基于GIS的输电线路智能化运行与管理技术

基于GIS技术的应用是建立在GPS、遥感(RS)和激光雷达扫描(Ls)三大技术的基础上。依据这些技术可以实现二维和三维实体模型的建立。在三维可视化方面应用于线路勘测取得了一定的成果但是应用在输电线路设备巡检方面还存在一定的局限就是处理得到的图像的分辨率不够，虽然采用机载雷达扫描可以得到较高分辨率的图像，但是成本较高并且飞行许可获取较难;巡线机器人可以采集输电线路设备的信息，并且采集的信息具有较高的分辨力。所以系统分析这些技术的特点对我们构筑输电线路运行管理系统并完善系统的功能具有很重要的指导意义。

1、GPS

全球定位系统(GlobalPositioningSystem)是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星.以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线准时到达目的地。

GPS定位技术具有高精度、高效率和低成本的优点使其在各类大地测量控制网的加强改造和建立以及在公路工程测量和大型构造物的变形测量中得到了较为广泛的应用。当然也可以对输电线路对杆塔和线路的变形、断线和覆冰进行监测。GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点.作为先进的测量手段和新的生产力.可以对输电线路中一些关键的设备进行定位和监视.并且可以位巡线机器人提供位置信息。

遥感(RS)

遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后.标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象地质地理等领域，成为一门实用的.先进的空间探测技术。

遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息.经记录.传送、分析和判读来识别地物。

遥感技术主要特点：

(1)数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右陆地卫星的卫星轨道高度达91Okm左右.从而.可及时获取大范围的信息。例如一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km。

(2)取信息的速度快周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。

(3)取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣.人类难以到达，如沙漠沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

(4)信息的手段多信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性还可获取地物内部信息。例如，地面深层，水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

(5)感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。例如Landsat卫星的TM图像一幅覆盖185kmX185km地面面积象元空间分辨率为30m，象元光谱分辨率为28位的图，其数据量约为6000×6000=36Mb。若将6个波段全部送人计算机其数据量为：36Mb×6=216Mb。综上所述，采用遥感可以定期更新输电线路走廊内的2D图像信息。

达扫描(Ls)

激光雷达扫描图像可以确定物体坐标位置和执行测量任务，并且获得3D截面图，实现对地面目标的三维建模.它具有精度高但成本高。不过随着技术的进步与发展.其生产成本会下降。航空雷达扫描应用于输电线路设备缺陷的巡检方面、线路走廊附近植被管理导线弧垂管理等方面。

2、GIS的输电线路运行与管理应用现状

基于GIS的输电线路雷电定位系统已经在北京供电局得到了实际应用，国网电力科学研究元长期以来一直在雷电定位及防护方面开展了充分的研究积累了大量的科研经验和拥有一大批雷电方面的专家。基于GIS的输电线路管理系统在国内许多电力公司得到了应用这些系统充分利用了GIS强大的地图管理功能和数据库功能，通过和其他数据库的结合，实现对输电线路生产过程中涉及到的检修、人员调度、工作规程和物资的调度的管理有效管理，节约了大量的人力和物力，提高了工作效率。

基于GIS三维可视化的输电线路勘测与设计。基于二维图像的GIS也应用在输电线路的设计过程中，但是不能提供输电线路走廊内地形和其他物体的高度信息，还不能实现对输电线路勘测与设计进行有效的指导。基于3D—GIS的可视化技术提供输电走廊内的高程信息，可以减少现场进行实地勘测所带来的工作量，实现在电脑上进行输电线路路径选择和杆塔选型。

基于GIS的输电线路覆冰区域划分、污秽等级分区、乌害区域划分和地质灾害区域分区等功能。结合地理息和历年的气象信息对各种自然灾害和地质灾害进行分区，并根据获得信息对灾害的区域进行更新对自然的预警。救灾具有很大的现实意义。基于GIS的输电线路智能巡线机器人，国内已经有许多高校和单位开展巡线机器人方面的研究。2002年国家863计划资助三家单位分别对500kV，220kV和110kV架空输电线路自动巡检机器人进行研究沈阳自动化所王洪光等人开展500kV输电线路机器人的开发，武汉大学武功平等人开展220kV输电线路机器人的开发。基于GIS的地图和属性数据库管理功能可以进行大量的二次开发。如基于GIS的输电线路走廊内的植被和建筑物监视基于GIS的空间负荷预测、基于GIS过电压预测基于GIS的潮流控制。综上所述，GIS可以应用输电线路运行与管理的个环节，因而构建基于GIS的输电线路或电网数字化电网或智能电网具有重大意义。

3、电线路信息的获取方案

输电线路设备信息的获取：输电线路包括绝缘子杆塔金具和导线等信息这些信息可以和线路规划与设计相关研究院和电力系统中相关单位合作取得输电线路相关设备信息。输电线路的运行状态方面的信息的获取：国网电力科学研究院在线路运行状态方面进行了长期的科研。在线路过电压绝缘在线检测以及风、雨、雪、雾等微气象条件对输电线路的影响方面积累丰富的科研经验。另外武汉高压研究研究对输电线路方面一些难题和技术的透彻理解可以确保采集输电线路运行状态方面所需要的全面的信息。

线路巡视管理信息：输电线路巡视是发现线路设备中缺陷的主要方法。而巡线需要两个方面的信息：出现陷和故障的设备和这些设备的位置。

在获取了这些信息后就可以安排人员对出现缺陷或故障的设备进行维修。基于GIS的输电线路系统可以提供缺陷设备的地理位置而现有国内输电线路巡检系统利用了GIS系统来确定故障设备的位置信息。而对故障设备的寻找可以依靠两个方面：一个方面还是采用传统的人工巡线，另外一个方面就是采用机载雷达或巡线机器人，记载雷达巡线技术在国内外都进行了相关的研究并有相关的应用实例.但是记载雷达巡线成本高并且飞行许可的取得比较难.另外飞行高度低容易出现坠机事故。相对来说巡线机器人是一种比较好的方案：采用基于卫星遥感技术确定故障设备的大体区间然后采用巡线机器人确定故障的具体位置。采集信息处理：输入到基于GIS输电线路运行管理系统中的信息包括两个方面：一种是来自于人工输入的，还有一部分来自于现场采集的.对于那些对实时性要求较高的数据可以采取现有的卫星定位，遥感，航空雷达扫描机器人巡线系统和安装线路上的一些测量和保护设备等采集的信息。根据这些信息就可以在GIS平台上进行二次开发。

4、结语

输电线路的规划、设计以及运行维护与管理等需要花费大量的人力与物力去获取线路地理环境。而基于GPS、遥感(Rs)和激光雷达扫描(Ls)三大技术可以方便而快捷的获得线路环境及设备信息，提供了工作效率、降低了劳动强度。采用GIS技术可以对输电线路的线路环境信息、线路设备信息、线路运行状态信息和线路巡视信息等四类信息的采集、传输、存储和处理，在次基础上进行开发，可以提供输电线路的运行与管理水平，为构建智能电网提供技术支撑。