3D-DSS-EC – Enhancing the 3D DSS for supporting the planning of electric power systems: Integration of underground cables

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/501704

Key words (English)

GIS, 3D, underground cables, overhead lines, planning

Short description (German)

Geografische Informationssysteme (GIS) ermöglichen es, Korridore für Hochspannungsleitungen zu berechnen und in 3D darzustellen. Bestehende Ansätze beschränken sich jedoch auf Freileitungen. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines integrativen Ansatzes, der den opti-malen Verlauf von Freileitungen und Erdkabeln unter Berücksichtigung geologischer, infrastruktureller, ökologischer und sozioökonomischer Aspekte berechnet und in eine bestehende 3D Web-GIS-Umgebung integriert.

Short description (English)

Geographic Information Systems (GIS) allow calculating and visualizing power line corridors in 3D. However, existing approaches are limited to overhead lines. The goal of this project is therefore to develop an inte-grative approach that models overhead lines and underground cables taking into account geological, infrastructural, ecological, as well as so-cio-economic aspects and to integrate the algorithm into an existing 3D web-GIS-platform.

URL-addresses (English)

doi.org/10.3929/ethz-b-000454195
3ddss.ethz.ch

Final report (German)

Im Rahmen des Projekts «3D DSS – EK» wurde ein bestehendes 3D Decision Support System (3D DSS) zur Berechnung und Visualisierung von Planungsgebieten und Korridoren von elektrischen Versorgungsleitungen mit der Integration von Erdkabeln erweitert. Hierzu wurden mehrere Verfahren entwickelt, um mithilfe einer breiten Palette von Ansätzen aus der Multikriteriellen Entscheidungsanalyse, der Geoinformatik und des Operation Research Orte zu bestimmen, die sich für den Bau einer neuen Hochspannungsleitung – sei es über- oder unterirdisch – besonders eignen. Die dabei entwickelten Verfahren vermögen Planungsgebiete, Korridore, Trassees bis hin zu den exakten Positionen der Masten bzw. Muffenschächte zu bestimmen. Im Rahmen dieses Projektes wurde erstmals ein Ansatz entwickelt, der den optimalen Verlauf einer Leitung bestimmen kann, der aus Freileitungs- und Erdkabelabschnitten besteht. Darüber hinaus wurde eine neue Methode erfolgreich getestet, die aufgrund eines definierten Szenarios mehrere Pareto-optimale Varianten generiert.

Die web-basierte Benutzerschnittstelle des 3D DSS wurde bezüglich der Nutzerführung und 3D-Visualisierung der Resultate angepasst. Insbesondere wurde das 3D DSS um die Darstellung von Leitungen im Untergrund erweitert. Des Weiteren wurde eine Augmented Reality-Lösung umgesetzt, die es ermöglicht, Szenarien von Leitungsverläufen in der Landschaft vor Ort über mobile Geräte zu visualisieren. Die Entwicklung erfolgte am Beispiel von Fallstudien auf Höchst- (Innertkirchen–Mettlen), Hoch- (Stadt Zürich) und Mittelspannungsebene, wobei in iterativen Schritten die Feedbacks der Industriepartner und der Bundesämter BFE, ARE und BAFU zur Verbesserung des 3D DSS einbezogen wurden. Das weiterentwickelte Tool kann dazu beitragen, die Entwicklung und Kommunikation von möglichen Leitungsverläufen zu unterstützen und so im Sachplanverfahren Übertragungsleitungen als auch in der Kommunikation mit der Bevölkerung als unterstützendes Werkzeug dienen.

Final report (English)

The project «3D DSS – EC» extended an existing 3D Decision Support System (3D DSS) for the calculation and visualization of planning areas and corridors of electrical power lines with the integration of earth cables. For this purpose, several methods were developed to determine locations that are particularly suitable for the construction of a new high-voltage power line – either overhead or underground – using a wide range of approaches from multi-criteria decision analysis, geoinformatics, and operations research. The methods developed in this process are able to determine planning areas, corridors, and routes, right down to the exact positions of the transmission towers or access points. Within the scope of this project, a novel approach has been developed which determines the optimal path of a combined line that consists of overhead line and underground cable sections. Furthermore, a new method was successfully tested which generates several Pareto-optimal variants based on one single scenario.

The web-based user interface of the 3D DSS was adapted with regard to user guidance and 3D visualization of the results. In particular, the 3D DSS was extended by the display of underground cables. Furthermore, an augmented reality solution was realized, which enables the visualization of scenarios of underground lines in the landscape on site by using mobile devices. The development was carried out on the basis of case studies on the extra-high (Innertkirchen–Mettlen), high (Zurich) and medium voltage level, whereas the feedback of the industrial partners and the federal offices SFOE, ARE and FOEN were included in an iterative way to improve the 3D DSS. The enhanced 3D DSS can help to support the development and communication of possible corridors and thus serve as a supporting tool in the sectoral plan procedure for transmission lines as well as in communication with the population.

Related documents

• Final report [PDF] 12'656 kB

Final report (French)

Dans le cadre du projet «3D DSS – EC», un 3D système d'aide à la décision sur des problèmes spatiaux (3D DSS) existant pour le calcul et la visualisation des zones de planification et des couloirs des lignes d'alimentation électrique a été étendu avec l'intégration de câbles souterrains.

À cette fin, plusieurs méthodes ont été mises au point pour déterminer les emplacements particulièrement adaptés à la construction d'une nouvelle ligne électrique à haute tension – en surface ou sous terre – en utilisant un large éventail d'approches allant de l'analyse décisionnelle multicritères à la géoinformatique et à la recherche opérationnelle. Les méthodes développées dans ce processus sont capables de déterminer les zones de planification, les couloirs et les itinéraires, jusqu'aux positions exactes des pylônes ou des manchons. Dans le cadre de ce projet, une approche a été développée pour la première fois qui permet de déterminer le tracé optimal d'une ligne composée de sections de lignes aériennes et de câbles souterrains. En outre, une nouvelle méthode pour générer plusieurs variantes Pareto optimales basées sur un seul scénario a été testée avec succès.

L'interface web du DSS 3D a été adaptée en ce qui concerne le guidage de l'utilisateur et la visualisation 3D des résultats. En particulier, le 3D DSS a été étendu par l'affichage de lignes souterraines. En outre, une solution de réalité augmentée a été mise en place, qui permet de visualiser sur place et en utilisant des appareils mobiles, des scénarios de lignes souterraines dans le paysage. Le développement a été réalisé à l'aide d'études de cas aux niveaux à très haute tension (Innertkirchen–Mettlen), haute tension (Zurich) et moyen tension, desquelles les réactions des partenaires industriels et des offices fédéraux de l'OFEN, de l'ARE et de l'OFEV ont été incluses itérativement visant à améliorer le 3D DSS. Le 3D DSS peut contribuer à soutenir le développement et la communication des tracés de lignes possibles et ainsi servir d'outil de soutien dans la procédure de plan sectoriel pour les lignes de transmission et dans la communication avec la population.