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摘要： 本文叙述了基于3S技术的变电站选址的必要性；阐述了3S技术的先进理论；分析了变电址选址相关的影响因子；论述了基于3S技术的变电站选址的总体流程图；剖析了3S技术选址的数学模型与选址的空间分析；在现阶段具有一定的理论与实际意义。
关键词：3S，变电站选址，空间分析
中图分类号：TM411文献标识码： A
现阶段国内的电力系统框架布局中，变电站的选址问题直接影响着电力系统线路的走向与网络布设，甚至对电力系统的安全隐患以及系统员工的经济利益产生巨大影响。变电站选址的合理性对电力系统网络结构起着决定性的作用，变电站选址越合理，电力系统结构布局就越强健，电力系统就可以越稳定安全的运行。
因此，如何应用科学合理先进的方法对变电站站址进行优化规划是提高整体电网运行的安全可靠性和经济效益的可靠保障，因此，如何应用先进的科学技术对变电站站址进行优化选址成了一个迫在眉睫的问题。本文基于现阶段先进技术，利用3S技术结合拓扑关系数学模型探讨变电站的选址问题，希望能给广大同行提供一定的借鉴意义。
1 3S技术
1.1 RS
遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。
(1)大面積同步观测
遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多平方千米。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
(2)时效性强
获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。
(3)数据综合可比性
能动态反映地面事物的变化 遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时，研究自然界的变化规律。尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。
1.2 GPS
GPS具有以下特点：
(1)全球全天候定位
GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。
(2)定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。
(3)测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%～50%），同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
1.3 GIS
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
2 变电站选址影响因子
变电站站址选择的合理性，首要考虑的因素是要满足电力系统的整体网划要求，变电站站址尽可能的选在用电负荷中心附近，距离起短越好，同时要考虑线路的进出以及交通运输的方便性；其次还要考虑用地条件及用地的审批与变电站的整体造价，尽可能的选择经济效益高的最优方案。具体如下：
(1) 接近电力负荷中心。变电站选址必须适应电力系统发展规划和布局的需求，优先考虑距离电力消费用户群体最近的方案，可采用GIS最短路径分析法，通过拓扑关系，选择负荷中心距离主电力用户最短的路径，从而达到减少电网输电线路传递过程的损耗，缩短供电网的供电半径，降低电网整体布设的基本费用与员工检测的相关费用[1]。
(2) 应按审定的本地区电力系统远景发展规划。变电站站址选择的合理性，还要考虑到本地电力系统的远景发展规划。除考虑电网布置“高低进出线方便”外，同时要考虑到用地的远景目标，至少考虑20年以上的远景规划目标。对于规划中“扩展规模边界”的处理，应对“扩展规模边界”内的建设用地留有扩建发展余地，同时尽可能的避开“扩展规模边界”内用地，以防止以后的规划用地影响电网的进出线。
(3) 变电站站址的选择还应注遵守国家基本农田保护条例，严禁占有基本农田保护用地，禁止占用有一定经济规模的建设用地，私占或不占用农用地，除特殊情况非要占有，占用后应按照国家“占补平衡”原则，开垦相同量的耕地或做相应的经济补偿[2]。
(4) 应本着有利于陆海空等交通运输的原则。尽量避免不通畅道路或泥泞道路的选址，主干道优先考虑二级公路以上，选址区域附近最好有铁路经过，以便于电网大型设备的运输与安装。
(5) 应考虑周边附属条件。变电站站址周边1000米范围不应有大型排污工厂，如钢铁厂，煤炭厂等。如实在没有条件改变，变电站站址应布置工厂排污口的上方1000外，同时应综合考虑当地的气候风向，站址务必选在风向品的上方，防止由于风向将污秽空气吹入变电站内，影响变电站的正常使用。
(6) 变电站站址的选择应考虑地质构造与土壤的等级性质。站址应最可能的避开地质构造疏松地区，尽可能的选择质地坚硬，不易滑坡、塌陷的土层，尽量避免底下含煤、矿石以及重要文物的区域[3]。
(7) 站址应在50年一遇的高水位之上，以防水害发生。否则，所区应有可靠的防洪措施或与本地区(工企业)的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位。
3 3S选址流程图
基于3S的变电站选址流程图如图1所示：
图1 基于3S的变电站选址流程图
4 数学模型与选址分析
4.1 数学模型
基于3S的变电站选址数学模弄采用拓扑排序算法。简单地说，由某个集合上的一个偏序得到该集合上的一个全序，这个操作称之为拓扑排序。
离散数学中关于偏序和全序的定义如下：若集合X上的关系R是自反的、反对称的和传递的，则称只是集合X上的偏序关系。设R是集合X上的偏序(Partial Order)，如果对每个x,y∈X必有xRy或yRx，则称R是集合X上的全序关系。
直观地看，偏序指集合中仅有部分成员之间可比较，而全序指集合中全体成员之间均可比较。如图2所示的两个有向图，图中弧(x,y)表示x≤y，则(a)表示偏序，(b)表示全序。若在(a)的有向图上人为地加一个表示v2≤v3的弧(符号“≤”表示v2领先于v3)，则(a)表示的亦为全序，且这个全序称为拓扑有序(Topological Order)，而由偏序定义得到拓扑有序的操作便是拓扑排序。
图2 拓扑排序算法
AOV-网及其拓扑有序序列产生的过程为：(a)AOV-网；(b)输出v6之后；(c)输出v1之后；(d)输出v4之后；(e)输出v3之后；(f)输出v2之后。
4.2 选址分析
基于RS与GPS采集得到基础数据后，本文采用基于GIS的空间分析方法，在GIS软件中将以经济性为目标函数，例如投资费用、设备折旧维修费用以及电能传输损耗等；数学模型相关分析因子采用电力平衡模型确定变电站的负荷值、容量和数量等信息，即在给定的目标年某地区变电站容量和数量的情况下，为了满足用户的负荷需求，以最小的投资和年运行费用，寻找给定区域最优变电站的位置。
5 小 结
基于3S的变电站选址，抛开了传统搜索方法中的关联矩阵法。利用RS的遥感影像图以及GPS空间定位功能结合GIS软件强大的拓扑分析功能，通过最短路径、最优路线设置分析等功能，可以方便、快捷的实现变电站的最优选址，抛弃了人工实地调查、人工优化选址片面、易出错的弊端。
参考文献
[1] 周晔．浅谈变电站的选址要素[J]．云南电力技术，2009，37，(5)：69—74.
[2] 杨丽徙，王家耀，贾德峰，等．GIS与模糊模式识别理论在变电站选址中的应用[J]．电力系统自动化，2003，27(18)：87—89．
[3] 蒲传金，苏华友，肖正学，等．模糊层次分析法在地基处理方案优选中的应用[J]．西南科技大学学报(自然科学版)，2005，20(1)：15—19．
关键词：3S，变电站选址，空间分析
中图分类号：TM411文献标识码： A
现阶段国内的电力系统框架布局中，变电站的选址问题直接影响着电力系统线路的走向与网络布设，甚至对电力系统的安全隐患以及系统员工的经济利益产生巨大影响。变电站选址的合理性对电力系统网络结构起着决定性的作用，变电站选址越合理，电力系统结构布局就越强健，电力系统就可以越稳定安全的运行。
因此，如何应用科学合理先进的方法对变电站站址进行优化规划是提高整体电网运行的安全可靠性和经济效益的可靠保障，因此，如何应用先进的科学技术对变电站站址进行优化选址成了一个迫在眉睫的问题。本文基于现阶段先进技术，利用3S技术结合拓扑关系数学模型探讨变电站的选址问题，希望能给广大同行提供一定的借鉴意义。
1 3S技术
1.1 RS
遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。
(1)大面積同步观测
遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多平方千米。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
(2)时效性强
获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。
(3)数据综合可比性
能动态反映地面事物的变化 遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时，研究自然界的变化规律。尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。
1.2 GPS
GPS具有以下特点：
(1)全球全天候定位
GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。
(2)定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。
(3)测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%～50%），同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
1.3 GIS
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
2 变电站选址影响因子
变电站站址选择的合理性，首要考虑的因素是要满足电力系统的整体网划要求，变电站站址尽可能的选在用电负荷中心附近，距离起短越好，同时要考虑线路的进出以及交通运输的方便性；其次还要考虑用地条件及用地的审批与变电站的整体造价，尽可能的选择经济效益高的最优方案。具体如下：
(1) 接近电力负荷中心。变电站选址必须适应电力系统发展规划和布局的需求，优先考虑距离电力消费用户群体最近的方案，可采用GIS最短路径分析法，通过拓扑关系，选择负荷中心距离主电力用户最短的路径，从而达到减少电网输电线路传递过程的损耗，缩短供电网的供电半径，降低电网整体布设的基本费用与员工检测的相关费用[1]。
(2) 应按审定的本地区电力系统远景发展规划。变电站站址选择的合理性，还要考虑到本地电力系统的远景发展规划。除考虑电网布置“高低进出线方便”外，同时要考虑到用地的远景目标，至少考虑20年以上的远景规划目标。对于规划中“扩展规模边界”的处理，应对“扩展规模边界”内的建设用地留有扩建发展余地，同时尽可能的避开“扩展规模边界”内用地，以防止以后的规划用地影响电网的进出线。
(3) 变电站站址的选择还应注遵守国家基本农田保护条例，严禁占有基本农田保护用地，禁止占用有一定经济规模的建设用地，私占或不占用农用地，除特殊情况非要占有，占用后应按照国家“占补平衡”原则，开垦相同量的耕地或做相应的经济补偿[2]。
(4) 应本着有利于陆海空等交通运输的原则。尽量避免不通畅道路或泥泞道路的选址，主干道优先考虑二级公路以上，选址区域附近最好有铁路经过，以便于电网大型设备的运输与安装。
(5) 应考虑周边附属条件。变电站站址周边1000米范围不应有大型排污工厂，如钢铁厂，煤炭厂等。如实在没有条件改变，变电站站址应布置工厂排污口的上方1000外，同时应综合考虑当地的气候风向，站址务必选在风向品的上方，防止由于风向将污秽空气吹入变电站内，影响变电站的正常使用。
(6) 变电站站址的选择应考虑地质构造与土壤的等级性质。站址应最可能的避开地质构造疏松地区，尽可能的选择质地坚硬，不易滑坡、塌陷的土层，尽量避免底下含煤、矿石以及重要文物的区域[3]。
(7) 站址应在50年一遇的高水位之上，以防水害发生。否则，所区应有可靠的防洪措施或与本地区(工企业)的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位。
3 3S选址流程图
基于3S的变电站选址流程图如图1所示：
图1 基于3S的变电站选址流程图
4 数学模型与选址分析
4.1 数学模型
基于3S的变电站选址数学模弄采用拓扑排序算法。简单地说，由某个集合上的一个偏序得到该集合上的一个全序，这个操作称之为拓扑排序。
离散数学中关于偏序和全序的定义如下：若集合X上的关系R是自反的、反对称的和传递的，则称只是集合X上的偏序关系。设R是集合X上的偏序(Partial Order)，如果对每个x,y∈X必有xRy或yRx，则称R是集合X上的全序关系。
直观地看，偏序指集合中仅有部分成员之间可比较，而全序指集合中全体成员之间均可比较。如图2所示的两个有向图，图中弧(x,y)表示x≤y，则(a)表示偏序，(b)表示全序。若在(a)的有向图上人为地加一个表示v2≤v3的弧(符号“≤”表示v2领先于v3)，则(a)表示的亦为全序，且这个全序称为拓扑有序(Topological Order)，而由偏序定义得到拓扑有序的操作便是拓扑排序。
图2 拓扑排序算法
AOV-网及其拓扑有序序列产生的过程为：(a)AOV-网；(b)输出v6之后；(c)输出v1之后；(d)输出v4之后；(e)输出v3之后；(f)输出v2之后。
4.2 选址分析
基于RS与GPS采集得到基础数据后，本文采用基于GIS的空间分析方法，在GIS软件中将以经济性为目标函数，例如投资费用、设备折旧维修费用以及电能传输损耗等；数学模型相关分析因子采用电力平衡模型确定变电站的负荷值、容量和数量等信息，即在给定的目标年某地区变电站容量和数量的情况下，为了满足用户的负荷需求，以最小的投资和年运行费用，寻找给定区域最优变电站的位置。
5 小 结
基于3S的变电站选址，抛开了传统搜索方法中的关联矩阵法。利用RS的遥感影像图以及GPS空间定位功能结合GIS软件强大的拓扑分析功能，通过最短路径、最优路线设置分析等功能，可以方便、快捷的实现变电站的最优选址，抛弃了人工实地调查、人工优化选址片面、易出错的弊端。
参考文献
[1] 周晔．浅谈变电站的选址要素[J]．云南电力技术，2009，37，(5)：69—74.
[2] 杨丽徙，王家耀，贾德峰，等．GIS与模糊模式识别理论在变电站选址中的应用[J]．电力系统自动化，2003，27(18)：87—89．
[3] 蒲传金，苏华友，肖正学，等．模糊层次分析法在地基处理方案优选中的应用[J]．西南科技大学学报(自然科学版)，2005，20(1)：15—19．