基于三维GIS技术的配电网线路的设计方法
刘永福 杨 勇 辽宁沈阳农业大学 （110161）
摘 要：本文阐述了应用GIS开发工具SuperMap设计基于三维图象的农村配电线路的方法，介绍了如何利用现有的等高线生成数字高程模型(DEM)的技术，论述了三维模型建立的基本技术和在三维真实感场景下实现了配电线路的三维显示、查询与分析功能。
关键词：配电线路；数字高程模型；三维图象；GIS 0 引言
随着我国农村电网改造的进一步发展对配电线路的建设和维护都提出了新的要求。如何有效降低配电线路的建设和维护费用以及提高配电网络自动化水平已经成为需要迫切解决的问题。我国现在大多数的配电线路地理信息系统(GIS)都是基于二维的，以分层的形式显示地形和各种地表特征已经不能适应设计要求。近些年来，以空间可视化技术和空间数据库技术为支撑的三维GIS技术的蓬勃发展，在大规模地形显示、空间数据管理和分析等方面都取得了突破性的进展，因而为研究新一代可视化配电管理系统提供了必要条件。
1 三维GIS技术
世界原本是处在三维空间之中。随着大规模地形显示和分析算法的出现以及实现三维GIS的关键技术的突破性进展，三维GIS技术已逐渐进入应用阶段。与二维GIS相比，三维GIS用X,Y,Z来表述空间对象，对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术来展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且还能描述和表达它们之间的垂向关系，同时具有对空间对象进行其特有的三维空间分析和操作功能。与CAD及各种科学计算可视化软件相比，三维GIS技术具有独特的管理复杂空间对象的能力及空间数据分析方法。三维GIS除了具备传统二维GIS的传统功能以外，还具有如下的基本功能：
(1)包容一维、二维对象。将传统的二维GIS中的一维、二维对象置于三维立体空间中，存贮它们的真实几何位置与空间拓扑关系，以表现这些对象在垂直方向上的变化关系。
(2)三维空间的DBMS管理。三维GIS的核心是三维空间数据库。三维空间数据库对空间对象的存储与管理使得三维GIS既不同于CAD,也不同于传统的二维GIS。
(3)三维空间分析功能。空间分析三维化，也就是直接在三维空间中进行空间操作与分析，使得三维GIS明显不同于二维GIS，同时在功能上也更加强大。
2 开发环境
在Windows2000操作系统环境下采用超图公司的SuperMap，以可视化编程语言Visual Basic6.0为开发语言，属性数据库管理软件采SQLServer2000。
2.1 三维模型的建立
(1)三维数据的获取。为构造研究区域的实际地表，必须建立精确的数字高程模型(Digital Elevation Model简称DEM)。数字高程模型的获取有很多方法，这里采用的方法是将原始矢量地图的等高线图层利用SuperMap Deskpro为工具采用反距离加权插值法生成为数字高程模型。而DEM通常是指在某一投影平面(如高斯投影平面)上规则格网点的平面坐标(X,Y)及高程(Z)的数据集，该数据集从数学上描述了该区域地貌形态的空间分布。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有规则的格网系列，其间隔可以由用户定义，一般随地貌类型的不同而改变。
(2)三维模型的建立。将数字高程模型（DEM）数据由Super3D控件在三维空间中显示出来便可以看到层次清楚的三维地形，若是有卫星遥感照片，在三维地形生成的同时把照片叠加上去，这样就可以很容易地生成真实感很强的三维地形。
(3)三维地物设备和模型的建立。本设计中的三维地物和设备主要是指配电设备（如电杆等）和地表跨越物（如建筑物、树木等）。可以在矢量图层中创建模型断面的二维面数据集，然后准备模型的纹理贴图，在数据库中创建高程和贴图字段（TEXTUTR、HEADTEXTER），之后浏览三维模型就可以看到具有真实感的电杆和地物存在于三维地形中了。整个三维防真具有严格的地理空间坐标系，这为以后的三维空间查询显示和空间分析奠定了基础。如图1为电线杆的模型，图2为建筑物贴图图片。
图1 电杆模型图
图2 建筑物贴图图片
2.2 属性数据库的建立
建立与模型相关的各类属性信息数据库，把属性数据库和空间数据库相结合，以支撑三维环境下的目标信息查询。通常把属性数据通过设计对应的表结构存放在商业化的关系数据库中，如Oracle、SQLServer、Sybase等，这里采用了SQLServer2000。对于这种类型的数据，我们可以利用ODBC（开放式数据库互连）技术，并通过定义关键字段进行远程操作，从而达到存取数据的目的。
2.3 三维配电线路GIS软件的集成二次开发
集成二次开发是利用专业的GIS工具软件(如MapInfo、SuperMap等)来实现GIS的基本功能。以通用的软件开发工具尤其是可视化开发工具(如Visual Basic、Visual C++、Delphi、Power Builder等)进行二者的集成开发。
(1)OLE／DDE技术
采用OLE Automation技术或利用DDE技术，用软件开发工具开发前台可执行应用程序，以OLE自动化方式或DDE方式启动GIS工具软件在后台执行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。
(2)GIS控件技术
利用GIS工具软件生产厂家提供的建立在OCX技术基础上的GIS功能控件，直接将GIS功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。利用
控件开发速度快，占用资源少，而且易实现许多底层的编程和开发功能。
独立开发难度较大，而单纯二次开发又受GIS工具提供的编程语言的限制，因此，GIS工具软件与可视化开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用可视化开发语言所具有的高效、方便等编程优点。集二者之所长能大大提高应用系统的开发效率。同时，使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序，不仅具有更好的外观效果和更强大的数据库功能，而且可靠性好，易于移植，便于维护。开发流程图如图3所示。
集成二次开发已成为应用GIS开发的主流方向，但它前期投入比较大，需要同时购买GIS工具软件和可视化编程软件,已经掌握了一种编程语言的非GIS专业人员来说，是最为理想的选择。
3 系统功能
（1）三维场景显示和浏览功能。重建和还原了地形和地物，真实再现了线路走廊的地面形态。三维场景可以任意平移、缩放、旋转，同时实现了任意指定的路径显示和飞行浏览等功能。
（2）二维和三维相结合的查询功能。用户选择查询功能后，就可以浏览和查看配电线路上的电杆、线路及其相关设备和配电线路本身的属性信息。
（3）三维空间分析功能。能够提供一个动态的空间环境，用以在相应的空间氛围中创建和显示物体，为进一步的空间决策做好准备。如可以实现环境仿真、洪水淹没等模型分析，可以明显和直观的看出洪水灾害对线路和设备的影响情况。
（4）指定线路的剖面分析功能。可以提供配电线路或任意指定路径的剖面图，这大大减少了线路的规划的工作量。系统生成的剖面图如图4所示。
（5）图表的显示和输出功能。系统能根据需要提供电杆明细表、设备属性表、设备照片和各种统计表等。可以提供三维场景的正视图、任意视点的当前视图、剖面分析图以及各种查询分析的结果输出等。
4 结束语
地理信息系统和三维可视化技术及空间数据库技术相结合产生了三维地理信息系统。将该技术引入配电线路管理中，使配电线路信息和三维地理信息相结合，给用户展示出了配电线路真实三维面貌。纵观目前国内外的现状，对于三维地理信息系统的研究虽然已取得了很大的进展，但三维地理信息系统的理论和应用研究总体还处于探索阶段，还有很多方面有待进一步完善。
参考文献：
［1］肖乐斌,钟耳顺,刘纪远，等.三维GIS的基本问题探讨.中国图像图形学报,2001,6(9). ［2］王学超.配电自动化中的动态地理信息系统.电网技术,1999,23(8):58~60. ［3］基于3维地理信息系统的输电线路管理系统.电网技术,2003,27(10):43~47.
［4］ 李光辉,孟遂民,唐冰冰.基于TL-MapInfo软件应用VB开发输电线路选线设计,三峡大学学报,2003,25(3):259~262. ［5］ SuperMap Objects开发教程.北京超图公司,2003.
【关闭窗口】
*最佳浏览请用 IE 4.0 以上浏览器 建议采用800x600/256色或以上显示模式浏览本网站*
©中国农村电气化信息网 版权所有
指导部门：原国家经济贸易委员会电力司
主办单位：农村电气化期刊社(中国电力企业联合会农电分会、中国电机工程学会农村电气化分会)
北京天衡可再生能源有限责任公司
承办单位：北京天衡可再生能源有限责任公司
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容