)进行自动挂线和修改线型操作。
12.如权利要求1所述的一种基于GIS的三维输电线路走廊带设计方法，其特征在于，所述步骤(5)包括进行自动挂间隔棒和防振锤和操作挂间隔棒和防振锤操作。
【文档编号】G06T17/00GK104200046SQ201410477916
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】马潇, 莫娟, 段舒宁, 赵燕茹, 冯国巍, 樊宝珍 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院