面向电力选线的多级网格空间数据模型研究

面向电力选线的多级网格空间数据模型研究 面向电力选线的多级 网格空间数据模型研究 11232袁敬中于 泓蒋荣安娄书荣赵俊生，，，， (1. 华北电网有限公司，北京 100120;2. 北京洛斯达科技发展有限公司，北京 100120; 3. 武汉大学，湖北 武汉 430072) 面向电力选线的数据模型的设计是实现电力自动选线的关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 本文在分析当前研究较多的栅格数摘要:。 据模型的基础上综合利用栅格和矢量空间数据模型的优势提出了一种面向电力选线的多级网格空间数据 ，， 模型该模型可以根据选线区域地形和各种影响因素复杂程度的不同自适应的选择不同等级的网格参与影 ，， 响因素代价值的统计并参与最优路径计算最后本文通过A*算法利用该模型进行了电力选线实验结果 ，。，，表明该数据模型能够提高选线策略的合理性。 栅格数据模型电力自动选线A*算法关键词:;;。 TM727 B 1671-9913(2011)06-0064-05中图分类号:文献标志码:文章编号: Research on Spatial Data Model of Automated Route Siting for Power Lines 11232YUAN Jing-zhong, YU Hong, JIANG Rong-an, LOU Shu-rong, ZHAO Jun-sheng (1. North China Grid Co. Ltd., Beijing 100053, China; 2. Beijing North-star Science and Technology Development Co. Ltd., Beijing 100120, China; 3. Wuhan University, Wuhan 430079, China) Abstract:,,The design of data model is the key problem of achieving automatic power route siting. Presently there is some discussion on the raster data model. Based on it, this paper presents a multi-grid spatial data model for power line siting. It integratedly uses the advantage of raster and vector spatial data models. And it can adaptively select the gird of different levels to participate in the statistics of the influencing factor’s cost value and the calculations of optimum paths on the basis of the terrain and the complexity of influencing factor in the route siting area. At last, this model is used to the experiment of power route siting via A* algorithm. The results show that the multi-grid spatial data can improve the rationality of route siting strategy. Key,words:,the raster data model automatic; power route siting; A* algorithm. 1 背景 地形和地质等诸多因素。传统的主要通过专家 经验和人工主观判读的电力选线方法需要花费 输电线路的选线工作是输电线路设计的主 大量的人力和时间，选择的线路的好坏与选线 要内容之一，选线需要综合考虑地貌、地物、 * 收稿日期:2011-11-03 作者简介:袁敬中(1966- )，男，高级工程师，从事电网设计及管理工作。 人员的经验和主观判读能力有密切的关系，难取，然后为每个影响因素赋予不同的权重，计 算出最终的网格单元的通过代价值。该方法中 以确保选线的合理性。因此，计算机自动选线 的需求日益增加。 可以使用多个级别的网格，每个级别的网格单 元大小相等，例如:2km×2km 、1km×1km和 GIS 作为空间数据的主要获取和管理手 段，可以将影响选线的因素进行计算机量化和 500m×500m的网格。然而，一种网格层次的栅 空间表达，并通过空间分析和最优路径算法实 格数据难以满足不同的地理区域的不同影响因素 现电力的自动选线。要实现计算机自动选线， 的信息提取。本节首先分析电力选线的诸多影响 设计合理的针对电力选线特点的空间数据模型 因素，及其空间数据表示方法;然后根据影响因 是需要考虑的关键问题。 素在不同分辨率层次上的作用大小，设计自动适 当前，诸多学者利用栅格数据模型将选线 应影响因素复杂变化的多级网格数据模型;最 区域划分为网格单元， Monteiro利用栅格数据 模型对各种影响因素进行计算，将各种影响因 后，对各种影响因素的提取方法进行论述。 素转化为通过网格时的花费代价，然后利用动 态规划算法进行电力线路通道选择。Ahmadi和 2.1 电力选线影响因素分析 Schmidt等在栅格模型的基础上利用ArcGIS的 输电线路设计的好坏与电网的施工、运 工具和空间分析功能设计电力线路;Beazer1和 行与维护的成本和工作效率有密切关系。高质 Beazer等针对栅格数据模型设计了软件工具用 量的线路的设计需要充分了解输电线路的特点 于计算选线影响因素代价。这些研究都在一定 和选线区域的地形、地貌、地质和地物的现 程度上提高了选线的智能性，然而，这些方法 状。输电线路通常具有明显的地理特征，需要 使用栅格数据模型主要是基于栅格数据格式， 综合考虑四大类因素，地形地质因素:高程、 模型中使用的网格大小相同，模型的设计没有 坡度、坡向、地震、风、雪、雷电等;地貌因 考虑具体空间区域的地形、地物的复杂情况， 素:军事区域、森林、自然风景区、矿区、水 并且选线的各个影响因素对选线影响方式的不 资源，河流跨越，野生物;社会经济因素:农 同，使得选择的线路难以达到较高的精确性。 业区、居民区等;技术因素:道路、铁路、管 华北电网有限公司以多年实际选线的经验 线、电线等跨越信息。 为基础，针对管理区域地形复杂的状况，针对 这些影响因素来源分散，种类繁杂，衡量 当前研究存在的问题，提出一种新的自适应多 的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 各不相同，即有定量的因素，也包括大 级网格数据模型，根据网格覆盖区域的和影响 量定性的因素。如何有效的将多个因素进行数 因素的不同，自动选择不同分辨率的网格计算 字化表达，并将定性的因素定量化表达，形成 各个影响因子的值，然后自动选择不同层次的 计算机能够识别的数据，并统一标准，对各个 网格参与最优路径运算，并通过A*算法进行实 影响因素进行综合分析形成某一地理位置的影 际线路设计，结果表明该数据模型能够提高选 响因素的综合评定，形成有效的数据模型，是 线策略的合理性。 实现计算机自动选线的前提条件。本文根据各 个影响因素对选线所起的作用不同，将影响因 素分为以下几种类型:?禁止通过区域，例如 军事区域、自然风景区的核心区域、矿区和野 生物区域等;?尽量避免通过区域，森林、居 民区等;?限制通过方式的区域，例如、跨越 2 多级网格数据模型设计 河流、铁路和高速公路等;?方便通过区域， 在电力自动选线中，当前研究和使用较多 地形平坦、距离公路较近等区域。 的栅格数据模型，是通过将选线的备选区域进 GIS作为一种有效的空间数据表达技术， 行网格划分，形成规则的网格单元，每个网格 可以利用不同的方式对各种类型的数据进行表 的值代表通过网格时或者从邻近网格到该网格 所需要花费的代价。网格的值主要是通过综合 与其他影响选线因素的空间数据叠加分析来获 示。可以用DEM表达研究区域的高程信息，然 本文提出的多级网格模型，在栅格网格模后根据DEM，利用空间分析功能，计算出区域 型的基础上，为每个栅格单元同时建立对应的 矢量网格单元。在影响因素值提取时，采用栅 的坡度和坡向信息;用线矢量数据表达铁路、 电线等数据，并可以根据比例尺大小的不同选 格数据与DEM、坡度图和各种栅格数据格式的 择用线或者用面来表达道路、管线等数据;用 影响因素进行叠加分析，得出这个影响因素的 面矢量数据表达军事区域、自然风景区、居民 影响值。同时，不需要将各种矢量数据格式的 地等信息。DEM和栅格格式的数据有利于与栅 数据转换为栅格数据，例如河流、道路图、居 格格式的网格叠加和统计分析，矢量格式的影 民地等数据，而是利用栅格单元所对应的矢量 响因素数据有利于与矢量格式的网格进行各种 栅格数据与这些影响因素进行叠加和各种空间 空间分析。因此，本文将综合利用栅格和矢量 分析，提取各个影响因素在网格中通过时的影 模式的网格作为基础，设计多级网格模型。 响值。然后将栅格网格统计的各种值并入到矢 量格式所表达的网格模型中，最后，利用矢量 网格进行最优路径选择。 可以对区域进行多种网格等级的划 2.2 多级网格数据模型 分，可以创建 4km × 4km 、 2km × 2km 、 利用较多的栅格数据模型，可以利用网格 500m×500m、250m×250m和125m×125m等。 单元行列号计算出网格的位置信息和邻近网格 网格单元的大小对选线的结果具有重大影响， 的信息，见图1，栅格数据的网格关系示意图， 每个网格都与八个方向上的邻近网格相连通， 较大的网格单元计算速度快，可以选出粗略的 在最优路径设计时，可以计算通过不同邻近网 线路通道，但是单个网格难以准确表达网格内 格需要消耗的代价，然后选择总体代价较小的 所有区域的信息，使得部分复杂区域的数据代 网格通行。在进行每个网格的影响因素值计算 表了整个网格单元的影响代价值，使得计算难 时，首先将影响因素的数据进行栅格化处理; 以精确，并且由于单个网格覆盖区域内部分禁 化为栅格格式的数据;然后与网格进行叠加分 止通过区域会影响到整个网格的通行，使得最 析，计算出每个网格的单个影响因素的值;最 终选择的通道会绕过该网格区域，进而增加了 后，根据各个影响因素的权重计算出网格内的 选线的不合理性;较小的网格单元，计算需要 综合通过代价。单一的栅格数据模型影响因素 值统计时，需要将影响因素图层转换成栅格数 花费的时间较长，线路较为具体，但是较细的 据，这样会在增加计算复杂性的同时，降低数 网格难以表达较大范围的影响因素，使得难以 据的精度。 统计部分影响因素的值。因此，本文设计了多 级网格数据模型，根据网格覆盖区域的影响因 素的复杂层度自动选择不同等级的网格进行影 响因素代价值统计，结构示意图如图2所示。 在较粗层次的网格中，根据每个网格内的 2 2 3 4 4 5 影响因素的复杂层度，可以选择较细层次的分 割方法，在线路选择时，首先在较粗层次上选 1 2 4 5 5 3 择较粗的选线范围，并建立缓冲区，形成一个 选线粗级通道;然后，在粗级通道内选择较细 1 1 0 5 6 5 的通道，再在较细的通道上选择更细的通道， 以此类推逐级选择，直到在最细的网格层次上 6 6 5 8 8 7 选出线路为止。见图2 ，首先在第1 层的网格 划分方法中选择通道，然后在第2层和第3层进 行，直到最底层为止。 7 7 7 6 6 6 图1 栅格数据网格关系示意图 种定性及定量的影响因子定量化和图形化。 确定选线区域范围，定义和获取各个影 第一层 响因素的数据，并根据范围生成不同层次的网 格，并对网格进行编码和中心坐标提取;其 第二层次，利用DEM数据计算坡度和等高线，利用叠 加分析和统计分析功能，提取每个网格内的平 均高程值和平均坡度值;再次，根据不同类型 第三层 .的影响因子生成不同种类的矢量图层，例如城 . 第四层 .镇、村庄、河流、道路、风景区、矿区和土地 图2 逐层选线图 利用等多种数据;将各类影响因子数据包括禁 止区域通过数据融合和各种空间分析，提取出 2.3 数据转换工具功能设计 各种影响因子在网格内的影响等级;最后，为 每个网格单元中的每个属性设置相应的属性等 智能选线需要网格数据和影响选线的因子 信息的图形化，数据处理和转换的目标是把各 级。图3为数据处理的流程图。 图3 数据处理流程 针对某些影响因素的数据，在较粗的网格3 实验与分析 中对网格的代价影响较大，而该网格下层网格中 图5为100km×40km的研究区域的DEM、 形成的多个子网格的影响值差别过大，则利用该 坡度图、和1km×1km的网格图和影响因子提取 网格的下层网格数据取代该网格，来计算各个子 网的通过代价值，图4为叠加分析的示意图。 的属性表。本文利用A*算法选择电力线路，图6 是选线结果的对比图，图中红色线是利用单层 网格模型选线，首先在1km×1km的网格划分层 次上选出较粗通道，然后再在500km×500km和 250km×250km的层次上选择电力线路的最终结 果，从图中可以看出，该方法首先在1km×1km 选择通道，难以从两个禁止通过区域公园和矿 区中间的较窄的通道里通过。图中蓝色的线为 利用多级网格选线的结果，多级网格可以根据 地形和影响因素的复杂层度自动组合不同层次 的网格参与线路选择，因此，在1km×1km级 别的粗选时，在通过公园和矿区区域时，调用 较低层次的网格层的数据参与计算，使得线 路可以通过该区域，然后再在500km×500km 图4 影响因素提取示意图 和250km×250km的层次上选择更细的线路。 图5 研究区域的DEM图坡度图1km1km网格图和影响因子属性表 、、× 图6 选线结果对比图 Applied to Electric Line Routing Optimization. 4 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, 输电线路的选线受到多种因素的影响，数 2005,20(2). 据模型的设计和选择是实现高效和合理选线的关 Salman Ahmadi, Hamid Ebadi and M.J. Valadan [4] 键问题，当前的研究和利用较多的是栅格数据模 Zeoj. A New Method for Path Finding of Power Tr ansmission Lines in Geospatial Information 型。本文针对栅格数据模型存在的问题，提出了 System Using Raster Netw o rks and Minimum 一种多级网格数据模型，该模型可以根据空间区 of Mean Algorithm[J]. World Applied Sciences 域的地形、地物的复杂层度选择不同层次的网格 Journal,2008, 3 (2). 参与电力选线的运算。实验结果表明，该模型具 Schmidt Andrew J. Implementing a GIS Methodology [5] 有较好的适应复杂地形和地物的能力。 for Siting High Voltage Electric Transmission Lines [J]. Papers in Resource Analysis , 2009, (11). 参考文献: [6] Volkan,Yildirim and Recep Nisanci .Developing [1] Barnard Jenny. Using GIS in electrification and a Geospatial Model for Power Transmission Line network planning[J](GIS technical.2008. Routingin Turkey[J]. FIG Congress 2010,2010:11-16. [2] 刘春霞，王家海.基于空间分析的送电线路选线方法[7] Robert Beazer, Daniel P. Ames Ph.D. P.E.Integrating [J](测绘工程，2008，17(3)(Social Attitudes and Spatial Data in Siting Power [3] Cláudio, Monteiro et al. GIS Spatial Analysis Lines using the DotSpatial Framework.2011.