GoogleEarth在电力设计领域的应用

GoogleEarth在电力设计领域的应用

夏涤非

夏涤非

（中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司沈阳110179）

摘要：GoogleEarth软件是近年来应用十分广泛的一个基于数字化地球模型的GIS软件，GoogleEarth不仅为用户提供了引人入胜的高清卫片和海量的旅游、文化、气象等信息，而且给电力工程设计提供了一种新型的设计工具。本文就GoogleEarth在电力设计领域的主要应用进行了较全面的介绍，供读者参考。

关键词：GoogleEarth，电力设计

引言：

GoogleEarth，（以下简称GE）是谷歌公司2005年6月推出的一个数字化地球软件，它把卫星照片、航空照片和地理信息（GIS）数据集成在一个三维的数字地球模型上。用户只需下载和安装一个客户端软件，就可以免费浏览全球的高清晰度卫星照片和调用气象、三维地形数据等海量数据库信息。

通过持续购买第三方数据和自己公司的采集，谷歌公司对GE的卫星图片和其它数据不断滚动更新。由于卫片和航片分辨率高、定位准，高程数据库覆盖全球、精度较高，且绝大部分数据和API免费向用户开放，因此，自GE软件推出开始，就迅速得到全球用户的广泛关注，其软件功能也在十多年中也不断升级和扩展。

由于GE具备GIS软件特有的图形与数据库相结合以及三维可视化的特点，恰恰与近年工程设计领域的三维设计、可视化、数字化设计等技术发展趋势相辅相成，因此，GE软件在工程咨询和工程设计领域迅速推广，在我国的电力设计行业也得到了广泛的应用。以下将根据GE软件在电力设计主要项目类型、不同阶段的主要应用分别加以说明。

1.GoogleEarth在项目测量和勘察中的应用

1.1GE在工程测量中的应用

GE在电力工程测量中的应用主要优势在前期咨询阶段小比例尺地形图的导出和应用上。

在测量方面GE软件最大的优势是通过GE的卫片（航片）图片库，可以较准确的体现测量范围内的地物形状和尺寸。2010年7月之后，GE卫片的分辨率逐步升级，其大部分范围内通用分辨率最高等级（17级）对应的测量图比例约为1：5300，在国内重要城市和重点地区分辨率可达到0.54米甚至0.27米，对应的测量图分辨率约为1：1500（19级）和1：800（20级）。

在地形测量上，因为GE内置了数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）数据，可以通过第三方的GIS或地图软件将其中的DEM数据提取出来，按对应比例绘制出等高线地形图。目前国内开放的DEM数据库主要有ASTER-GDEM和SRTM3两种。GE采用的是SRTM3高程数据，其空间分辨率为90米，值域范围是-152-8806米。ASTER-GDEM空间分辨率为30米，值域范围是-152-8806米。

根据地貌特征，两种DEM的高程数据一般精度在2-30米不等。根据经验，在较平坦的低海拔地区，SRTM3的精度略高；在复杂的丘陵和中低山区，ASTER-GDEM精度略高；在落差变化剧烈的高原山区，二者数据误差都很大。在国外，可以下载精度更高的SRTM1数据。

由于前期咨询阶段（初可研、可研）一般对地形图的比例要求不会大于1：5000，所以，由GE卫片（航片）与等高线地形图叠合生成的简略地形图在精度上完全可以满足该阶段要求。而且，由于GE的卫片和高程数据不断更新，对地物和地貌变化的准确性一般要好于同样小比例的实测地形图，能更准确直接的表现测量范围内的最新变化。

1.2GE在地质勘察中的应用

在地质勘察工作中，GE应用的优势同样在项目前期阶段体现得比较突出。在项目前期阶段，利用GE软件可以对项目选址、选线直观的进行宏观、微观地貌单元的划分，可以根据卫片对选址进行区域地质情况的描述，可以根据三维地形对选址区域进行宏观的地质灾害危险性评估。

在工程勘察阶段，特别是对于线路、进场道路等带状区域进行工程勘察阶段，GE能够在勘探布点阶段为控制网观测、驻地选择、进场路线选择等提供直观的帮助，能很大程度提高现场勘探作业的效率。

2.GoogleEarth在电源项目设计中的应用

在火力发电厂、风电场、光伏发电厂等电源项目的设计中，GE主要应用在工程选址阶段。

在规划选址阶段，电源项目主要明确厂址的区域位置，在工程选址阶段，主要工作内容是落实厂址用地和厂址外部条件。

2.1GoogleEarth在火力发电项目设计中的应用

火力发电厂的工程选址相对复杂，除了满足厂区用地要求之外，还要落实与厂址相关的铁路、公路、电气出线、供排水管线、灰场等主要的外部条件。有了GE这个得力的数据采集工具，可以在不进行大比例现场实地测量的前提下，在较大区域范围内进行多厂址的选择和比较，在筛选出主要比选厂址后，再有目的的开展现场踏勘和实测，大大的提高了厂址选择阶段的工作效率，扩大了厂址的比选范围。

除了工程选址等前期工作阶段，在项目设计中也会经常用到GE软件做为辅助设计手段。比如很多位于城市周边的热电厂，由于距离周边的生活、文化设施等敏感区域较近，而前期测量时不可能将附近区域都进行实际测量，为了避免对敏感设施造成噪声、有害气体等不良影响，需要将有污染的车间和设施布置在远离敏感设施的位置，这时，GE直观和相对准确的定位就可以做为总图布置的重要依据。

2.2GoogleEarth在风力发电、光伏发电项目设计中的应用

1）风力发电场项目设计

风力发电厂的选址一般分宏观选址、微观选址两个阶段。

宏观选址主要落实风场所在区域和拟接入系统的变电所、出线走廊、临时和永久道路的接入点等外部条件。当可用地范围确定后，在GE上进行宏观选厂直观而方便，特别是对于需要大面积测量图但没有测量条件的项目，用GE导出小比例测量图进行前期宏观厂址比较是目前较常用的方法。

在微观选址阶段，GE主要用于落实机位和厂内、外的线路路径选择及永久、临时道路的路径选择，特别是在植被茂密不宜踏勘的丘陵和山区，GE能给道路和路径的选择提供“眼见为实”的设计依据，可以尽可能的减少路径选择中重复的踏勘和修改。对于没有实测条件的风电项目，甚至可以直接利用GE导出微观选址中WasP、WindFarmer等常用软件所需的地形图，结合测风数据、表面粗糙度等参数，对风机位置进行优化调整，确定风机布置。

2）光伏电站（地面光伏）项目设计

在光伏电站项目设计中，GE主要用于厂址的比选工作。在微观选厂阶段，光伏电站厂址除电站用地面积和平整度要求外、电站用地的朝向和坡度、电站接入系统的距离、电站附近是否有影响光伏效率的排污企业等也是重要的厂址比选条件。

当光伏电站厂址区域确定后，在GE上可以直观的对可用地进行面积、坡度、朝向的测量，同时可以结合现场探勘，落实厂址附近是否存在冶金、石油化工、火电站等产生大量粉尘和烟雾的高污染企业，为给厂址比选提供重要依据。

3.GoogleEarth在变电、送电项目设计中的应用

在变电项目设计中，GE主要用于变电所厂址的选择，用于落实站址用地、高压线进出走廊、进场道路、供排水管线等外部条件。其主要功能与火力发电项目中的作用相近，在此不再赘述。

在送电项目设计中，近年GE软件的应用比较普及。

在送电线项目设计前期阶段中，可以利用GE对线路路径的选线进行优化；通过GE卫片和航片的放大功能，可以使线路避开某些地形图不能标注的军事、国防、航空航天等重要设施，提高选线方案的可行性和效率。同样，在没有地形图或地形图覆盖范围不全的情况下，可以用GE导出线路路径的三维地形模型，并在CAD等第三方软件内进行快速的选线，绘制线路的平、剖面图。

在初设和施工图阶段，通过将线路路径制成KML或KMZ文件导入GE，可以直观的对线路的征地、交通、危险点等进行校核，防止因测量图的信息遗漏造成路径和塔位选择的失误。

（下转第433页）

4.GoogleEarth在境外项目设计中的应用

近年来，受一带一路政策引导，国内各电力工程建设集团纷纷走出国门开拓境外市场，而设计院是境外电力项目中不可或缺的排头兵。由于国内外项目建设程序和国家基础设施建设条件不同，有些发达国家和地区在设计基础资料和相关信息的储备上十分完善，有些欠发达国家和地区缺少必要的设计基础资料。

在设计输入资料储备良莠不齐的市场环境下，GE软件在不同的境外工程发挥了不同的辅助作用，在发达国家我们见到了很多国内没有的、基于GE平台的各种GIS数据服务；在欠发达国家，GE及其周边软件提供的数据为项目前期甚至施工图提供必不可少的地形、地物和气候、环境等重要信息。

在某发达国家的政府防灾网站上，有基于GE地形和地图数据建立的洪水灾害查询系统。该系统将某一区域所有河流的水文资料输入到基于GE开发的防洪GIS系统中，只要输入要查询地区的经纬度甚至街区门牌地址，就可以看到该位置在附近某条河流或者某几条河流同时发生不同重新频率的洪水时是否受到影响，以及发生洪灾时该点的洪水水位。这种公开的数据查询系统让工程设计时的厂址（线路）防洪设计变得非常简单，只需把厂址或塔位经纬度输入即可校验是否受到1/50或者1/100洪水水位的影响，大大降低了水文勘查的工作量。

在某欠发达国家的输变电项目中，前期选线（站址）阶段由于缺少小比例地形图，当地公司试图将某欧洲公司自己用GE转的地形图冒充实测图高价兜售遭到拒绝。后来仅用了不到两周的时间，和一个简单的国产GE第三方软件，就将三条高压输电线合计近300多公里的带状图导出。

5.GoogleEarth在电力工程三维设计中的应用

从上世纪末开始，国内各电力设计院开始引进或自主开发三维工厂设计软件，经过近20年的发展，三维设计已经成为国内电力设计院必不可少的设计手段，三维设计不仅减少了以往电力设计中很多碰撞检查、交叉施工和检修空间预留不足的问题，还通过与数据库连接，在设备材料统计准确性和出图效率上取得了突破性的进步。

GE软件由于开发时就是基于GIS数据库系统支持的三维数字化地球模型，因此，通过其开放的API接口，众多的第三方软件可以将其内置的图像、图形和三维数据与主流的三维工厂设计软件互相转化和兼容调用。在进行电力工程设计、特别是涉及建设场地和地形的土方挖填、边坡、挡土墙、路基等土木工程时，可以非常直观的将新建设施与原始地物、地形合并成一个模型，供设计人员对设计方案和成品进行直观的校验，并且可以通过GE自带的漫游功能，制作出与真实场景合成的工程漫游视频。

结束语：

电力工程设计技术不断推陈出新，谷歌公司GoogleEarth软件的推出正好契合了我国电力工业发展的高峰期，充足的工程实践应用也推动了GoogleEarth软件的推广和配套软件的开发。相信随着国内电力设计行业的不断转型和软件技术的不断升级，GoogleEarth软件的应用范围和应用水平势必不断扩大、不断提高。

参考文献：

[1]郭笑怡，ASTER—GDEM与SRTM3数据质量精度对比分析[A]，遥感技术与应用，2011（6）

[2]刘琪，GoogleEarth在东帝汶国家电网工程中的应用[B]，电力勘测设计，2014（5）