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遥感让电力工程建设更高效

遥感影像除了能提供最优化的线路选择方案以外,遥感探测还能重复地、周期性地探测同一地区的目标物,这就有利于电力工作人员在分析不同时期的数据变化基础上,动态性地掌握目标物所表面及内部所发生的变化。

  随着我国经济发展,电力需求紧迫,本着可持续发展的目的,无论是电力线路设计、维护,以及电力消费估算、调配都需要科学分析。遥感技术因为利用覆盖面大,对地表情况真实拷贝、所获取的数据大具有综合性,而且可持续检测地表景观的变化,加上更新速度快,因而遥感技术逐渐成了电力工程建设的主力军。

  理想的输电线路设计手段

  想用传统方法实现我们现在对电力线路设计的所有要求是非常困难的,如果想设计出一条最优化的线路,设计人员经过沿途外业调查、内业修改确定,同时必须要对该线路所经过的区域地理面貌和地面物体以及地质情况非常的熟悉了解。利用遥感技术进行电力线路设计不仅在很大程度上提高了电力线路设计的质量,并且也有效的降低了成本。

  输电线路的设计原则主要包括以下几点:尽可能的走直、短的线路,把成本降到最低;安排线路走向上尽可能的避开村庄或者建筑物,以免增加拆迁成本或者给村民造成打扰;需要与别的地物交叉跨越的线路得考虑跨度和走向,以免增加施工的难度和架设的成本;线路塔杆的架设必须避开重要地物,比方说输油管道之类;线路塔杆的架设处地质条件应该符合要求。传统的电力线路设计一般都是有经验的专业设计工程师根据相关原则在地图上选择出一条路线,通过外业沿线寻找并修改以找到最合适的线路,这样会耗费大量的人力、物力和财力。

  同传统的电力线路设计手段相比,遥感仪器能探测到覆盖大范围、同一时段的遥感数据。这类数据整体性地呈现了地球表面上的诸多人文和自然现象,宏观地映射出地球上各类物体的分布及特征,它完整而真实地展现了人工建筑、水文、植被、土壤、地貌、地质等地物的形态及特征,从各个角度全面地揭示地物间的关系。遥感图像经过融合处理和几何纠正以后,不仅提供了大量的实时的地面物体信息,同时还提供了准确精密的几何位置信息,专业的线路设计人员就可以结合其它的辅助类信息、规范等,以此为基础来进行线路设计了。通过地质条件的分析和地面物体的判断就可以分析出能确定的线路转角的位置,并且用矢量形式在遥感影像上标注,根据图像的几何分辨率和对地面房屋以及交叉或者跨越的物体进行分析、统计并设计出最优化的方案。在电力工程线路的选择上,应用遥感还可以分析不良地质、水文地质、地质构造等地貌的基本信息。判断其是否有对电力线路较大影响的地震地质、人工坑洞、冲沟、水库坍塌、河岸冲刷、盐渍土、沼泽地、沙丘、岩溶、泥石流、岩堆、错层、滑坡等。通过遥感器对目标物周围地貌条件的分析,如植被覆盖率、土质、地下水等情况,并对之做综合的分析,以便判断该地区是否会出现上述各种不良地质情况,防止日后工程出现各种事故。

  遥感影像除了能提供最优化的线路选择方案以外,遥感探测还能重复地、周期性地探测同一地区的目标物,这就有利于工作人员在分析不同时期的数据变化基础上,动态地掌握目标物表面及内部所发生的变化,这就避免了传统勘测手法的弊端,从而为工程的选址和维护提供理论基础。另外,通过研究自然界的变化规律,特别在环境污染、自然灾害、极端天气情况下,遥感的作用又能得到凸显。

  相比传统电力线路设计所耗时间和人力,遥感影像还是高效的。某工程位于南美洲国家,地理纬度为南纬40°,输变电网工程为带状区域测量,带状长度为400千米,带宽2千米,测量比例尺为平面1:5000,垂直1:500。该公司提供的测量方案采用轻小型机航空遥感系统进行测量,系统设备组合模式为稳定平台+ POS + LiDAR + 数字测量相机。航拍时间为3-5天,内业数据处理时间为3个星期提交工程成品资料。通过对整个带状区域随机检查,其平面点位精度为0.35 cm,高程精度为0.18 cm,交叉跨越物高程精度为0.24 cm,完全满足《330 kV~750 kV 架空输电线路勘测规范》(GB 50548—2010)中相关规定。

  有力的维护、巡视手段

  电力系统中存在大量架空线路,长年经受自然条件和周围环境的影响,事故较多。在实际运行中,需要加强巡视和维护,预防事故的发生。然而,由于部分输变电线路地处山区,仅依靠人工巡线,往往不能保证巡视到位。因此在众多线路故障原因中,多是由于林木接近线路、大风等原因造成倒杆、断线事故。此外,架空线路下面或两侧树梢容易碰触导线或造成弧光放电,从而引起线路接地或短路。

  近几年来,随着全数字摄影测量技术和多角度遥感技术的不断成熟,加上遥感技术的成功应用使电力勘测设计的理念和手段发生了新的变化,它为解决上述问题提供了有利条件。结合电力行业的需求,使用直升飞机巡线,获取电力线走廊的多角度遥感影像数据,研究利用多角度影像数据生成数字表面模型,提取电力导线与周围物体之间的距离,进而根据距离的大小进行预警对电力线路及其周围环境高程信息进行预警。预警机制可以判别线路附近的植被冠层是否已达到危险的高度或位置,以便及时修剪,确保线路运行安全。同时,也可节约因逐段检查线路所需的大量人力和物力,对于丘陵或山区的架空线路来说意义尤为重大。

  还可以通过遥感影像结合GIS平台,对电力线路沿线进行分析,找出易发生事故的地区进行重点监控;并通过GIS平台对事故进行预警演练,在事故发生时即可套用演练步骤,减小损失。

  电力消费量估算新手段

  及时、准确地获取电力消费量的时空分布特征对于科学制定电力调配计划、实现电力资源优化配置具有重要的理论和现实意义。目前电力消费量计算方式以行政区域为基础统计单元,它难以提供行政单元内部的空间分布信息,不能充分揭示电力消费量的空间差异性,妨碍了电力消费数据与其他社会经济要素、自然要素的融合以及综合分析。因此,对统计电力消费量的空间化引起了国内外学者的关注。其中利用美国军事气象卫星DefenseMeteorological Satellite Program (DMSP) 搭载的Operational Linescan System (OLS)传感器获取的夜间灯光数据进行电力消费量的空间化是一种重要的研究手段。1980 年,Welch 分析了美国夜间灯光面积与能源消耗量之间的关系,首次证明了DMSP/OLS夜间灯光在国家或区域尺度上监测能源消耗量的可行性。随后,一些学者发现夜间灯光与电力消费量之间有着密切的关系,并开始广泛研究。其中DMSP/OLS 夜间灯光卫星数据在监测人类活动方面具有独特的优越性,它能反映综合信息,涵盖了城市、居民地、道路等与电力消费量、人口等社会经济要素空间分布密切相关的信息,因此使用夜灯数据时不需要再单独考虑这些因素,所需数据量较少,易于实现。

  该方法还有一个重要优点在于所使用的DMSP/OLS 遥感夜灯数据和NDVI 数据都在不断更新,且都是免费公开获取的,因此可以实现电力消费量空间化的动态更新,并及时准确地获取电力消费量变化的时空特征。有针对浙江省电力消费量估算和影响因素分析研究表明,应用DMSP/OLS分析方法在浙江省电力消费量的空间化模拟具有较高的精度,全省68个市县电力消费量模拟平均相对误差绝对值为26%。有32个市县的模拟相对误差绝对值小于20%。其中,对杭州和宁波2个特大城市的模拟误差仅为2.54%和4.24%。可见这个方法适合海拔不高的大城市。相信以后会有更准确的方法和模型来进行电力消费量估算,以便合理布线,科学分配电力资源,达到可持续发展的目的。

  遥感不是一个新鲜事物,只是近十几年才有了广泛行业应用。无论是电力,还是林业、农业、城市规划、灾害应急等,都是遥感影像可以涉足的,这都是遥感影像的特殊属性决定的。随着技术的发展,高精度、自主采集的国产遥感影像供应会越来越多;相信国产遥感影像经过生机勃勃的春天,会有更多遥感影像应用如夏花般怒放。(本刊编辑丨张鹏英)

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