CN115828479A - 一种输电线路施工便道的规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路的辅助设计领域，其公开了一种输电线路施工便道的规划方法，解决传统技术中的输电线路机械化施工道路的路径规划受经验影响、无法量化其影响因素导致规划方案不能较好地满足工程实际需求的问题。该方法，首先，根据塔基位置信息和道路信息，确定施工便道的起点、终点和施工区域，建立栅格网络；然后，确定各格栅点的地形成本代价和用地成本代价；接着，以施工便道的起点和终点分别作为源点和目标点，以地形成本因子和用地成本因子构建格栅点的权值，以权值差异构建代价，采用最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

Description

一种输电线路施工便道的规划方法

技术领域

本发明涉及道路的辅助设计领域，具体涉及一种输电线路施工便道的规划方法。

背景技术

传统的输电线路施工，通常采用人力、畜力的方式运输输电基塔的构件，而随着特高压等技术的推广，传统的方式越来越不适应于构件的大型化、重型化。因此，开发一种以“机械为主、人力为辅”的机械化工程施工模式，实现全部工序的机械化作业，对建设世界一流电网、提高输电线路建设安全性、效益和效率、积极履行社会责任具有重要意义。

而相对于传统的方式，机械化施工需要道路修筑、环境保护、特殊措施等专项配套方案，若工程前期考虑不足，将会导致工程实施中机械化应用困难。现有的机械化施工，施工便道的道路修筑方案，通常由设计人员或施工管理人员依靠经验在二维地形图上进行选择，由于二维地图的直观性和小范围地形的精度不够，造成道路修筑方案不能满足工程实际需求，现场施工过程中通常需要调整方案导致返工，使得施工成本和工期都不断增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种输电线路施工便道的规划方法，解决传统技术中的输电线路机械化施工便道的路径规划受经验影响、无法量化其影响因素导致规划方案不能较好地满足工程实际需求的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种输电线路施工便道的规划方法，包括以下步骤：

S1、根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点、终点和施工区域；在所述施工区域建立栅格网络，且所述栅格网络中的栅格点包含起点和终点；

S2、根据施工区域的数字高程模型，计算获得栅格网络中各栅格点的坡度，并根据预设的对应各地形等级的地形成本因子，基于各栅格点的坡度所确定的各栅格点的地形等级，对各栅格点的地形成本代价进行赋值；根据施工区域的遥感影像，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别，并根据预设的对应各用地类型的用地成本因子，按各栅格点的地物类型所确定的各栅格点的用地类型，对各栅格点的用地成本代价进行赋值；

S3、以施工便道的起点和终点分别作为源点和目标点，以地形成本代价和用地成本代价构建格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

进一步的，步骤S1中，首先，根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点和终点；然后，以起点和终点的连线作为参考线，根据预设的距离，沿垂直于连线的方向分别向两侧平移参考线，获得两侧对应的施工区域的边界线；最终，通过起点、终点及两侧边界线确定施工便道的施工区域。

进一步的，步骤S1中，根据施工区域的地形分类判断地形的起伏程度，并根据地形的起伏程度设置栅格网络的步长距离；所述地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

具体的，步骤S1中，针对平原、高原或盆地，栅格网络步长设置为5m；针对丘陵或山地，步长默认设置为3m。

进一步的，步骤S2中，根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级；所述施工区域的地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

进一步的，根据施工便道的起点和终点计算施工区域的总体坡度，并基于总体坡度确定施工区域的地形分类。

具体的，根据总体坡度和终点高程值，按如下标准确定施工区域的地形分类：

平原：总体坡度≤10°，0m≤终点高程值≤500m；

高原：总体坡度≤10°，终点高程值>500m；

盆地：总体坡度≤10°，终点高程值<0m；

丘陵：总体坡度>10°，0m≤终点高程值≤500m；

山地：总体坡度>10°，终点高程值>500m。

具体的，基于总体坡度确定施工区域的地形分类，总体坡度≤10°，则地形分类为平原、高原或盆地；总体坡度>10°，则地形分类为丘陵或山地；根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级，针对平原、高原或盆地，划分为0°<Slope≤2°、2°<Slope≤4°、4°<Slope≤6°、6°<Slope≤8°、8°<Slope≤10°，五个地形等级；针对丘陵或山地，分为0°<Slope≤5°、5°<Slope≤10°、10°<Slope≤20°、20°<Slope≤40°、Slope>40°，五个地形等级；所述Slope表示栅格点的坡度。

具体的，步骤S2中，根据栅格点的最大高程变化率作为该格栅点的坡度，计算公式为：

Slope＝ATAN(rise_run)*57.29578

其中，Slope表示坡度，ATAN()为反正切函数，57.29578是对180/π的计算结果进行截断而得到的值，rise_run＝√([dz/dx]²+[dz/dy]²)表示栅格点的最大高程变化率，dx、dy和dz分别表示格栅点间沿x轴、y轴和z轴的差值。

具体的，所述用地类型包括涉水地、林业用地、农业用地、绿化用地、住宅用地、工业用地和道路用地。

具体的，步骤S2中，利用预先训练的图像语义分割神经网络模型，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别。

具体的，步骤S3中，基于栅格网络中各栅格点的地形成本代价和用地成本代价，分别计算各栅格点的综合成本代价；并以综合成本代价作为格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用Dijkstra最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

具体的，步骤S3中，按如下公式计算综合成本代价：

P＝P1*w1+P2*w2

其中，P为栅格点的综合成本代价，P1为该栅格点的地形成本代价，P2为该栅格点的用地成本代价，w1、w2分别为地形成本代价和用地成本代价的权重。

进一步的，根据格栅点与其相邻格栅点的距离和高程差，计算获得两格栅点间的连线坡度；

步骤S3中，在采用最短路径算法进行遍历求解最优路线时，针对每一轮的计算：首先，根据预设的最大连线坡度阈值，将大于最大连线坡度阈值当前格栅点的相邻格栅点加入待定列表，将小于或等于最大连线坡度阈值的当前格栅点的相邻格栅点加入待检测列表；然后，在确定下一轮检测格栅点时，优先从待检测列表中寻找累计代价最小的格栅点作为下一轮检测格栅点，若待检测列表为空，则从待定列表中寻找下一轮检测格栅点。

进一步的，根据格栅点与其相邻格栅点的距离和高程差，计算获得两格栅点间的连线坡度；

步骤S3中，按如下公式计算权值差异：

Cost＝factor*(Cost1+Cost2)/2*pow(x,sin(a))

其中，Cost表示当前栅格点与相邻栅格点之间连边的代价，Cost1表示当前栅格点的权值，Cost2表示当前栅格点的相邻栅格点的权值；pow()为求幂函数，x表示底数，a表示当前栅格点与相邻栅格点的连线坡度；factor是水平距离调整系数，若相邻栅格点为当前栅格点的水平方向或垂直方向的相邻栅格点，则factor取值为1，若相邻栅格点为当前栅格点的对角方向的相邻栅格点，则factor取值√2。

本发明的有益效果是：

本发明方案在GIS空间分析技术支持下，综合考虑输电线路机械化施工道路规划区域内的坡度、土地类型两个影响因素作为施工道路优选的单成本因子，基于栅格点的成本代价和与相邻栅格点之间的成本代价构建距离，实现对影响因素影响施工道路修筑成本的量化，在路径寻优时，以全路径的综合成本代价最低为目标，采用最短路径算法，自动获得连接起点和终点的机械化施工道路最优路线。从而为机械化施工道路规划提供更为明确的决策依据，以便最终的规划方案能够较好地满足工程实际需求的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中的输电线路机械化施工道路规划方法流程图；

图2(a)、(b)分别为直接相邻成本距离和对角相邻成本距离示意图；

图3一种极端情况的示意图；

图4另一种极端情况的示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种输电线路施工便道的规划方法，解决现有技术中的输电线路机械化施工道路的路径规划受经验影响、无法量化其影响因素导致规划方案不能较好地满足工程实际需求的问题。

本发明的方法：

首先，根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点、终点和施工区域；在所述施工区域建立栅格网络，且所述栅格网络中的栅格点包含起点和终点；

然后，根据施工区域的数字高程模型，计算获得栅格网络中各栅格点的坡度，并根据预设的对应各地形等级的地形成本因子，基于各栅格点的坡度所确定的各栅格点的地形等级，对各栅格点的地形成本代价进行赋值；根据施工区域的遥感影像，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别，并根据预设的对应各用地类型的用地成本因子，按各栅格点的地物类型所确定的各栅格点的用地类型，对各栅格点的用地成本代价进行赋值；

最后，以施工便道的起点和终点分别作为源点和目标点，以地形成本代价和用地成本代价构建格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

实施例：

如图1所示，本实施例中的输电线路施工便道的规划方法，包括以下步骤：

步骤1、获得塔基位置信息

本实施例中，是在地理信息系统中完成的输电线路三维设计，也即采用GIS地理信息系统加载涵盖输电线路选线区域的高清遥感卫星影像和数字高程模型，然后，完成输电线路三维设计，获得每个塔基的位置信息。

当然，针对采用其他方式完成设计的输电线路，可以采用GIS地理信息系统，直接加载高清遥感卫星影像、数字高程模型和输电线路三维设计，获得每个塔基的位置信息。而上述的高清遥感卫星影像也可以采用无人机等飞行器航拍的遥感图像。

步骤2、建立栅格网络

本步骤中，根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点、终点和施工区域；在所述施工区域建立栅格网络，且所述栅格网络中的栅格点包含起点和终点。

由于最终的路径规划，需要起点和终点，因此，栅格网络中的栅格点也需要包含起点和终点。为了方便划定施工区域，本实施例中，首先，根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点和终点；然后，以起点和终点的连线作为参考线，根据预设的距离，沿垂直于连线的方向分别向两侧平移参考线，获得两侧对应的施工区域的边界线；最终，通过起点、终点及两侧边界线确定施工便道的施工区域。也即，通过两侧边界线及分别过起点和终点的直线所包围的四边形区域构成施工便道的施工区域。在现有的设计标准中，认为单基塔道路修筑距离控制在500m内是最经济的，因此，在本实施例中，预设平移参考线的距离也设置为500m。

当然，根据施工需要，也可以首先划定施工区域，再根据划定的施工区域以及基塔的位置信息和输电线路所在区域已有道路的信息，确定起点和终点。

确定起点、终点和施工区域后，即可构建栅格网络。栅格网络的步长距离的设定，可以根据经验设置，其主要影响规划路径的平滑度，步长越小，划分网格越密，规划路径的平滑度越高，但也会影响路径的规划效率，因此，在设置步长时可以在平滑度与效率之间进行平衡考虑。

从平滑度与效率之间进行平衡考虑，考虑到地形对格栅网络步长设置的影响，比如：针对平原，其地形起伏变化极小，划分网格的步长可以稍大；而针对山区，可能存在较大的地形起伏，网格的步长应稍小，以覆盖起伏地形。因此，在本实施例中，根据施工区域的地形分类判断地形的起伏程度，并根据地形的起伏程度设置栅格网络的步长距离，地形的起伏程度越大，则栅格网络的步长距离越小，格栅网络越稠密。所述地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

地形分类的标定，可以由人工进行，但为了后续与成本因子统一计算的方便，在本实施例中，根据施工便道的起点和终点计算施工区域的总体坡度，并基于总体坡度确定施工区域的地形分类。具体的，根据总体坡度和终点高程值，按如下标准确定施工区域的地形分类：

平原：总体坡度≤10°，0m≤终点高程值≤500m；

高原：总体坡度≤10°，终点高程值>500m；

盆地：总体坡度≤10°，终点高程值<0m；

丘陵：总体坡度>10°，0m≤终点高程值≤500m；

山地：总体坡度>10°，终点高程值>500m。

且针对步长设置，针对平原、高原或盆地，栅格网络步长设置为5m；针对丘陵或山地，步长默认设置为3m。

步骤3、确定格栅点的成本代价

由于施工区域的坡度，影响道路修建的难易程度，坡度越陡，道路修建的投入及施工难度越大；同时，机械化施工机具对坡度也有要求，一般限制道路的整体坡度在15°以内，才能满足施工机具进场要求。因此，根据施工区域的数字高程模型，计算获得栅格网络中各栅格点的坡度，并根据预设的对应各地形等级的地形成本因子，基于各栅格点的坡度所确定的各栅格点的地形等级，对各栅格点的地形成本代价进行赋值。

考虑到各类地形条件下，坡度的上限、起伏变化并不一致，因此，进一步的，根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级；所述施工区域的地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

其次，用地类型的不同，涉及土地征用及土地平整的难度、成本以及对生态系统平衡的影响也不同。因此，根据施工区域的遥感影像，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别，并根据预设的对应各用地类型的用地成本因子，按各栅格点的地物类型所确定的各栅格点的用地类型，对各栅格点的用地成本代价进行赋值。且在本实施例中，所述用地类型包括涉水地、林业用地、农业用地、绿化用地、住宅用地、工业用地和道路用地。

本发明的方法，通过地形成本因子，按坡度对各地形的地形成本因子进行赋值，表征由于坡度引起的施工成本变化；通过用地成本因子，按用地类型对各个类型进行用地成本因子的赋值，表征由于用地类型引起的施工成本变化和环境代价。因此，能够实现对各个影响因素影响施工道路修筑成本的量化。成本因子的赋值，可以根据历史数据进行归纳、整理，也可以采用德尔菲调查法等方法进行设置。

具体的，在本实施例中，采用德尔菲调查法等方法进行设置，按照五个等级，分别取值1、3、5、7、9，表示在路径经过该栅格点走线成本的高低，值越高表示走线经过该栅格点的成本越高，值越低表示经过该栅格点的成本越低。

针对地形成本因子，首先，基于总体坡度确定施工区域的地形分类，总体坡度≤10°，则地形分类为平原、高原或盆地；总体坡度>10°，则地形分类为丘陵或山地；然后，根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级，针对平原、高原或盆地，划分为0°<Slope≤2°、2°<Slope≤4°、4°<Slope≤6°、6°<Slope≤8°、8°<Slope≤10°，五个地形等级；针对丘陵或山地，分为0°<Slope≤5°、5°<Slope≤10°、10°<Slope≤20°、20°<Slope≤40°、Slope>40°，五个地形等级；所述Slope表示栅格点的坡度。

针对用地成本因子，具体分级如下：

等级1：包括工业用地和道路用地，赋值为1；

等级2：包括绿化用地和住宅用地，赋值为3；

等级3：农业用地，包括水浇地、水田、旱地等，赋值为5；

等级4：林业用地，包括林地、果园、灌木林地等，赋值为7；

等级5：涉水地，包括沟渠、河流、湿地、滩涂、坑塘等，赋值为9。

在确定成本因子后，即可根据各个格栅点的信息，对格栅点的成本代价进行赋值。

针对格栅点的地形成本代价，为了更好覆盖微地形的影响，根据栅格点的最大高程变化率作为该格栅点的坡度，算法可以表示为：

Slope＝ATAN(rise_run)*57.29578

其中，Slope表示坡度，ATAN()为反正切函数，57.29578是对180/π的计算结果进行截断而得到的值，rise_run＝√([dz/dx]²+[dz/dy]²)表示栅格点的最大高程变化率，dx、dy和dz分别表示格栅点间沿x轴、y轴和z轴的差值。

针对格栅点的用地成本代价，在实施例中，利用预先训练的PSPNet网络，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别；然后，根据栅格点的地物确定栅格点的用地类型。对地物的识别，可以采用现有任意的图像语义分割神经网络模型。当然，针对小型工程，或地物类型较少且成片分布的，也可以采用人工标定的方式对用地类型进行识别。

对PSPNet网络的训练过程，包括：

a、获取高清遥感卫星影像，并在高清遥感卫星影像中按照需要提取的地物要素进行样本标记，将其影像和制作的样本标记随机裁剪成预设大小，并通过空间几何变换操作对样本进行增强，得到深度学习样本；

b、令该PSPNet模型在ImageNet分类数据集上进行预训练，以提高模型训练的收敛速度；

c、对经过预训练的模型在深度学习样本上进行训练，并采用交叉熵函数衡量分割预测结果与标签之间的损失值，采用Adma优化算法，以优化损失值为目标，当损失值降低至给定的阈值范围内时，则训练结束，得到最优的PSPNet模型，作为地物识别模型。

步骤4、路径规划

本步骤中，以施工便道的起点和终点分别作为源点和目标点，以地形成本代价和用地成本代价构建格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

最短路径算法，所获得的最优路线：是从某顶点出发，沿顶点间的边到达另一顶点所经过的路径中，各边上权值之和最小的一条路径，也即最短路径。因此，本发明的核心在于：通过成本代价差异替代常规算法中的位置距离，来完成最优路线求解，也即通过地形成本代价和用地成本代价构建格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价也即边上权值，可适用于现有任意的最短路径算法。

具体的，本实施例中，基于栅格网络中各栅格点的地形成本代价和用地成本代价，分别计算各栅格点的综合成本代价；并以综合成本代价作为格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用Dijkstra最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。Dijkstra最短路径算法，可求单源、无负权的最短，且时效性较好。

综合成本代价可以采用均值、和或加权和等方式进行。在本实施例中，采用加权和的方式，按如下公式计算综合成本代价：

P＝P1*w1+P2*w2

其中，P为栅格点的综合成本代价，P1为该栅格点的地形成本代价，P2为该栅格点的用地成本代价，w1、w2分别为地形成本代价和用地成本代价的权重。w1、w2可根据经验及项目需求进行设置，只要两个单成本因子的影响因素总和为1即可，比如，偏重经济性考虑，w1可以稍大，偏重环境和社会效益，w2可以偏大。在实施例中，w1设置为0.6，w2设置为0.4。

现有最短路径算法中，计算两个栅格点之间连边的代价，也即边上权值，通常采用栅格点权值相加后直接除以2，即：

Cost＝factor*(Cost1+Cost2)/2

这里Cost1和Cost2分别为相邻的两栅格点的权值，factor是路径寻优走直线和对角的水平距离调整系数，若走直线，系数取值为1；若走对角线，则取值√2，如图2(a)、(b)所示。

但上述的计算，用于本发明的方法时，在某些极端情况下，存在不足。

如图3所示，为一种极端情况，格栅点1为起点，格栅点100为终点，假设浅灰色表示格栅点的权值为x，深灰色表示格栅点的权值为y，且x是一个无穷小的正值，y为无穷大的正值，寻路步骤如下:

一、从格栅点1开始寻路，其有三个邻居，分别是格栅点2、11和12，经计算，从1到三个邻居的耗费分别为x、x、1.41x。计算完毕，将格栅点2、11和12加入到“待检测列表”，并记录各格栅点的上一个格栅点的索引，这三个格栅点的上一个格栅点的索引均为1。

二、从“待检测列表”中找一个累计花费最小的点做下一个检测点，即格栅点2或11。假设，选取格栅点2作为当作检测点，其相邻点包括格栅点3、11、12和13，分别计算累计距离为:

Cost(1-2-3)＝x+(x+y)/2

Cost(1-2-11)＝x+(x+x)/2*1.41

Cost(1-2-12)＝x+(x+x)/2

Cost(1-2-13)＝x+(x+y)/2*1.41

此时，有两条路径可从起点走到格栅点11，分别是1-11和1-2-11，且Cost(1-11)的累计花费要比Cost(1-2-11)的累计花费少，所以，网格11中记录的上一个格栅点的索引号依然是1；同理，12记录的上一个格栅点的索引号也是1，而不是2；格栅点3和13是新扩展的点，其上一个格栅点的索引号是2，然后，将格栅点3和13加入到“待检测列表”。应注意此时，3和13的累计花费极大，因为，格栅点3和13的权值为y，是一个无穷大的正值。

三、从格栅点3、11、12和13中，选择一个累计花费最小的点来作为下一个检测点，显然，此时累计花费最小的是11。格栅点11计算完后，格栅点21和22加入到“待检测列表”。如此重复多次，直至到达格栅点100。

在这个过程中，每一轮都会在“待检测列表”中找到一个累计成本最低的点作为检测点去扩展“待检测列表”的范围，但尽管3和13在第二轮检测中就已经被加入到“待检测列表”，但直到走到了终点，这两个点都再也没有被用到过，因为，在每一轮比较最小累计花费时，这两个点均因累计花费无穷大，一直不是最小的那个，所以直到走到终点，这两个点都没有被用到。类似情况的当然不只这两个格栅点，图3中所有深灰色表示的格栅点，以及右下方的一片浅灰色表示表示的格栅点都没有被遍历到。

因此，可以看到，目前的算法可以根据代价大小来选择一条代价最小的路，但和修路的需求存在一定区别。

下面再假设一种极端情况，如图4所示，假设有一个十分平整十分完美的坡，坡上的任何一个格栅点的地理坡度均是一样的，且均为荒地，这也意味着坡上任何点的地形成本代价和用地成本代缴都是一样的。

假设起点是6，终点是96，按现有算法经过计算，因为每个格栅点的权值都是一样的，所以，最小路径为6-16-26-36-46-56-66-76-86-96，一条竖直向上的直线直接到达终点。这样的结果，从算法层面上来讲确实是毫无问题，因为这条直线确实是权重最小的一条路径。但是结合实际来讲，其并不合理了，因为6和16有高度差，但是6和7没有高度差，Cost(6-16)的花费应该比Cost(6-7)要大一些才符合常理。

为了解决上述极端情况，使得结果更贴近本发明的需求，发明人引入了一个“连线坡度”的概念，即两个点的高度差OffsetZ除以两个点的实际距离Length：

Sin(a)＝OffsetZ/Length

其中，a表示连线坡度。

并按如下公式计算权值差异：

Cost＝factor*(Cost1+Cost2)/2*pow(x,sin(a))

其中，Cost表示当前栅格点与相邻栅格点之间连边的代价，Cost1表示当前栅格点的权值，Cost2表示当前栅格点的相邻栅格点的权值；pow()为求幂函数，x表示底数，a表示当前栅格点与相邻栅格点的连线坡度；factor是水平距离调整系数，若相邻栅格点为当前栅格点的水平方向或垂直方向的相邻栅格点，则factor取值为1，若相邻栅格点为当前栅格点的对角方向的相邻栅格点，则factor取值√2。

在实施例中，x取2，也即求2的n次方，当a为0时，sin(a)为0，pow(2,0)为1，相当于没有做出改变；当a不为0时，pow(2,sin(a))是一个大于1小于2的数，这样就能避免了上面的极端情况。底数x不是固定的，可以根据实际需要调整其大小，越大的x，高度差对结果的影响越大。

另外由于在实际修建道路的时候，施工时也对道路的坡度有要求，大于一定的角度就不符合施工标准，如15°，因此，根据格栅点与其相邻格栅点的距离和高程差，计算获得两格栅点间的连线坡度；在采用最短路径算法进行遍历求解最优路线时，针对每一轮的计算：首先，根据预设的最大连线坡度阈值，将大于最大连线坡度阈值当前格栅点的相邻格栅点加入待定列表，将小于或等于最大连线坡度阈值的当前格栅点的相邻格栅点加入待检测列表；然后，在确定下一轮检测格栅点时，优先从待检测列表中寻找累计代价最小的格栅点作为下一轮检测格栅点，若待检测列表为空，则从待定列表中寻找下一轮检测格栅点。

尽管这里参照本发明的实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (15)

1.一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点、终点和施工区域；在所述施工区域建立栅格网络，且所述栅格网络中的栅格点包含起点和终点；

S2、根据施工区域的数字高程模型，计算获得栅格网络中各栅格点的坡度，并根据预设的对应各地形等级的地形成本因子，基于各栅格点的坡度所确定的各栅格点的地形等级，对各栅格点的地形成本代价进行赋值；根据施工区域的遥感影像，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别，并根据预设的对应各用地类型的用地成本因子，按各栅格点的地物类型所确定的各栅格点的用地类型，对各栅格点的用地成本代价进行赋值；

S3、以施工便道的起点和终点分别作为源点和目标点，以地形成本代价和用地成本代价构建格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

2.如权利要求1所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

步骤S1中，首先，根据输电线路设计中基塔的位置信息以及输电线路所在区域已有道路的信息，确定施工便道的起点和终点；然后，以起点和终点的连线作为参考线，根据预设的距离，沿垂直于连线的方向分别向两侧平移参考线，获得两侧对应的施工区域的边界线；最终，通过起点、终点及两侧边界线确定施工便道的施工区域。

3.如权利要求1所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，步骤S1中，根据施工区域的地形分类判断地形的起伏程度，并根据地形的起伏程度设置栅格网络的步长距离；所述地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

4.如权利要求3所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，步骤S1中，针对平原、高原或盆地，栅格网络步长设置为5m；针对丘陵或山地，步长默认设置为3m。

5.如权利要求1或3任一项所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，步骤S2中，根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级；所述施工区域的地形分类包括：平原、高原、盆地、丘陵或山地。

6.如权利要求5所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，根据施工便道的起点和终点计算施工区域的总体坡度，并基于总体坡度确定施工区域的地形分类。

7.如权利要求6所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，根据总体坡度和终点高程值，按如下标准确定施工区域的地形分类：

平原：总体坡度≤10°，0m≤终点高程值≤500m；

高原：总体坡度≤10°，终点高程值>500m；

盆地：总体坡度≤10°，终点高程值<0m；

丘陵：总体坡度>10°，0m≤终点高程值≤500m；

山地：总体坡度>10°，终点高程值>500m。

8.如权利要求6所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

基于总体坡度确定施工区域的地形分类，总体坡度≤10°，则地形分类为平原、高原或盆地；总体坡度>10°，则地形分类为丘陵或山地；

根据栅格点的坡度确定栅格点在施工区域的地形分类下的地形等级，针对平原、高原或盆地，划分为0°<Slope≤2°、2°<Slope≤4°、4°<Slope≤6°、6°<Slope≤8°、8°<Slope≤10°，五个地形等级；针对丘陵或山地，分为0°<Slope≤5°、5°<Slope≤10°、10°<Slope≤20°、20°<Slope≤40°、Slope>40°，五个地形等级；所述Slope表示栅格点的坡度。

9.如权利要求8所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，步骤S2中，根据栅格点的最大高程变化率作为该格栅点的坡度，计算公式为：

Slope＝ATAN(rise_run)*57.29578

其中，Slope表示坡度，ATAN()为反正切函数，57.29578是对180/π的计算结果进行截断而得到的值，rise_run＝√([dz/dx]²+[dz/dy]²)表示栅格点的最大高程变化率，dx、dy和dz分别表示格栅点间沿x轴、y轴和z轴的差值。

10.如权利要求1所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，所述用地类型包括涉水地、林业用地、农业用地、绿化用地、住宅用地、工业用地和道路用地。

11.如权利要求1或10任一项所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，步骤S2中，利用预先训练的图像语义分割神经网络模型，对栅格网络中各栅格点对应的地物进行识别。

12.如权利要求1所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

步骤S3中，基于栅格网络中各栅格点的地形成本代价和用地成本代价，分别计算各栅格点的综合成本代价；并以综合成本代价作为格栅点的权值，以权值差异构建格栅点间连边的代价，采用Dijkstra最短路径算法，计算获得连接源点和目标点的最优路线，作为施工便道的规划路线。

13.如权利要求12所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

步骤S3中，按如下公式计算综合成本代价：

P＝P1*w1+P2*w2

其中，P为栅格点的综合成本代价，P1为该栅格点的地形成本代价，P2为该栅格点的用地成本代价，w1、w2分别为地形成本代价和用地成本代价的权重。

14.如权利要求1或12任一项所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

根据格栅点与其相邻格栅点的距离和高程差，计算获得两格栅点间的连线坡度；

步骤S3中，在采用最短路径算法进行遍历求解最优路线时，针对每一轮的计算：首先，根据预设的最大连线坡度阈值，将大于最大连线坡度阈值当前格栅点的相邻格栅点加入待定列表，将小于或等于最大连线坡度阈值的当前格栅点的相邻格栅点加入待检测列表；然后，在确定下一轮检测格栅点时，优先从待检测列表中寻找累计代价最小的格栅点作为下一轮检测格栅点，若待检测列表为空，则从待定列表中寻找下一轮检测格栅点。

15.如权利要求1或12任一项所述的一种输电线路施工便道的规划方法，其特征在于，

根据格栅点与其相邻格栅点的距离和高程差，计算获得两格栅点间的连线坡度；

步骤S3中，按如下公式计算权值差异：

Cost＝factor*(Cost1+Cost2)/2*pow(x,sin(a))

其中，Cost表示当前栅格点与相邻栅格点之间连边的代价，Cost1表示当前栅格点的权值，Cost2表示当前栅格点的相邻栅格点的权值；pow()为求幂函数，x表示底数，a表示当前栅格点与相邻栅格点的连线坡度；factor是水平距离调整系数，若相邻栅格点为当前栅格点的水平方向或垂直方向的相邻栅格点，则factor取值为1，若相邻栅格点为当前栅格点的对角方向的相邻栅格点，则factor取值√2。

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