地下電纜通道空間信息整合和管理平臺技術研究

李 迪

1廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000

隨著城市化建設的進程加快，由于用地緊張，市容建設等原因，城市普遍采用地下電纜輸電方式，城市電纜化率超過50%，有的甚至達到75%以上［1］。電纜敷設有槽盒直埋、電纜溝、電纜隧道、排管、頂管等方式。由于電纜敷設的隱蔽性，電纜通道空間信息、敷設方式和電氣參數等信息對運維顯得尤為重要。目前電纜運行管理單位已具有獲取電纜通道空間信息、敷設方式和電氣參數等信息的能力，但各種數據離散儲存，缺乏統一可視化管理的解決方案［2］。

針對以上問題，本文通過建設地下電纜通道空間信息整合和管理平臺，提升了現有的電纜通道數據管理手段，使離散的電纜通道空間信息、敷設方式和電氣參數等信息得以集中管理。同時通過結合三維GIS平臺，實現基于存量數據的三維可視化渲染方法，將電纜通道空間信息在三維場景下更直觀的展示，方便運維人員快速獲取信息，提高了管理與運維效率。

1 地下電纜以及通道數據整合與管理

1.1 地下電纜與通道數據獲取和格式

針對不同環境與不同敷設方式的電纜數據，根據其探測地物材質的差異需要采取不同的數據探測手段，如表1所示。不同的探測手段數據類型不一樣，其數據格式如表2所示。

表1 電纜通道探測方法Tab.1 Cable Channel Detection Method

表2 不同探測方式得到的數據格式Tab.2 Data Format Obtained by Different Detection Methods

為了方便進行數據運維與管理，電纜走廊之間通過工井連接，而工井與工井之間的線路走廊段一般采取同一敷設方式。其關系結構如圖1所示。

圖1 電纜-走廊-工井關系Fig.1 Cable-Corridor-Well Relationship

一條電纜線路包含多個線路走廊，而線路走廊的起始位置與終止位置一般來說都是工井，據此可以構建線路、走廊與工井的數據結構。

1.2 地下電纜線路走廊數據自動分段

一般來說地下電纜的測量以線路為單位進行測量，其數據主要包括測量電纜走廊左側空間位置，以及埋深等，對于工井則是單獨測量。地下電纜管理的粒度為線路走廊段，因此需要對測量數據進行分段，如圖2所示。

圖2 走廊解析流程圖Fig.2 Flow Chart of Corridor Analysis

實際上在測量過程中對于線路走廊的測量并沒有進行分段，因此需要構建線路走廊自動分段流程與方法。由于線路走廊的起止位置都是工井，且在測量數據中包含了工井數據，據此能夠對線路走廊數據進行自動分段，其流程如圖3所示。

圖3 走廊解析流程圖Fig.3 Flow Chart of Corridor Analysis

首先獲取線路測量坐標與工井測量坐標，根據工井測量坐標獲取工井位置，找到落在工井內的點或距離工井最近的點作為線路走廊分割點，在此基礎上獲取距離此點最近的對向點作為線路走廊的分割點，根據兩相鄰工井獲取線路走廊。而距離工井最近線路點的計算方法如圖4所示。

圖4中，ABCD為工井面，黃色點為線路走廊在工井外的測量點，綠色點為線路走廊在工井內的測量點，紅色點為走廊重心，其計算方法為：

圖4 最近鄰點獲取方法Fig.4 Nearest Neighbor Acquisition Method

式中，x為點橫坐標；y為對應點縱坐標。得到重心坐標后計算線路點與重心坐標的最近距離。在計算過程中如果線路點較多，則首先對線路點構建kdtree［3］以提高計算效率，在得到最近鄰點后，假設最近鄰點為綠色點1，則在對向側找到與點1最近鄰的點2，構成走廊段分隔段。

1.3 多元非結構化數據統一管理

線路走廊數據包括線路、走廊、工井臺賬、線路圖紙、線路巡視照片等。數據包括結構化數據與非結構化數據，針對不同類的數據管理方法存在差異，為了能夠統計進行管理，本平臺系統通過統計接口針對不同結構數據進行統一管理，實現空間數據與屬性數據的處理，其架構如圖5所示。

圖5 多元數據統一管理架構Fig.5 Unified Management Framework of Multivanate Data

通過此方式構建了電纜數據管理的通用接口，針對不同測量設備，不同數據類型都能夠進行統一處理，同時直接通過對接口進行擴充，也能夠對數據接入格式進行擴充，使得數據接入更加靈活。

2 地下電纜三維數據可視化技術

由于存量數據無法通過激光點云等手段進行直接建模，且根據設計數據重新建模成本較高，因此目前基于存量數據的管理一般只關注二維平面信息，只能查看線路走廊在平面上的位置關系，然而針對地下電纜的應用中，電纜埋深作為地下電纜空間信息的重要組成部分，也需要進行數據分析和處理，本文從二維數據入手，結合埋深數據的三維參數化建模，并在系統中結合ArcGIS Js API實現。

如圖6所示，圖6（b）與圖6（c）中虛線為地面，深度表示線路走廊的埋深，根據敷設方式參數化的走廊模式形成線路走廊三維場景。

圖6 三維參數化建模方法Fig.6 3D Data Display Screenshot

由于測量的是離散的點數據，因此獲取的深度數據也是離散點數據，為了能夠獲取測量點之間的深度數據，采用克里金插值［4］方式獲取測量點之間任意點的深度，其插值方法為：

式中，d D為目標點深度；λi為i點的權重；d i為測量點i的深度。假設電纜在空間均勻分布，則權重滿足minλ(d D-d^D)，其中d^為深度真值，根據深度密度分布模型結算出任意插值點深度。

最后進行三維渲染。圖7為采用不同渲染參數進行三維實時渲染的效果示意圖。

圖7 不同參數渲染結果Fig.7 Rendering Results with Different Parameters

3 平臺的實現及應用

地下電纜通道空間信息整合和管理平臺總體分為3層，分別為前端表現層、后臺數據服務支撐層以及數據層，如圖8所示。前端表現層通過調用后臺服務實現與用戶的交互以及數據的展示等功能；數據服務支撐層的作用包括數據組織（通過數據庫對數據進行組織以便于數據檢索）、數據存取、以及給前端提供數據接口；數據層主要體現不同的數據模型的差異，后端采用基于Spring Cloud的微服務開發框，采用Restful風格API開發方式實現前后端分離開發［5-15］。

圖8 高壓電纜通道系統總體架構圖Fig.8 Overall Architecture of Platform About High Voltage Cable Channel System

4 結束語

本文針對地下電纜數據的特點以及當前面臨的問題，對地下電纜數據管理與應用進行了研究。根據地下電纜測量數據的特點與地下電纜管理模式構建了數據解析的模型，采用參數化建模方法將二維數據結合測量的埋深數據進行三維渲染，增強了數據可視化管理的應用。通過地下電纜平臺的開發，針對珠海市部分地下電纜數據進行了空間數據整合與管理應用，對當前高電壓等級的地下電纜管理模式與技術進行了有益的探索，提升了電纜管理水平，具有較大的應用與推廣價值。