GIS和遥感分析技术在电力优化选线上的应用研究

总结了GIS和遥感分析技术在电力优化选线上的应用价值。

【关键词】：GIS；遥感分析技术；电力优化选线；地表特征提取

引言

输电线路径选择是电力工程设计的首要任务之一，路径勘探是电力路径设计的前提，路径选择的好坏影响着电力系统的安全性、便利性和经济性。随着各种新兴技术的出现，电力路线勘探技术也得到了很大的发展，目前输电线路径选择已广泛采用卫星拍照、航拍、全数字摄影测量等高科技技术，为设计合理、经济的电力路线提供了指导。其中，GIS和遥感技术的结合应用，是目前流行的电力优化选线技术。

1. GIS和遥感技术特点

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）是一种具有空间三维信息的信息系统，通过传感器、计算机、软件程序等软硬件设施，对地理表面空间的地理分布数据进行采集，然后计算机进行运算和分析处理，最后得到详细的地理状况描述。遥感技术是通过卫星或者飞机发射和接收电磁波，从而探测地表的地理形貌特征，能够非常方便地得到地球环境资源信息。在电力路径选线中，遥感技术可以实时、高效快速地获取地面的地理信息，对输电线沿路的地质地貌特征也能进行处理，择优选取最佳路径。通过GIS和遥感技术，分析输电线沿路地理特征，有利于提高设计工作的效率和设计的合理性，这也是数字化、自动化、信息化电力工作改革的进展之一。

2.基于遥感技术的输电线路径选择方法

GIS和遥感技术在电力优化选线当中的应用，其中存在一些关键性的技术问题，主要包括以下几点：

（1）对于输电线路径选择有用的信息需要被提取出来，主要是居民区、公路、水体和沿线的建筑物等信息，这些因素是铺设输电线的阻碍因素，这些信息的提取涉及到多光谱遥感数据的地表信息自动提取方法。

（2）利用遥感立体影像数据建立数字高程模型，可以提供输电线路径的沿线地表坡度，从而更好的指导路线的设计选择。

（3）将遥感技术获得的地表信息等数据，集成到GIS系统中，构建GIS空间分析模型，通过对模型的处理，得到居民区、水体、道路等物体自动识别结果，从而设计合理的线路，能够绕开这些区域，节约经济成本。

遥感图像地表信息提取算法是对遥感图像中的物体光谱特征和纹理特征进行分析，设置了多个特征变量对物体的光谱、纹理特征进行描述，通过确定多个特征变量的值，进行流程判断处理，从而得到最终的处理结果。参与决策树分类的四个特征描述变量分别为：多光谱波段的亮度值、NDVI（归一化植被指数）和第一波段纹理对比度参数（Band1Con）等。遥感图像的地表信息提取流程可以描述为：原始图像进行处理后，归一化植被指数NDVI数值分类进行处理，NDVI≥0.1时，为水体或阴影，进一步判断B4的数值，B4≤115为水体，否则为阴影。NDVI<0.1时，为非水体类地物，对NDVI的进一步分析，可以分别出是道路、居民地裸土，还是林地、耕地；再对道路、居民地裸土情况下的第一波段纹理对比度参数（Band1Con）数值进行比较，Band1Con>0.6的为居民地、水泥道路，Band1Con<0.6的为沥青道路裸土，对其他特征参数的进一步辨识，可以确定哪些是裸土、沥青道路、水泥道路或者居民地。

3.遥感技术应用实例

选取面積尺寸为5KmX16Km的范围区域作为研究对象，设计电力线路的最佳路径。根据实地勘探的结果可知，研究区域的地貌特征主要为低山丘陵地带，山体最大海拔为250m，地势主要为平坦地势，区域内存在分布复杂的水系、河流交错，但是研究区域内没有不良的地质结构。道路分布情况，区域内交通线路复杂，有高速公路、国道、省道等多条道路。居民地分布情况，研究区域内有建筑物集聚比较紧密的城镇2个，还有许多规模大小不一的村落，城镇周边存在污水处理厂、垃圾处理厂、自来水厂、制药厂等。这些地理要素的分布都是输电线路径设计需要考虑的要素，因此对这些数据的处理比较麻烦。

现在选取17个GPS控制点，对遥感图像进行校正，误差控制在2个像素以内，采用文中之前提出的地表信息提取算法进行处理，主要辨别出居民区、道路、水体等物体，这些影响因素对输电线路的设计具有非常大的影响。如图1所示为地表信息提取算法的处理结果，地表信息提取算法是根据影响的特征区别，从模板样本中进行学习，提取相关的分类规则，再对遥感图像进行处理，分析图像的光谱特征、纹理特征和空间分布特征，再进行层层判断，最后得到各种物体的分类结果。

4.实例结果与分析

根据图像的处理结果，可以清晰地看到研究区域土地的类型有道路、居民地、水体、背景地物等实体，在图1中，分别以不同颜色的图标进行标识：各种白色笔直狭长的区域为道路，块状的深色区域为居民地，弯曲的狭长黑色带为水体，灰色的部分为背景地物。遥感图像的处理存在很多不确定的因素，各种地表物体由于结构、颜色、组成等物理性质的不同，使得不同物体对电磁波的反射效果有不一样的结果，在光谱图中的特征差异有的非常大，容易辨别，而有的差异比较小，很难进行辨别。因此，需要通过设计多个特征变量进行判断，，地表信息提取算法中设计了多个光谱、纹理辨别特征量，4 个多光谱波段的亮度值、ND VI（归一化植被指数）和第一波段纹理对比度参数（Band1Con）等6个特征变量。

5.结语

GIS和遥感技术的应用，可以根据多种类型的遥感数据，建立地表的三维空间地理信息，这都是基于遥感图像的光谱、纹理信息处理结果得到的。然后采用地表信息提取算法有效地区分出地表物体的种类，如居民区、道路、河流、山体等特征明显的物体。随着遥感技术的不断发展，获取的数据精度将会进一步提升，能够得到的地表信息也会越来越多。这些信息的获取，对输电线路径的规划具有非常大的指导意义，可以节省很多的物力和财力，具有重大的经济价值。

参考文献：

[1]徐世泽，许琳.遥感技术在输电线路工程建设及运行中的应用[J].中国勘察设计，2011（1）：111-114.

[2] 许军强，邢立新，潘军.遥感技术在高压输电线选线中的应用[J].遥感技术与应用，2006，21（2）：168-172.

[3] 阎平，熊晓光，蒋荣安，等.应用高分辨率卫片三维选线平台进行规划选线[J].电力勘测设计，2008（4）：12-14.

作者簡介：王双飞 （1994.09.23—），男 ，单位：江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院 ，研究方向 ：地信/遥感 。