基于三维GIS的变电站洪涝评估监测技术研究.pdf
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1、158http:/电 力 勘 测 设 计增刊1DOI:10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.S1.028基于三维GIS的变电站洪涝评估监测技术研究张俊鹏1,师 艳2,蒋硕颜1,王胜磊1(1.中国电力建设集团河南省电力勘测设计院有限公司,河南 郑州 450007)(2河南地矿职业学院,河南郑州450007)摘要:近年来,极端天气发生频率呈上升趋势,变电站的安全运行遭遇洪水的严重威胁。以朝歌 500 kV 变电站为例,在站外防涝评估方面,采用 MIKE 21 水动力学模块建立研究区二维数学模型,得到变电站周边区域内的水文要素的时空变化过程,基于三维 GIS 技术
2、实现二维 MIKE 数值模拟成果数据向 GIS 可视化空间时态数据转换的数据处理工作流。在站内洪涝监测方面,通过建立朝歌站定制内涝算法模型,并接入实时的降雨量数据,进行实时降雨强度、站内积水深度的监测和预警工作。最后基于 BIM+GIS 技术搭建变电站三维场景,进行系统平台的开发,实现变电站洪涝模拟成果的三维可视化。为运维管理人员的组织、安排、决策提供强有力的支撑。关键词:变电站;洪涝;WebGIS;评估监测;三维可视化中图分类号:P2 文献标志码:A 文章编号:1671-9913(2023)增刊1-158-08Research on Evaluation and Monitoring Tec
3、hnology of Substation Flood Based on 3D GISZHANG Junpeng1,SHI Yan2,JIANG Shuoyan1,WANG Shenglei1(1.PowerChina Henan Electric Power Survey&Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450007,China;2.Henan Geology Mineral College,Zhengzhou 450007,China)Abstract:In recent years,the frequency of extreme weather
4、is on the rise,and the safe operation of the substation is seriously threatened by floods.Taking Chaoge 500 kV substation as an example,in the aspect of flood prevention assessment outside the substation,MIKE 21 hydrodynamic module is used to establish a two-dimensional mathematical model of the stu
5、dy area,and the spatial-temporal change process of hydrological elements in the surrounding area of the substation is obtained.Based on three-dimensional GIS technology,the data processing workflow of converting two-dimensional MIKE numerical simulation results data to GIS visual spatial temporal da
6、ta is realized.In terms of flood monitoring in the station,through establishing a customized waterlogging algorithm model of Chaoge Station and accessing real-time rainfall data,real-time rainfall intensity and water logging depth in the station can be monitored and forewarned.Finally,based on BIM+G
7、IS technology,the three-dimensional scene of the substation is built,and the system platform is developed to realize the three-dimensional visualization of the substation flood simulation results.It provides strong support for the organization,arrangement and decision-making of operation and mainten
8、ance management personnel.Keywords:transformer substation;waterlogging;WebGIS;assessment monitoring;3D visualization*收稿日期:2023-02-28 第一作者简介:张俊鹏(1993),男,硕士,工程师,主要从事电力工程勘测与GIS研发等工作。159基于三维GIS的变电站洪涝评估监测技术研究http:/ 工程勘测 增刊1 0引言近年来,极端天气发生频率呈上升趋势1。河南省各地市每逢夏季暴雨洪涝频发,长时间暴雨对城市居民生活带来了严重威胁2。河南省部分 500 kV 变电站内易发生内
9、涝,存在安全隐患。而随着城市的发展,早期位于城区远郊的变电站逐渐被城市的发展所包围,随着房屋的修建、道路的布设,变电站周边下垫面条件发生巨大变化,其排水、径流等条件与建站初期已经不可同日而语,水文条件已经完全变化,在发生设计标准洪水时,变电站抵御洪涝水能力存在隐患。还有一部分变电站位于低山丘陵区的坡面,由于其修建对局部排水条件的影响,使得变电站可能遭受坡面流洪水威胁;同时,由于变电站的建设与进站道路的修建可能影响到区域局部排水条件,对周边的居民或者农田产生威胁。加之,部分变电站运行已久,在原来的站内设计排水条件下,能否应对现状频发的暴雨灾害也存在一定的疑问。还有部分变电站发生了地质沉陷、地裂缝
10、、不均匀沉降等次生地质灾害问题,对于地质灾害的发展演变及危害也需要进行安全排查及处理。本文针对省内 500 kV 朝歌变等曾出现过防洪排涝险情的变电站,以提高防汛工作质效,助力精准防汛为出发点,依托运检管控系统,运用信息化手段,基于三维 GIS 技术开展变电站洪涝灾害评估监测技术的研究工作3,以期达到满足现有防汛管理工作的要求。1基础数据采集及处理1.1 数据采集现势性强且精细化的变电站基础地理信息数据是内涝数值模拟计算效果的基础,因此首要任务需通过无人机航空摄影测量技术获取变电站附近现势性较强的数字正射影像图(digital orthophoto map,DOM)及数字地表模型(digita
11、l surface model,DSM)等基础数据,变电站范围内的数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据的精度决定了洪涝三维模拟的效果,因此变电站内部采用较高精度的三维激光扫描仪进行高程数据的采集工作。(a)航测DOM (b)航测DSM (c)点云DEM 图1朝歌站基础地理信息数据成果1.2 DEM融合最初的设计方案中,地形数据模型为无人机航测 DSM 的数据源进行的三维展示,如图 1所示,但是经过实际测试之后发现无人机航测160http:/电 力 勘 测 设 计增刊1的 DSM 不能够满足站内三维积水深度对站内地形数据精细化程度的要求。最终确定了方案:通过
12、将大范围航测 DSM 与变电站高精度三维激光扫描 DEM 融合,采用 DEM 融合的优势就在于既考虑了数据采集的经济可行性又能够满足站内洪涝三维模拟的精度要求,融合的 DEM 即为算法模型的输入条件之一:下垫面数据。如图 2 所示为 DEM 数据的融合示意图。图2融合处理示意图1.3 模型轻量化BIM 模型的轻量化要解决的核心问题是不断缩小 BIM 模型的体量4。变电站三维 BIM 模型是由业主提供的基于三维激光扫描的点云精细化建模。原始模型通常是不能够被 WebGIS平台直接接收,需要针对模型进行一系列的处理之后才能够使用。1)轻量化:主要是在 3D 建模软件中对模型进行减面、压缩等操作,来
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