3S技术辅助特高压线路工程建设

3S技术辅助特高压线路工程建设
胡博; 周高伟
【期刊名称】《《北京测绘》》
【年(卷),期】2019(033)010
【总页数】5页(P1132-1136)
【关键词】遥感(RS); 全球导航卫星系统(GNSS); 地理信息系统(GIS); 特高压
【作者】胡博; 周高伟
【作者单位】北京洛斯达数字遥感技术有限公司北京100120
【正文语种】中文
【中图分类】P258
0 引言
建设特高压线路工程是为了适应我国能源资源与需求逆向分布的状况,服务于大范围、远距离、大规模输送能源的需求。

特高压建设的发展,也是转变能源发展方式、保障能源安全、优化能源配置、建设生态文明的必经之路。

特高压线路工程建设具有工期紧、任务重、难度大的特点。

在特高压线路工程建设中的可研、初设和施工图阶段需要对规划区、自然保护区、矿区及军事设施、机场等自然人文因素合理地避让,同时综合地质、水文、交叉跨越等条件,全面分析路径
情况,统计各项经济指标,尤其是房屋拆迁量的统计与核算,对路径方案进行全面优化;在施工阶段,需要全面掌握施工现场安全、质量以及环水保等信息,使建设管理人员
更加全面准确地了解建设现场情况,实现施工现场全局、及时的管控;对于特定条件下需要采用管廊方式的工程,需要构建管廊工程信息化服务和保障体系,打造集实时监控、调度协调、应急指挥、技术成果展示于一体的监控指挥中心。

3S技术应用于特高压线路工程建设,可以有效提供工程可研、设计、施工阶段全数字化设计方案、施工可视化管控、监控指挥信息化管理等系列服务,实现工程设计的数字化、施工管控的可视化、工程指挥与监控管理的信息化,可以全面提高工程建设与管理水平,保障工程设计方案的科学性、施工安全管控的时效性、工程管理的经济性以及指挥决策的科学性[1-5]。

1 3S技术介绍
3S技术是遥感(RS,Remote Sensing)、全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)和地理信息系统(GIS,Geographical Information System)英文缩写的简称,其中RS和GNSS分别用于获取点、线、面空间信息或监测其变化,GIS用于空间数据的存贮、分析和处理[6-7]。

随着技术进步,3S技术的应用领域在不断扩展。

RS技术是不直接接触物体本身,从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息,经过信息的传输及其处理分析,识别物体的属性及其空间分布、动态变化等特征的技术,随着RS技术的发展,其在工程建设等领用的应用也越来越频繁;GNSS技术使测绘领域的定位技术发生了革命性的变革,以高效率、高精准的三维坐标定位技术逐渐代替了传统的以测角、测距、测水准等为主体的常规地面定位技术,并以其具有的高精度、全天候、高灵活性等特点,广泛应用于国土、水域、森林等精准化定位工作中[8-10];GIS技术的特点是把空间数据作为研究的对象,在利用各种地理图形的基础上,用计算机对空间数据进行录入、编辑、存储等操作的综合分析技术系统,GIS技术的不断发展也为特高压线路工程建设中应用该技术提供了便利条件[11]。

2 3S技术在特高压线路工程建设中的应用
淮南-南京-上海1 000 kV特高压交流输变电工程线路工程长度700余公里,途径
安徽、江苏、上海两省一市的22个县市,线路走廊处于东部经济发达地区,通道情
况复杂,建成任务艰巨,文明施工、环保水保要求高,建设管理难度大。

工程中的苏通管廊是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最高的超长距离GIL
创新工程。

为推动淮南-南京-上海1 000 kV特高压交流输变电工程建设,工程依托3S技术搭
建了前期可研工作平台应用于可研阶段、设计优化平台应用于设计阶段、三维可视化施工管理平台应用于施工阶段、三维数字化移交平台应用于生产阶段,形成工程
基建全流程服务体系服务于工程基建信息化。

同时结合苏通管廊以工程建设管理的监控指挥服务为本,结合地理信息技术与可视化技术构建三维可视化支持系统,实现
了工程建设过程的实时监控、调度协调、应急指挥和技术成果展示。

工程整体情况如图1所示。

2.1 利用前期可研工作平台辅助可研工作
前期可研工作平台主要是基于RS/GIS技术,利用卫星影像,整合走廊多源信息,辅助
勘测设计人员进行路径选择,方便进行技术经济比较,为业主决策和初步设计服务。

同时,达到提高初步设计质量和效率,减少对环境扰动,降低本体工程造价,提升项目整体经济效益的目的。

在可研阶段,结合工程路径、0.5 m分辨率高清卫星影像、30 m采样间隔的数字高程模型、基础数据、专题数据和工程数据,通过对数据预处理,在完成卫星影像的纠
正配准、融合输出后,可在前期可研工作平台中进行DEM数据的等高线叠加显示、地形比例分析,基础数据、专题数据及工程数据渲染、叠加等,实现多源数据的叠加
显示与空间分析;基于可研路径优化原则与方法,在前期工作平台中也可以对路径长度、房屋拆迁量、重要交叉跨越、林区面积等多方案关键指标量对比分析,同时利
用平台耦合自动优化排位技术,辅助杆塔规划。

图1 工程整体情况图
2.2 利用设计优化工作平台辅助初设工作
设计优化平台是在可研阶段成果基础上,集成了GNSS(全球导航卫星系统)、
IMU(惯性导航系统)、Helava(海拉瓦系统)、断面测量及杆塔排位技术的工作平台,可实现高清航空影像、姿态位置信息的精密处理、实现路径综合优化设计及通道清理信息统计,为工程技术调整、进度控制、经费控制等方面提供有力保障。

在设计阶段,以可研阶段最终设计路径为依据,开展路径沿线及覆盖宽度不小于2 km、平均影像地面分辨率优于0.2 m的航空影像获取工作,并在进行影像增强、格式转换等预处理工作后,将获取的航空影像制作成镶嵌图,以辅助外控与像控点布点
方案确定、沿线及其影像覆盖范围内的外业调绘,同时开展GNSS外业观测与解算、像控点刺点与整饰工作;在开展空三内业处理后,形成满足要求的空三成果,实现外业调绘信息、数字高程模型、数字正射影像的数据输出与叠图生成;基于三维可视化
的优化设计工作平台,依据路径优化原则,开展路径初步调整、立体环境精确调整、
电子模板实时排位、特殊情况精细调整等工作,并进行最终路径交叉跨越、跨房面积、林区面积统计以及专题制图输出。

2.3 利用施工管理平台辅助施工过程管控
三维可视化施工管理平台主要是利用地理信息、影像信息库、施工信息库等数据,
基于GIS三维可视化技术以及全过程信息化技术服务体系,结合多源地理信息管理、移动地图服务、数据传输加密等技术应用支撑,满足施工过程管控服务需求。

在施工阶段,对工程覆盖范围内的航空影像、卫星影像、数字地面模型、基础地理
信息矢量数据、杆塔线路信息、交叉跨越信息等数据进行范围、格式、坐标统一预处理工作后,开展数据集成、数据配置、平台搭建,并进行系统发包服务,辅助施工招投标;布置移动端影像采集传输平台,进行施工过程现场状况实施反馈与统计分析,实
现施工过程监管,并辅助巡线道路实施方案规划;还可以利用无人机航测技术,搭建施工可视化管控系统和三维可视化房屋拆迁管理系统,开展施工现场全景监控,辅助开展环水保、房屋拆迁等通道清理工作。

2.4 利用安全管控系统辅助安全管理
在施工阶段,可以融合无人机遥感、计算机智能识别等技术,建立特高压输电线路施工现场智能化安全管控系统,基于影像智能匹配自动检索提取弃土弃渣、防护围栏等影像特征,针对特高压施工现场安全管控的工作特点,建立施工安全管控两级分类的解译特征库,利用自动解译结合专家辅助解译的方式,对施工安全问题进行归类分析,运用云存储服务和瓦片式管理,影像成果和解译成果在三维地理信息系统环境中进行展示,可实现施工现场安全管控信息的快速获取、智能处理以及实时分发,提高管控效率。

2.5 利用数字化移交平台形成工程数字化档案
三维数字化移交平台是以RS/GIS技术为基础,以三维数字地球为载体,集成了地理信息、电力工程、施工过程等数据,以多源数据联动、管理、检索为支撑,形成线路工程数字化档案,满足工程数据信息化建设应用需求。

在生产阶段,利用杆塔结构图制作与实体1∶1对应的真实三维模型及绝缘子串等模型,完成三维设备设施建模工作,并结合线路情况和杆塔设计属性、标段信息、杆塔信息、耐张段信息、绝缘子串信息、基础信息、导地线信息等属性信息录入三维数字化移交平台,结合工程竣工图纸,进行资料整理入库以及检查无误后,进行档案资料与相应塔位、模型的关联,搭建工程数字化档案,构建三维应用场景。

利用三维数字化移交平台,便可以将地理数据、属性数据、模型数据以及档案数据集成到平台中,再现工程沿线的三维地理环境及数字化档案集成管理,为运营服务提供重要的数据支撑。

2.6 利用管廊三维可视化支撑系统提升工程建设管理水平
三维可视化支持系统是基于GIS、BIM、虚拟现实技术、大数据技术、互联网+技术等手段统一构建的集监控、指挥、调度、应急、宣传于一体的工程施工过程管控系统,通过构建三维数字化工地和创新化的工程建设管理模式,可实现工程建设管理水平的提升。

该系统通过构建工程直观、立体的三维数字化工地作为交互窗口,将工程三维可视化宏观展示与管廊掘进施工的微观精细化表达相结合,直观展现管廊从地表到地下的整个场景、施工现场布置以及GIL、接引站和终端塔的连接关系,在线实时接入人员、设备、物资、视频等监测信息,实现对进场人员、车辆设备、作业环境、盾构掘进、视频监控、物料预存、物资运输等动态监控与可视化管理(图2)。

图2 管廊工程监控指挥中心
2.6.1 三维数字场景
借助遥感影像、数字高程模型,利用无人机航空摄影对工程范围进行高精度地形地貌数据采集、加工、处理、发布,基于三维数字地球构建工程周边三维数字化地形地貌。

通过三维数字化仿真建模技术,结合施工平面布置图纸以及现场纹理特征数据,针对工程现场房屋、绿化、道路、摄像头等地标对象进行三维建模,构建三维数字工地模型。

结合管廊设计图纸、地质钻探数据、盾构机参数等内容,基于三维数字化仿真建模技术实现管廊铁塔、地质断层、盾构隧道、施工机具的三维仿真模拟,作为监测管理载体。

2.6.2 实时监控
三维可视化支持系统可以进行实时监控,具体包含以下四个方面的内容:
(1)远程视频监控:基于三维数字工地和摄像头,实现对引接站、管廊、生活区等区域的全方位监控,对高风险区域实施重点监控,实时调阅监控视频,支持云台控制功能实现对摄像头的远程操控。

(2)人车实时定位:基于Local Sense无线射频技术实现人员、车辆位置的实时定位
与轨迹模拟,定位精度最优达10 cm级、一般遮挡下达30 cm,满足项目对人员设备的定位需求;提供管廊内部的一维定位和地面施工场地的二维定位支持,实现获取人员车辆的实时相对位置信息,并传输到监控指挥中心,在三维数字工地上实现人员车辆位置信息的动态模拟与轨迹记录,提供电子围栏功能,实现特殊区域非法访问预警。

(3)人员设备监测:在三维数字工地上查看人员设备分布和属性信息,对施工现场设备情况进行快速统计,与门禁系统对接实现施工现场人员数量快速统计,辅助及时了解入场人员设备整体情况。

(4)盾构机运行监测:基于网络爬虫技术实现盾构机设备的监测信号实时接入,通过对盾构机设备的管理后台进行监控,从后台管理页面窗口实时爬取获得盾构机工作参数、运行姿态、掘进进度等信息,通过监控大屏进行直观展示并对核心指标进行分析预警,以方便后方管理人员的远程实时管理、领导实时查阅。

2.6.3 现场管理
三维可视化支持系统可以进行辅助进行现场管理工作,具体包含以下四个方面的内容:
(1)施工进度管理:在三维数字工地上,以三维模型直观展现目标区域施工进度情况,辅助管理人员及时掌握工程进度,对接施工网络进度计划,同步管理盾构机生产交付进度、勘察设计进度等内容。

(2)物料预存监测:基于无线射频芯片实现物资在线扫码管理,跟踪生产、运输、使用全过程物料变化情况,及时预警物料预存情况,避免生产、运输无法保证现场使用的情况发生。

(3)施工环境监测:实现对隧道内施工区域的有害气体、含氧量、温湿度监测,监测数据实时反馈到监控指挥中心,通过设定监测预警阈值,当监测值超标时以警报提示,减少安全事故的发生。

(4)隧道健康监测:施工过程中获取水土压力、钢筋应力、隧道沉降等隧道结构安全健康监测数据,根据监测数据及时反馈隧道结构安全情况。

2.6.4 工程移动管理
借助私有云平台与移动互联等信息网络技术,基于移动终端(android、IOS)和PC 端,统一构建苏通GIL综合管廊移动工程管理系统,移动端可提供工程动态、内部通讯、人员签到、设备签到、数码照片采集、云盘共享、安全管理、进度管理等服务支持,以信息化手段辅助推动管廊工程施工过程管控的标准化和规范化建设,提高施工管理效率和质量。

同步提供Web端的管理后台应用支持,对移动端采集的信息进行后台管理维护,解决业主项目部内业管理工作需要。

Web端与手机APP基于统一的云服务器进行数据的共享管理,在保障数据安全基础上辅助施工现场管理,通过信息互联互通与共享发布,强化业主单位对工程现场信息的及时掌握,满足业主单位多级管理的需要,以信息化手段辅助推动管廊工程施工过程管控的标准化和规范化建设。

3 结束语
通过工程实践应用,在特高压线路工程建设中应用3S技术,提高了设计工作的准确度和精细度,保障了路径成立的可靠度,促进了电网信息化管理的发展,提升了施工过程安全、质量、进度、环水保、房屋拆迁等方面的管控水平;在管廊工程建设过程中,在提高安全质量管控水平的同时,全面打造工程建设管理的智能“大脑”,为特高压工程的顺利建设提供智能坚强保障,取得了良好的社会效益、经济效益、环境效益和管理效益。

2019年初,国家电网有限公司提出了“三型两网”的发展战略,即打造“枢纽型,平台型,共享型”企业,建设运营好“坚强智能电网,泛在电力物联网”。

而3S技术和基于3S技术延伸的相关技术,凭借其自身的特点和优势,在推动电网工程建设技术发展上具有独特优势。

此外,还需要探索将3S技术与“云大物智移”技术进行有效
结合后,将其在特高压工程中进行更加深入地应用,从而可以进一步推动“三型两网”发展战略的实现,使3S技术在电网工程建设中发挥更大的作用,以更好地推动3S技术的发展。

参考文献
【相关文献】
[1] 刘振亚.特高压电网[M].北京:中国经济出版社,2005.
[2] 柴蓓.特高压交直流电网输电技术及运行特征综述[J].工程技术,2018(4):246-248.
[3] 李震宇.交流特高压线路工程建设中的环境保护措施[J].电力建设,2010(9):34-38.
[4] 舒印彪.1 000 kV交流特高压输电技术的研究与应用[J].电网技术,2005,29(19):1-6.
[5] 蒋荣安,阎平.三维数字化电网技术辅助特高压工程施工管理[J].电力勘测设计,2007(5):65-68.
[6] 任海峰,刘小生.3S技术在工程中的应用状况[J].南水北调与水利科技,2004,2(5).24-26.
[7] 张志刚,尤春芳.基于3S技术的自然资源一体化检测调查体系探索[J].北京测绘,2019,33(4):476-479.
[8] 孟灵飞,谢东祺,白云.CORS RTK技术在土地利用数据调查中的应用[J].测绘与空间地理信
息,2014,37(11):199-201.
[9] 李俊峰.关于地理国情监测的探讨[J].北京测绘,2012(2):68-70.
[10] 胡凯龙,刘清旺,穆喜云,等.差分GNSS系统在大兴安岭地区森林资源调查中的精度分析[J].林业
调查规划,2015,40(4):1-6.
[11] 李红慧.基于3S技术精准化调查在第三次土地调查中的应用[J].北京测绘,2018,32(11):1361-1364.。