中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 梁經(jīng)龍 李 陟 朱曉東 尚 寶

輸變電及新能源工程選線、選址工作，作為工程設(shè)計(jì)的前期業(yè)務(wù)，是一項(xiàng)關(guān)鍵復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1]，該業(yè)務(wù)涉及的數(shù)據(jù)量大、不確定因素繁雜，同其他領(lǐng)域交集廣以及更新變化快等特點(diǎn)，且隨著電網(wǎng)建設(shè)難度的增加、建管要求的提高，導(dǎo)致通過(guò)傳統(tǒng)方式或工具已無(wú)法給出完善的工程路徑或站址規(guī)劃方案。此外，面對(duì)日益緊張的電力通道和各相關(guān)設(shè)計(jì)單位相對(duì)獨(dú)立的信息數(shù)據(jù)，由于無(wú)統(tǒng)一平臺(tái)協(xié)同工作，各項(xiàng)目人員無(wú)法及時(shí)反應(yīng)相互間設(shè)計(jì)情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)升高，造成工程投資浪費(fèi)、工期延誤等設(shè)計(jì)事故時(shí)有發(fā)生。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已有不少商業(yè)軟件應(yīng)用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域，但隨著電網(wǎng)規(guī)劃工作的深度和難度不斷增加，以及我國(guó)對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)安全等級(jí)不斷提高，目前市面上的軟件逐漸暴露其局限性。一是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的電網(wǎng)規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式單一，多基于CAD等為展示手段，并且此類(lèi)矢量數(shù)據(jù)大多屬于涉密數(shù)據(jù)。二是目前行業(yè)內(nèi)主流方式采用商用導(dǎo)航軟件，其數(shù)據(jù)服務(wù)隸屬于對(duì)應(yīng)商業(yè)公司，企業(yè)自身無(wú)法管理，同時(shí)地理信息數(shù)據(jù)的更新頻率也無(wú)法滿足工程設(shè)計(jì)的時(shí)效性要求，公用的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)地圖，使得數(shù)據(jù)安全無(wú)法得到保障，存在較大的泄密隱患。三是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，基本上并未考慮各專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同和數(shù)據(jù)共享，不同項(xiàng)目的人員無(wú)法及時(shí)溝通、配合，數(shù)據(jù)無(wú)有效信息化管理手段。四是電網(wǎng)通道資源日趨緊張，而新能源和傳統(tǒng)輸電線路設(shè)計(jì)雖有相同地方，但仍有很大差異，而以往的規(guī)劃軟件也并未將兩方面融合考慮，不具備較為完整、統(tǒng)一的規(guī)劃管理功能。

針對(duì)上述問(wèn)題，亟待開(kāi)發(fā)一套以信息數(shù)據(jù)共享，各相關(guān)專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)為核心的輔助決策系統(tǒng)，作為輸電線路初可研工程前期規(guī)劃的主要工具，填補(bǔ)電力設(shè)計(jì)企業(yè)在此方面的空白，一定程度提高電力設(shè)計(jì)企業(yè)前期規(guī)劃的效率與準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及體系設(shè)計(jì)

基于對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃工作的強(qiáng)現(xiàn)勢(shì)行、數(shù)據(jù)量大以及業(yè)務(wù)處理負(fù)責(zé)、決策關(guān)系重大等特點(diǎn)[2]，本系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)劃分為六個(gè)層次兩個(gè)體系，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶(hù)層以及信息化標(biāo)準(zhǔn)體系和信息安全防護(hù)體系。其中，數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶(hù)層分離，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展，采用C/S模式運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層包括系統(tǒng)運(yùn)行所需的硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)軟件等，是系統(tǒng)正常運(yùn)行和使用的保障。

1.2 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)管理層管理對(duì)象涵蓋了平臺(tái)所需的各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)專(zhuān)題數(shù)據(jù)以及工程數(shù)據(jù)等內(nèi)容，通過(guò)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層組織與分類(lèi)管理，基于大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)搭建一個(gè)集中、統(tǒng)一管理的選線選址業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)完善數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，統(tǒng)一軟硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，結(jié)合存儲(chǔ)系統(tǒng)和容災(zāi)備份技術(shù)應(yīng)用，建設(shè)面向?qū)I(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)工程、公共資源、業(yè)務(wù)審批等子級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源管理，為各應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)、管理、共享提供有效支撐。

1.3 數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

數(shù)據(jù)訪問(wèn)層是支持各專(zhuān)業(yè)應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)，借助各類(lèi)主流技術(shù)手段，提供對(duì)統(tǒng)一存儲(chǔ)管理的災(zāi)害業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存取訪問(wèn)支持。通過(guò)ADO.NET、ODP.NET、微軟企業(yè)類(lèi)庫(kù)等方式對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行整理，然后生成LOD數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布，提供大容量數(shù)據(jù)的快速數(shù)據(jù)訪問(wèn)支持。

1.4 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是所有應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)。在系統(tǒng)各功能模塊的基礎(chǔ)上，抽取類(lèi)似功能構(gòu)建通用應(yīng)用服務(wù)，既包括抽象的功能服務(wù)，也包含封裝的組件對(duì)象，通過(guò)通用組件和功能服務(wù)供其他應(yīng)用模塊調(diào)用，完成業(yè)務(wù)變更時(shí)組件修改即可滿足全部系統(tǒng)修改的要求。

1.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層集中、直觀地體現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用功能，面向用戶(hù)提供基礎(chǔ)功能、方案數(shù)據(jù)可視化和地物分類(lèi)分庫(kù)管理，完成多專(zhuān)業(yè)協(xié)同校審設(shè)計(jì)，切實(shí)提高工程數(shù)據(jù)集中管理效率，保障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源的唯一性、規(guī)范性和工程勘測(cè)數(shù)據(jù)安全性。實(shí)現(xiàn)思路是通過(guò)簡(jiǎn)單有效的協(xié)同設(shè)計(jì)，資源共享方式，移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)來(lái)提升選址手段、提高工作效率。

1.6 用戶(hù)層

用戶(hù)層主要根據(jù)電力規(guī)劃選址信息管理系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)對(duì)象的特定需求，構(gòu)建符合不同層次用戶(hù)的界面。主要分為五類(lèi)用戶(hù)，一是項(xiàng)目管理員，負(fù)責(zé)工程的新建、修改，人員錄入和用戶(hù)角色設(shè)置；二是項(xiàng)目經(jīng)理，負(fù)責(zé)工程進(jìn)度的把控，設(shè)計(jì)人員和主任工程師的人員分配；三是設(shè)計(jì)人員，負(fù)責(zé)工程方案數(shù)據(jù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，工程地物數(shù)據(jù)的整理與錄入；四是主任工程師，負(fù)責(zé)方案數(shù)據(jù)發(fā)布的審核；五是超級(jí)管理員，包含上述所有用戶(hù)的權(quán)限，還負(fù)責(zé)公共資源庫(kù)的管理工作。

1.7 信息標(biāo)準(zhǔn)化體系

信息標(biāo)準(zhǔn)化體系主要滿足信息資源共享的需要，為系統(tǒng)集成和整合提供標(biāo)準(zhǔn)。解決系統(tǒng)的數(shù)據(jù)多源性和多重性問(wèn)題，提供系統(tǒng)集成依據(jù)和信息采集、傳輸、交換、存貯、處理和共享等環(huán)節(jié)制定或采用的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.8 安全防護(hù)體系

安全防護(hù)體系是指提供系統(tǒng)軟硬件方面整體安全性的所有技術(shù)工具和措施的總和，依據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)對(duì)安全防護(hù)方面的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)山西省電力規(guī)劃選址信息管理系統(tǒng)的全面安全防護(hù)。防護(hù)措施覆蓋平臺(tái)各個(gè)部分，包括數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全等。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于上述架構(gòu)體系，結(jié)合規(guī)劃的流程體系，本系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)管理維護(hù)與規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計(jì)與角色分配及選址選線設(shè)計(jì)三大類(lèi)模塊，工程信息管理、數(shù)據(jù)管理、選線選址、地圖管理、地圖工具和權(quán)限管理六個(gè)功能模塊。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.1 數(shù)據(jù)管理維護(hù)與規(guī)劃

主要完成工程數(shù)據(jù)、電網(wǎng)專(zhuān)題數(shù)據(jù)、通道數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的查詢(xún)、維護(hù)和數(shù)據(jù)分類(lèi)規(guī)劃功能，并選擇加載第三方公開(kāi)衛(wèi)片資源（微軟、天地圖等）或私有地理信息數(shù)據(jù)多樣是切換和公共資源數(shù)據(jù)的高效管理。系統(tǒng)用戶(hù)登錄系統(tǒng)后，通過(guò)工程打開(kāi)功能打開(kāi)與其授權(quán)的相關(guān)系統(tǒng)工程進(jìn)行工程相關(guān)數(shù)據(jù)查看、編輯、導(dǎo)出等操作。系統(tǒng)中各類(lèi)能源數(shù)據(jù)以點(diǎn)、線、面的形式存儲(chǔ)于對(duì)于分類(lèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，各類(lèi)型數(shù)據(jù)按照建庫(kù)初始規(guī)劃成指定樣式，統(tǒng)一管理。解決設(shè)計(jì)人員在選址選線過(guò)程前期的數(shù)據(jù)采集預(yù)分類(lèi)，工程發(fā)布、路徑圖生成等工作。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)與角色分配

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往未考慮各相關(guān)專(zhuān)業(yè)在統(tǒng)一平臺(tái)中的協(xié)同設(shè)計(jì)，以減少設(shè)計(jì)差錯(cuò)。設(shè)計(jì)人員依據(jù)所定義的角色和相關(guān)權(quán)限通過(guò)協(xié)同校審流程，控制對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的可見(jiàn)性，通過(guò)審批流程查看數(shù)據(jù)審批的進(jìn)度及相關(guān)意見(jiàn)，工程設(shè)計(jì)人員各司其職，實(shí)時(shí)對(duì)選址選線方案數(shù)據(jù)信息糾正和相互溝通，完成工程的精細(xì)化協(xié)同設(shè)計(jì)。

2.3 選址選線設(shè)計(jì)

以往輸電線路及新能源選址選線設(shè)計(jì)都是各自為戰(zhàn)，以各自工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確、安全可靠和造價(jià)最低為目標(biāo)，突出了個(gè)體的設(shè)計(jì)效率和單體工程的經(jīng)濟(jì)效益，卻忽略了整體規(guī)劃的合理性和經(jīng)濟(jì)性。由此，在本系統(tǒng)中將規(guī)劃選址選線設(shè)計(jì)功能統(tǒng)一考慮，旨在解決送變電專(zhuān)業(yè)和新能源專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行工程前期規(guī)劃和選址時(shí)信息無(wú)共享、不對(duì)稱(chēng)所導(dǎo)致存在選址沖突風(fēng)險(xiǎn)。本系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)單有效的協(xié)同設(shè)計(jì)，資源共享方式，及移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)來(lái)提升選址手段、提高工作效率，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突以解決對(duì)設(shè)計(jì)失誤工程造成的經(jīng)濟(jì)損失，利用計(jì)算機(jī)快速、準(zhǔn)確的分析能力，結(jié)合GIS對(duì)多樣化數(shù)據(jù)的支撐，利用規(guī)避分析、統(tǒng)計(jì)及不同規(guī)劃區(qū)的嚴(yán)格分類(lèi)，利用點(diǎn)、線、面幾何空間曼哈頓距離算法和線、面優(yōu)化切分算法對(duì)選址選線方案開(kāi)展精確的決策分析。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及特色

3.1 電網(wǎng)專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

工程路徑、站址規(guī)劃方案的設(shè)計(jì)，必須依托于電網(wǎng)專(zhuān)題數(shù)據(jù)、電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)、新能源工程數(shù)據(jù)及沿線的國(guó)家規(guī)劃數(shù)據(jù)、時(shí)效性強(qiáng)的高清地理影像數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)建設(shè)出一套規(guī)范、完善的分類(lèi)編碼、目錄、標(biāo)準(zhǔn)圖例體系、標(biāo)繪線型、圖案填充樣式等規(guī)則庫(kù)，并通過(guò)整合不同的資源數(shù)據(jù)，通過(guò)底層GIS實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)同電網(wǎng)專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的索引自動(dòng)匹配、解析，并將分析后的結(jié)果計(jì)入路徑、站址設(shè)計(jì)方案的限制條件庫(kù)中，由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行迭代比較，完成最終的沖突校驗(yàn)及規(guī)劃方案優(yōu)選。

表1

3.2 基于GIS系統(tǒng)的電力選址選線規(guī)劃數(shù)據(jù)綜合管理展示平臺(tái)

系統(tǒng)按照選址選線工作習(xí)慣作為交互模型與設(shè)計(jì)方法，提供友好的人機(jī)交互界面，并通過(guò)自身強(qiáng)大的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)功能，有效減少電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)收集的工作量[3]，為設(shè)計(jì)人員提供全面的輔助功能。通過(guò)線路風(fēng)格的相關(guān)參數(shù)、轉(zhuǎn)交安全距離等參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得的展示方式，并借助系統(tǒng)可方便查看各種擁擠地段的多種方案分析結(jié)果和通道規(guī)劃變更情況，從而為選址選線提供有力的數(shù)據(jù)支撐和規(guī)劃依據(jù)。

圖3

3.3 沖突校驗(yàn)及方案對(duì)比

系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)劃的工程方案進(jìn)行線路全長(zhǎng)、曲折系數(shù)、轉(zhuǎn)角個(gè)數(shù)、交叉跨越等數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，給出推薦線路，并對(duì)當(dāng)前方案與非本專(zhuān)業(yè)的所有工程中已發(fā)布的方案進(jìn)行沖突校驗(yàn)，并將結(jié)果在系統(tǒng)中以表格和分析決策相關(guān)信息在GIS系統(tǒng)中以實(shí)時(shí)展示方式展現(xiàn)，使得設(shè)計(jì)人員能直觀準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。設(shè)計(jì)人分別從方案的可行性和規(guī)劃工程的障礙物數(shù)量、跨越方案等方面分別比對(duì)出不同方案的優(yōu)劣性，從而實(shí)現(xiàn)工程方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4 移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)疊加設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)采用輕量級(jí)本地客戶(hù)端數(shù)據(jù)庫(kù)管理，疊加調(diào)用現(xiàn)有第三方公開(kāi)版衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)API進(jìn)行底圖展示，設(shè)計(jì)人員外業(yè)踏勘時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)路徑、站址等根據(jù)實(shí)時(shí)定位，進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)繪等操作，所有標(biāo)繪數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地客戶(hù)端，保證的數(shù)據(jù)的安全性。

本文研究的電力選址選線規(guī)劃信息管理平臺(tái)，結(jié)合電力設(shè)計(jì)行業(yè)實(shí)際情況和行業(yè)需求，應(yīng)用最新的設(shè)計(jì)、軟件、計(jì)算機(jī)技術(shù)方法，以GIS為底層，疊加協(xié)同校審系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)先進(jìn)、適應(yīng)行業(yè)設(shè)計(jì)習(xí)慣的電力選址選線協(xié)同設(shè)計(jì)規(guī)劃管理平臺(tái)。隨著平臺(tái)的應(yīng)用深化，對(duì)未來(lái)精準(zhǔn)規(guī)劃線路路徑及新能源站址及風(fēng)機(jī)機(jī)位選址提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和新能源在進(jìn)行工程前期線路規(guī)劃和選址時(shí)信息共享以及方案沖突校驗(yàn)，提高電力設(shè)計(jì)企業(yè)的工作效率與準(zhǔn)確性，另一方面，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目前期的數(shù)字化、信息化，為響應(yīng)業(yè)主方數(shù)字化三維設(shè)計(jì)，提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源。