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輸電線路路徑智能優(yōu)選研究

文檔作者：王剛李志斌文檔來源：北京洛斯達(dá)數(shù)字遙感技術(shù)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年07月12日
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I|m _ =幾= L
巖土工程．勘測 輸電線路路徑智能優(yōu)選研究 嘲嘲嘲 =
輸電線路路徑智能優(yōu)選研究
王剛，李志斌
(北京洛斯達(dá)數(shù)字遙感技術(shù)有限公司，北京 100120)
摘要：輸電線路路徑選擇是多目標(biāo)決策過程， 受地形、水文、氣象、地質(zhì)、土地利用、交通運(yùn)輸?shù)纫蛩刂萍s，
要考慮到各種定性、定量、確定和不確定的信息，加之評價指標(biāo)不一致，使得決策過程異常復(fù)雜、難以建立
統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。本文借鑒國內(nèi)外人工智能在鐵路、公路和電力線路設(shè)計中的應(yīng)用經(jīng)驗，提出了基于GIS輸
電線路智能優(yōu)選方法。該方法引入了層次分析法進(jìn)行影響因素權(quán)重分析，運(yùn)用四叉樹原理建立空間變分辨率
柵格成本表面模型，利用改進(jìn)的A 算法進(jìn)行最短路徑分析，試驗證明了方法的可行性和適用性。
關(guān)鍵詞：輸電線路；智能優(yōu)化；A 算法；GIS。
中圖分類號：P2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1671—9913(2016)06—0033—04
Route Intelligent Optimization Scheme of Transmission Line
WANG Gang，LIZhi-bin
(Beijing North—Star Digital Remote Sensing Technology Co．，Ltd．，Beijing 100120，China)
Abstract：Transmission line routing is a multi—objective decision process and can be influenced by topography,
hydrology,meteorology,geology,land use，transportation and other factors．The decision—making process is very
complex；it is dificult to establish a unified mathematical mode1．In this paper,the intelligent optimization method
of transmission line routing based on GIS is proposed according to pertinent literature．The weights of influencing
factors were analyzed by analytic hierarchy process(AHP)．A variable—resolution raster cost surface model for path
optimization was established using quad trees structure．And then path optimization analysis is calculated using the
improved A algorithm．The experiment proved the feasibility and applicability of the method．
Key words：transmission line；intelligent optimization；A Algorithm；GIS．
1概述
隨著數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)計中的應(yīng)
用，傳統(tǒng)的以CAD為基礎(chǔ)的設(shè)計平臺逐漸被
以GIS為基礎(chǔ)的三維數(shù)字協(xié)同設(shè)計平臺所取
代，規(guī)劃設(shè)計人員可以充分利用多源信息進(jìn)行
輸電線路路徑的規(guī)劃和比選。然而，參與比選
的方案是設(shè)計人員憑經(jīng)驗提出的，不可避免的
包含人為因素和局限性， 易造成決策的混亂。
而且一般的三維數(shù)字設(shè)計協(xié)同平臺僅借助了
GIS的數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)計功能，而忽略了GIS強(qiáng)
大的空間分析能力。
GIS作為空問數(shù)據(jù)的主要獲取和管理手段，
可以將影響選線的因素進(jìn)行計算機(jī)量化和空間
表達(dá)，并通過空間分析和最優(yōu)路徑算法實現(xiàn)輸
電線路的智能優(yōu)選，從而更好的輔助輸電線路
優(yōu)化設(shè)計。本文將從影響線路路徑主要因素分
析著手，研究影響線路路徑因素及其空間量化
表達(dá)，結(jié)合層次分析法和A 算法，建立基于地
理信息系統(tǒng)的最優(yōu)線路空間分析模型，并通過
特高壓工程實例對研究成果進(jìn)行驗證。
收稿日期：2015-06-24
作者簡介：T~1](1980-)，男，湖北隨州人，碩士，高級工程師，從事電力勘測設(shè)計工作。
2016年12月 第6期 - 5^5^
2影響路徑因素及權(quán)重計算
2．1影響路徑主要因素
輸電線路經(jīng)過的地域范圍較廣，所經(jīng)過地
區(qū)的環(huán)境復(fù)雜多樣，受地形坡度、土壤類型、
水系分布、道路走向、交叉跨越、房屋建筑、
氣溫風(fēng)速、覆冰情況等地理條件的影響，不同
路徑方案輸電線路的建設(shè)投資有所差異。依據(jù)
輸電線路設(shè)計相關(guān)規(guī)程、文獻(xiàn)以及專家經(jīng)驗調(diào)
研結(jié)果，將影響路徑選擇的主要因素總結(jié)見表I。
表1 輸電線路影響因素分類
禁止通過區(qū)域 施工避讓區(qū)域、協(xié)議要求避讓的規(guī)劃區(qū)域。
軍(嚴(yán)格避讓區(qū)) 事 區(qū)、自然保護(hù) 區(qū)、斷裂帶、地質(zhì)災(zāi)害點、
重冰區(qū)、礦區(qū)、采空區(qū)等。
除禁止通過區(qū)之外的區(qū)域，包括線路長度、交
可以通過區(qū)域 叉跨越、高程條件、坡度條件、地震裂度、覆
(成本計算區(qū)) 冰條件、交通運(yùn)輸、居民點、污穢條件、土壤
類型、線路轉(zhuǎn)角。
2．2影響因素權(quán)重計算
不同因素對線路路徑的走向影響程度不一，
決策者對各指標(biāo)的重視程度亦不一，各個因子
的影響程度和重視程度用權(quán)重來衡量。研究中
采用層次分析方法進(jìn)行各因素權(quán)重賦值。層次
分析法是一種定性與定量相結(jié)合、集系統(tǒng)化和
層次化為一體的多因素綜合分析方法。它是一
種對非定量事件做定量分析的手段， 同時可以
對大量不確定性、模糊性、隨機(jī)性因素及相互
關(guān)系提出一種量化的決策，使復(fù)雜問題簡單明
了化。通過專家調(diào)研確定了各類因素劃分層次
結(jié)構(gòu)見圖1。
通過構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型， 填寫判斷矩陣、
權(quán)重計算、一致性檢驗、得到各因素的權(quán)重計
算結(jié)果。
3空間模型建立及分析方法
3．I模型描述及格網(wǎng)劃分
圖I 影響因素層次結(jié)構(gòu)
輸電線路的選線工作是在連續(xù)空間中規(guī)劃
出一條最優(yōu)路徑，可以抽象為GIS中的基于成
本表面的路徑規(guī)劃問題。解決此類問題的常用
做法是將連續(xù)空間進(jìn)行離散化，劃分為一個個
鄰接的柵格單元，每個單元存儲經(jīng)過該單元的
成本值或困難程度，所有單元構(gòu)成了“成本表
面”。以成本表面中每個單元的中心為節(jié)點，以
節(jié)點之間的連線為邊， 以每個單元的成本值為
34 。2016年12月第6期
邊的權(quán)重，形成一個連接加權(quán)圖。利用最短路
徑算法能獲得一串從起點到終點的格網(wǎng)單元，
單元的中心點連線便是規(guī)劃出的路徑。
為了降低數(shù)據(jù)冗余提高計算效率，連續(xù)空
間柵格化采用了基于四叉樹思想構(gòu)建的變分辨率
柵格成本表面模型。通過不斷的將具有多重性質(zhì)
的柵格單元四分為大小相等的子?xùn)鸥駟卧钡?
所有的柵格單元都具有唯一的性質(zhì)。圖2是一
個三值的8×8的柵格層及其對應(yīng)的四叉樹，先
將一個連續(xù)域細(xì)分為四個子域 w，NE，SE，
SW)，再對具有多重值的子域進(jìn)行不斷的分割。
曹h _ =幾= L
T 靼． ：IIlI 由仕收 女僅知芻b 生m ?
圖2 變分辨率柵格成本表面模型
經(jīng)過格網(wǎng)劃分后， 對與地物邊緣相交的區(qū)
域柵格單元進(jìn)行細(xì)分， 被地物完全包含的或不
與地物鄰接的柵格單元不進(jìn)行細(xì)分。
3．2格網(wǎng)成本計算
3．2．1各因素量綱統(tǒng)一
影響路徑方案的因素來源分散種類繁雜，
衡量的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，有定量的因素，也有定
性的因素。將多種因素統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行定量表達(dá)，
形成某一地理位置的影響因素的綜合評定， 是
實現(xiàn)計算機(jī)自動選線的前提條件。
不同量綱數(shù)據(jù)，需要合理的分等定級和歸
一化處理。影響因素量化分級考慮兩個方面的
內(nèi)容，一是影響因素內(nèi)部進(jìn)行合理區(qū)分， 二是
因子之間進(jìn)行相互比較。架空輸電線路勘測設(shè)
計規(guī)范為各影響因素的處理提供了量化及分級
的依據(jù)。參照規(guī)范和專家意見將各影響因素對
路徑選擇的適宜程度劃分為適宜、較適宜、中等、
較不適宜、不適宜五個等級，專家打分法分別
對應(yīng)賦值為1分、2分、3分、4分、5分，見表2。
表2 影響因素等級劃分
_ ■疊 】 1分 『 29 I 35~ I 45~ J 5分
頤葡 砸l 適宜 f較適畝f }J等 I較不適官I不活官
3．2．2單因子成本計算
在確定各影響因素標(biāo)準(zhǔn)化量級后，需要按
照量化指標(biāo)以及權(quán)重指標(biāo)計算格網(wǎng)單元的成本。
(1)線狀影響因素計算
為減少輸電線路經(jīng)過線狀影響因素，對電
力線、通訊線以及公路鐵路等交叉跨越要素標(biāo)
準(zhǔn)值定為0或5。若線性要素在格網(wǎng)內(nèi)，則該格
網(wǎng)的成本為5，否則為0。
(2)面狀影響因素計算
面狀影響因素主要包括覆冰、地震烈度、
污穢、坡度、高程以及居民地等要素，按照因
素分級將成本值設(shè)置為0～ 5的值，其中0表
示沒有某項影響因素的影響，1～ 5表示根據(jù)分
級的不同所形成的標(biāo)準(zhǔn)化值。在進(jìn)行成本計算
時，首先對影響因素的數(shù)據(jù)與成本表面(即格網(wǎng))
進(jìn)行疊置運(yùn)算，計算某? 格網(wǎng)的分值。其計算
方式為：
D Σ( i x (1)
式中：D為某一格網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化值，即成本值；
為該格網(wǎng)中某一影響因素中某一級的分值：
R 為該級占該格網(wǎng)的面積百分比。
(3)其他要素計算
線路長度成本計算。將初始格網(wǎng)對角線長
度定義為標(biāo)準(zhǔn)化值的最大值5。其他單位長度在
此基礎(chǔ)上進(jìn)行劃分，見圖3，距離成本主要分為
兩部分，水平距離成本和傾斜距離成本。圖中的
首級格網(wǎng)的傾斜距離成本即設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)化值的最
大值5，對于首級格網(wǎng)水平距離的標(biāo)準(zhǔn)化值，即
為5×2／2。對于第二級格網(wǎng)，其距離成本同樣分
為傾斜距離成本和水平距離成本，則第二級傾斜
距離標(biāo)準(zhǔn)化值為5／2，第二級格網(wǎng)水平距離的標(biāo)
準(zhǔn)化值為5X2／4， 以此類推，可計算第N級格
網(wǎng)的傾斜和水平方向的標(biāo)準(zhǔn)化值。在求得標(biāo)準(zhǔn)化
值后，利用標(biāo)準(zhǔn)化值 距離權(quán)重即得到距離成本。
2316年12月 第6期 - 5^ F首
級格網(wǎng)
，
、
／
口
水、f 離J 小
圖3 距離成本計算方式
線路轉(zhuǎn)角成本計算。對于線路轉(zhuǎn)角成本的
計算，首先計算兩格網(wǎng)節(jié)點的方向值，通過方
向進(jìn)行夾角判斷，從而根據(jù)夾角值大小以及線
路轉(zhuǎn)角分級標(biāo)準(zhǔn)得到某一轉(zhuǎn)角的標(biāo)準(zhǔn)化值， 即
單元格線路轉(zhuǎn)角成本。
3-2．3綜合成本計算
成本表面模型中每個單元格都存放著多種
影響因素的成本值。成本值是多種影響因素標(biāo)
準(zhǔn)與其相應(yīng)權(quán)重的乘積求和。每格網(wǎng)成本表面
模型采用下面公式來計算每個格網(wǎng)單元自身的
成本值。
n
： (wi× ) (2)
式中： 和 是第i個影響因素的權(quán)重和影響
因素標(biāo)準(zhǔn)化值， 即單元格成本值；iv／為影
響因素的個數(shù)。
3-3路徑分析方法
確定最優(yōu)線路路徑方案， 即是以花費(fèi)作為
搜索權(quán)重的最短路徑分析。最短路徑問題是圖
論研究中的一個經(jīng)典算法問題，旨在尋找圖(由
結(jié)點和路徑組成的)中兩結(jié)點之間的最短路徑。
目前對基于地理信息系統(tǒng)的最短路徑搜索算法
主要有Dijkstra算法、模擬退火算法、遺傳算法、
A 啟發(fā)式算法等，本文在綜合各類算法優(yōu)缺點
的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的A 算法作為路徑分析的
核心算法。
36 。2016年12月第6期
4試驗與分析
本文選取酒泉一湖南±800 kV直流輸電線
路工程陜西段280 km線路進(jìn)行路徑優(yōu)選試驗。
本試驗區(qū)基礎(chǔ)格網(wǎng)為200 m，對于敏感區(qū)域采用
50 m格網(wǎng)計算得出智能優(yōu)選路徑，該路徑能夠
有效的避讓礦區(qū)、大型水庫、城鎮(zhèn)等區(qū)域，能
夠有效避讓海拔較高區(qū)域、污染較嚴(yán)重區(qū)域等，
達(dá)到合理避讓目的。同時，智能優(yōu)選路徑與人
優(yōu)化路徑走向基本保持一致，見圖4，而且統(tǒng)
計結(jié)果表明，兩條路線通過的專題區(qū)域長度基
本保持‘致，路徑總長差異較小， 表明智能優(yōu)
化線路與人 優(yōu)化線路相似度較好。
圖4 人工選線與智能優(yōu)化選線結(jié)果對比
人L路徑優(yōu)化時，可研和初步設(shè)計階段一
般選擇l：5萬地形圖， 即圖上l mm，代表實
地50 m，因此利用50 m 的格網(wǎng)進(jìn)行智能優(yōu)選，
獲取結(jié)果能夠滿足可研和初步設(shè)計階段的精度
要求。
5結(jié)語
本文基于GIS技術(shù)、A 算法、層次分析
法提出解決輸電線路擇優(yōu)問題的方案，形成了
路徑優(yōu)選的算法模型，其應(yīng)用關(guān)鍵在于影響線
路路徑因素的分析以及量化表達(dá)。本文將該療
法應(yīng)用于特高壓直流輸電線路路徑優(yōu)選 [作中，
通過專家調(diào)研確定影響因子， 并采用層次分析
法、專家打分法計算權(quán)重關(guān)系，經(jīng)空問數(shù)據(jù)的
柵格化處理、表面成本計算以及基于A 算法的
最短路徑分析，得到路徑優(yōu)選成果。試驗表明
路徑優(yōu)選結(jié)果與人工選線結(jié)果基本吻合， 能夠
在線路可研規(guī)劃、初步設(shè)計階段為設(shè)計人員提
供決策支持。
巖土工程．勘測 輸電線路路徑智能優(yōu)選研究臣聊嘲嘲岫翻曼 鼉 詈
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式中： ：(0．6～ 0．7s)，8．7即為爐膛的瞬態(tài)
抗爆設(shè)計壓力，PID 為引風(fēng)機(jī)最大
全壓。
由于本工程鍋爐爐膛的瞬態(tài)
抗爆設(shè)計壓力為±9．8 kPa， 因此
(一)PID = 一14．29～ 一17．86 kPa。
因此，鍋爐爐膛的瞬態(tài)抗爆設(shè)計壓力為
±9．8 kPa時，爐膛所能適應(yīng)的引風(fēng)機(jī)在環(huán)境
溫度下TB點風(fēng)壓安全線下限取為一14 kPa。
本工程引風(fēng)機(jī)環(huán)境溫度下TB點的風(fēng)壓
為12533 Pa，小于14 kPa的安全線。因此，
本工程的爐膛爐膛的瞬態(tài)抗爆強(qiáng)度滿足引風(fēng)
機(jī)的要求，鍋爐爐膛是安全的。
3煙風(fēng)系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)選型的研究結(jié)論
二次再熱鍋爐不同的再熱器調(diào)溫方式將
對煙氣系統(tǒng)的方案擬定產(chǎn)生影響， 由于本工
程的鍋爐再熱系統(tǒng)的主調(diào)溫方式采用燃燒器
擺動+煙氣擋板的調(diào)溫方案，二次再熱的調(diào)
溫方式對煙風(fēng)系統(tǒng)的影響不大，煙風(fēng)系統(tǒng)的
方案擬定可借鑒常規(guī)一次再熱大容量煤粉鍋
爐的配套煙風(fēng)系統(tǒng)。
對比一次再熱機(jī)組， 由于二次再熱機(jī)組
能夠降低機(jī)組的煤耗指標(biāo)，相應(yīng)鍋爐的煙風(fēng)
量也將降低。煙氣系統(tǒng)的方案可以借鑒一次
再熱機(jī)組，風(fēng)機(jī)的煙風(fēng)流量將適當(dāng)降低，風(fēng)
機(jī)的運(yùn)行壓力基本不變，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗相
應(yīng)降低。
綜合比較、分析，本工程的一次風(fēng)機(jī)推
薦采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕
量30％、另加溫度裕量(按夏季室外大氣溫
度38℃計算 ，壓頭裕量為25％。
送風(fēng)機(jī)推薦采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，
送風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量5％、另加溫度裕量(按夏
季室外大氣溫度38℃計算 ， 壓頭裕量為
l5％ 。
引風(fēng)機(jī)推薦采用動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。引
風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕量10％、另加溫度裕量15℃，
壓頭裕量為20％。設(shè)備選型規(guī)格表見表8。
表8 設(shè)備選型規(guī)格
啊 ■■ 一 蛆翻 盟K -翔 I口啊 ■嘲 一
1 送風(fēng)機(jī) 動葉可調(diào) 流式TB工況 2 △
355．6 m ／s 4879 Pa 口
2 動葉可調(diào)軸流 TB工況 △ 一次風(fēng)機(jī) 144 2 口
．3 m ／s 19469 Pa
3 引風(fēng)機(jī) 動葉可調(diào)軸流式， 2 △
TB：735．6 m ／s，9392 Pa 口
參考文獻(xiàn)：
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[S】．
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設(shè)計技術(shù)規(guī)程【s】．
2016年12月 第6期 - 5■、0／'

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