CN112733482B - 一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，包括以下步骤：根据电网选址选站，确定相关的生态保护区以及需要判断的研究对象，根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型；基于生态保护区和研究对象的几何模型，建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法；根据相关的生态保护区和研究对象的几何模型的地理坐标数据以及所述几何算法进行几何计算，计算结果依据生态保护红线规避规则得出研究对象是否规避生态保护红线；根据规避结果，在电网选址选站过程中对研究对象进行生态保护红线规避。

Description

一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法

技术领域

本发明涉及一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，属于电力环保技术领域。

背景技术

近年来，随着国家电力项目的大力发展，电网环保水保的相关要求开始提高，生态保护红线是指在生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域，是保障和维护国家生态安全的底线和生命线。生态保护红线包括：禁止开发区生态红线、重要生态功能区生态红线和生态环境敏感脆弱区生态红线。因此电网建设在变电站布点和输电线路走径规划过程中需要考虑有效规避。对于电网生态保护红线评估来说，不同等级的生态保护区，对输变电项目(变电站选址、塔基选址、输电线路穿越)有规避要求，从表现上看，规避体现为变电站选址、塔基选址必须在生态保护区一定距离之外；是否允许输电线路穿越或要求在生态保护区一定距离之外。从逻辑上看，规避就是要求变电站、输电线路、塔基与生态保护区的最小距离必须满足特定要求。

国内对生态红线生态保护红线划定的方法做了大量研究。但是国内目前对于基于电网规划背景下的生态红线相关问题研究较少，大部分只是提出了在生态红线保护背景下区域电网规划的概念，完成了生态红线地图和输电线路图的比对匹配，通过叠加分析、现场效验的方法对电网规划进行优化。因此，在此基础上，如何提供一种切合实际的计算方法完成生态红线规避存在一定研究价值。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，以解决规避过程复杂，可操作性差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，包括以下步骤：

几何模型抽象，根据电网选址选站，确定相关的生态保护区以及需要判断的研究对象，所述研究对象包括变电站、输电线路和塔基，根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型；

建立几何算法，基于生态保护区和研究对象的几何模型，建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法；

规避计算，根据相关的生态保护区和研究对象的几何模型的地理坐标数据以及所述几何算法进行几何计算，计算结果依据生态保护红线规避规则得出研究对象是否规避生态保护红线；

实例分析，根据规避结果，在电网选址选站过程中对研究对象进行生态保护红线规避。

进一步的，所述根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型步骤具体为：

将所述生态保护区和变电站抽象为多边形，将所述输电线路抽象为由多条线段组成的折线，将所述塔基抽象为点。

进一步的，所述建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法步骤具体包括：

建立塔基的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将塔基的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为点和面的关系，判断点和面的几何关系，包含、边线包含以及相离；将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，构建点与线段的最小距离函数；

建立输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为线段和面的关系，判断线段和面的几何关系，包括包含、相交以及相离；将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，构建线段与线段的最小距离函数；

建立变电站的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将变电站的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为面和面的关系，判断面和面的几何关系，包括包含、相交以及相离；构建面与面的最小距离函数。

进一步的，在进行规避计算时，还包括一用于提高生态保护区的抗干扰能力的模型放大步骤，具体为：

对相关的生态保护区的几何模型进行放大处理，将相关的生态保护区的几何模型放大为能囊括相关的生态保护区的轮廓的最小矩形；

根据生态红线的规避要求距离放大所述最小矩形的外延。

进一步的，在进行规避计算时，还包括一用于确定参与计算的生态保护区的几何模型的端点的研究对象端点放大步骤，具体为：

确定要进行规避计算的研究对象的几何模型的端点，以研究对象的几何模型的端点为圆心放大为圆形区域；

当圆形区域包含一个生态保护区的几何模型的端点时，停止放大，取该生态保护区的几何模型的端点参与规避计算。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，针对电网选址选线前需要考虑规避生态红线的情况，利用了几何方法，对评估对象进行了模型抽象，并建立几何算法计算规避结果，不仅在施工前可实现路线规划，而且在施工中也能及时自动调整路径，提升了电网选址选站的生态保护红线规避的工作效率和规划质量，节约了成本，对电网建设规避生态红线选址选站项目的落地具有重大意义。

2、本发明一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，通过对生态保护区的几何模型进行放大，提高生态保护红线区的抗干扰能力。

3、本发明一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，对研究对象的端点进行放大处理，快速确定需要参与计算的生态保护区的几何对象的端点，减少计算量，提高算法运行效率。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2-图4为本发明实施例中塔基与生态保护区的关系示意图；

图5和图6为本发明实施例中点与线段的最小距离计算示意图；

图7-图10为本发明实施例中线段与线段的最小距离计算示意图；

图11-图13为本发明实施例中变电站与生态保护区的关系示意图；

图14为本发明实施例中规避计算的流程图；

图15为本发明实施例中对相关的生态保护区的几何模型进行放大处理的示意图；

图16为本发明实施例中对研究对象的端点进行放大处理的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一：

参见图1，一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，包括以下步骤：

几何模型抽象，根据电网选址选站，确定相关的生态保护区以及需要判断的研究对象，所述研究对象包括变电站、输电线路和塔基，根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型；

建立几何算法，基于生态保护区和研究对象的几何模型，建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法；

规避计算，根据相关的生态保护区和研究对象的几何模型的地理坐标数据以及所述几何算法进行几何计算，计算结果依据生态保护红线规避规则得出研究对象是否规避生态保护红线；

实例分析，根据规避结果，在电网选址选站过程中对研究对象进行生态保护红线规避。

本实施例针对电网选址选线前需要考虑规避生态红线的情况，提出了基于空间几何算法的生态红线评估方法，该方法利用了几何方法，对评估对象进行了模型抽象，并使用几何算法计算，不仅在施工前可实现路线规划，而且在施工中也能及时自动调整路径，提升了电网选址选站的生态保护红线规避的工作效率和规划质量，节约了成本，对电网建设规避生态红线选址选站项目的落地具有重大意义。

实施例二：

进一步的，所述根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型步骤具体为：

将所述生态保护区和变电站抽象为多边形，将所述输电线路抽象为由多条线段组成的折线，将所述塔基抽象为点。

进一步的，所述建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法步骤具体包括：

具体参见图2至图6，建立塔基的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将塔基的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为点和面的关系，通过面积和判别法，夹角和判别法或引射线法判断点和面的几何关系，包含、边线包含以及相离；将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，构建点与线段的最小距离函数；在本实施例中，具体构建过程如下：

点与线段最小距离的计算有以下两种情况：

情况1：当点投影在线段上(垂足在线段内)时，最小距离等于点到线段的垂直距离，如图5所示。

情况2：当点投影在线段的延长线上(垂足在线段外)时，最小距离等于min(点到线段两个端点的距离)，如图6所示。

上述讨论也可用矢量法表达，为了表示垂足D的位置，设定

则

根据r值的不同，最短距离d数学表达式为：

具体参见图7至图10，建立输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为线段和面的关系，判断线段和面的几何关系，线段与面的关系有以下三种情况：

情况1：如两个端点都在面之内，则关系为包含；

情况2：如两个端点一内一外则关系为相交；

情况3：如两个端点都在外，进一步判断线段与面的各线段的关系，如线段与面的各线段都相离，则关系为相离，否则为相交；

将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，输电线路与生态保护区的最小距离即为研究线段与线段的最小距离；其中线段与线段的最小距离的计算分以下三种情况进行：

情况1：当两线段互相平行时，如垂足在线段内，垂线距离即为最小距离，如图7所示，如垂足在线段外，最小距离＝min(点到线段两个端点的距离)，如图8所示。

情况2：当两条线段相交的时候，最小距离为零，如图9所示。

情况3：当两线段远端相交时，计算每条线段的每个端点到另一线段(垂足在线段上)的垂线距离(最多三个值)，如果存在有效垂线距离，就取其最小值，如果没有，取每条线段的两个端点，计算与另一线段的两个端点的距离(共四个值)，取四个值中的最小值，如图10所示。

现对上述情况讨论用公式表达，假设A点的坐标为(x₁,y₁),B点坐标(x₂,y₂),C点坐标(x₃,y₃),D点坐标(x₄,y₄)。设m、n分别是线段AB、CD上一点，m、n点的坐标表达式为：

m、n两点的距离为：

两线段的最短距离转化为有约束的最优化问题：

minf(λ₁,λ₂)＝(x_m-x_n)²+(y_m-y_n)²s.t.0≤λ₁,λ₂≤1

代入方程的最小值条件：

解得：

则线段最小距离为：

具体参见图11至图13，建立变电站的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将变电站的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为面和面的关系，判断面和面的几何关系，面与面的关系分以下三种情况进行讨论：

情况1：至少有一个端点在面之内，关系为相交或包含。

情况2：一个面的所有端点都在面之内，则关系为包含，如图11所示。

情况3：所有端点都在外，如线段与面的各线段也无相交的情况则为相离，如线段与面的各线段有相交的情况则为相交，如图12和图13所示。

面与面的最小距离分下面两种情况进行讨论：

情况1：相交与被包含时，最小距离为零；

情况2：相离时，最小距离转换为线段与线段的最小距离进行计算。

本实施例基于研究对象的地理坐标数据，筛选与研究对象相关的生态保护区，确定需要参与计算的保护区端点，判断关系、计算最小距离，得到规避结果；具体的实现流程图如图14所示。

进一步的，在进行规避计算时，为提高生态保护红线区的抗干扰能力，在研究生态保护红线规避线路时需先将所有生态保护区进行一定的放大，具体为：

对相关的生态保护区的几何模型进行放大处理，取相关的生态保护区的几何模型的端点X、Y坐标的最大最小值，从而得到能囊括相关的生态保护区的轮廓的最小矩形；

按生态红线的规避要求距离或输电铁塔要求的安全距离(如1000m)为准放大矩形区域的外延，如图15所示。

具体参见图16，进一步的，在进行规避计算时，还包括一用于确定参与计算的生态保护区的几何模型的端点的研究对象端点放大步骤，具体为：

确定要进行规避计算的研究对象的几何模型的端点，以研究对象的几何模型的端点(塔基、变电站端点)为圆心放大为圆形区域；

当圆形区域包含一个生态保护区的几何模型的端点时，停止放大，取该生态保护区的几何模型的端点参与规避计算；

如图16所示，塔基B放大的区域包含了生态保护区端点b,则只需取线段ab和线段bc计算最小距离。这一步骤可以减少计算量，提高算法运行效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，其特征在于，包括以下步骤：

几何模型抽象，根据电网选址选站，确定相关的生态保护区以及需要判断的研究对象，所述研究对象包括变电站、输电线路和塔基，根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型；

建立几何算法，基于生态保护区和研究对象的几何模型，建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法；

规避计算，根据相关的生态保护区和研究对象的几何模型的地理坐标数据以及所述几何算法进行几何计算，计算结果依据生态保护红线规避规则得出研究对象是否规避生态保护红线；

实例分析，根据规避结果，在电网选址选站过程中对研究对象进行生态保护红线规避；

所述根据相关的生态保护区和研究对象的轮廓将相关的生态保护区和研究对象抽象为几何模型步骤具体为：

将所述生态保护区和变电站抽象为多边形，将所述输电线路抽象为由多条线段组成的折线，将所述塔基抽象为点；

所述建立用于判定研究对象与相关的生态保护区之间的几何关系并计算研究对象与相关的生态保护区之间的最小距离的几何算法步骤具体包括：

建立塔基的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将塔基的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为点和面的关系，判断点和面的几何关系，包含、边线包含以及相离；将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，构建点与线段的最小距离函数；

建立输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将输电线路的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为线段和面的关系，判断线段和面的几何关系，包括包含、相交以及相离；将生态保护区的几何模型抽象为线段集合，构建线段与线段的最小距离函数；

建立变电站的几何模型与生态保护区的几何模型间的几何算法：将变电站的几何模型与生态保护区的几何模型抽象为面和面的关系，判断面和面的几何关系，包括包含、相交以及相离；构建面与面的最小距离函数。

2.根据权利要求1所述的一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，其特征在于，在进行规避计算时，还包括一用于提高生态保护区的抗干扰能力的模型放大步骤，具体为：

对相关的生态保护区的几何模型进行放大处理，将相关的生态保护区的几何模型放大为能囊括相关的生态保护区的轮廓的最小矩形；

根据生态红线的规避要求距离放大所述最小矩形的外延。

3.根据权利要求1所述的一种用于电网建设项目的生态保护红线规避方法，其特征在于，在进行规避计算时，还包括一用于确定参与计算的生态保护区的几何模型的端点的研究对象端点放大步骤，具体为：

确定要进行规避计算的研究对象的几何模型的端点，以研究对象的几何模型的端点为圆心放大为圆形区域；

当圆形区域包含一个生态保护区的几何模型的端点时，停止放大，取该生态保护区的几何模型的端点参与规避计算。

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