基于百度地圖API的地鐵電纜巡視分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高 勁 黃山山 祝 唯

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，510038，廣州∥第一作者，工程師）

廣州地鐵將展開(kāi)新一輪的新線建設(shè)，致其新增供電線路的規(guī)模數(shù)量逐步增多，電力電纜的覆蓋范圍也不斷擴(kuò)大。城市現(xiàn)代化的不斷發(fā)展及市政建設(shè)的大力推進(jìn)不可避免地導(dǎo)致所處線路經(jīng)受大面積、多頻率的作業(yè)施工，這無(wú)疑給地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行埋下了嚴(yán)重的安全隱患。另外一方面，由于年代久遠(yuǎn)所致的公司內(nèi)人員變動(dòng)及道路沿途地貌變遷，使得現(xiàn)有資料與實(shí)際信息存在多處不符，關(guān)鍵信息無(wú)法由員工準(zhǔn)確描述匯總；同時(shí)現(xiàn)有電纜線路的信息資料均以圖紙、文檔、圖片的方式存儲(chǔ)，使得后續(xù)檢索查閱時(shí)效率不高，施工數(shù)據(jù)未能有效存儲(chǔ)，不足以建立數(shù)據(jù)分析依據(jù)。為此，本文進(jìn)行了廣泛調(diào)研。調(diào)研表明，在電力行業(yè)中，針對(duì)各種市政建設(shè)施工過(guò)程中造成電纜毀壞事故頻頻發(fā)生的現(xiàn)狀，部分電網(wǎng)公司已委托相關(guān)高校、科技公司研發(fā)一套GE（Google Earth）系統(tǒng)用來(lái)記錄線路路徑、施工點(diǎn)、查詢(xún)路徑施工作業(yè)信息［1］，并通過(guò)手持終端查詢(xún)電纜和施工圖庫(kù)，以動(dòng)態(tài)掌握作業(yè)任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度［2］。在水利及通信等行業(yè)中，都有通過(guò)地圖平臺(tái)API的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)設(shè)備信息查詢(xún)的系統(tǒng)［3-5］，這里不再贅述。

在城市軌道交通行業(yè)的調(diào)研中，基于地圖的地鐵電纜巡視軟件雖尚未在行業(yè)中應(yīng)用，但隨著數(shù)據(jù)信息化時(shí)代的發(fā)展，這將會(huì)成為今后的趨勢(shì)。因此，本文針對(duì)線路地理顯示、信息完善錄入、信息統(tǒng)計(jì)分析的層級(jí)，以電纜巡視為研究對(duì)象，結(jié)合百度地圖API、數(shù)據(jù)庫(kù)、C#、JavaScript等編程技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套基于百度地圖的電纜巡視分析軟件并應(yīng)用于當(dāng)前電纜巡視日常工作，以提高電纜巡視工作效率，加強(qiáng)電纜的統(tǒng)計(jì)管理和運(yùn)行管理。

1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 總體功能需求分析

目前在電纜巡檢的過(guò)程中存在諸如數(shù)據(jù)信息化程度低、巡視對(duì)象位置不明確、巡視現(xiàn)場(chǎng)信息難統(tǒng)計(jì)、巡檢效率偏低等問(wèn)題，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)需滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)電纜巡檢顯示查詢(xún)功能，巡檢員可通過(guò)PC端查詢(xún)電纜走向及電纜井等重要位置信息、具體點(diǎn)的全景勘察、地圖標(biāo)注施工坐標(biāo)及圖片檢索查詢(xún)。

（2）設(shè)計(jì)電纜井、電纜路徑、施工作業(yè)點(diǎn)的上傳錄入功能，通過(guò)該功能完善及后續(xù)修訂編輯相關(guān)線路路徑，同時(shí)，增加電纜井位置信息，以及電纜井、施工作業(yè)圖片錄入。

（3）設(shè)計(jì)施工信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，通過(guò)分析比較各線路施工信息的時(shí)段、次數(shù)、路段，提供優(yōu)化調(diào)整巡檢模式的數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則遵循如下幾條：

（1）安全性原則：對(duì)系統(tǒng)中各種用戶(hù)的權(quán)限進(jìn)行管理，用戶(hù)訪問(wèn)系統(tǒng)需要進(jìn)行身份驗(yàn)證。系統(tǒng)數(shù)據(jù)一般保存在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，主要涉及數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性、完整性、實(shí)用性。

（2）系統(tǒng)的可維護(hù)性原則：系統(tǒng)通過(guò)模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備較好的可理解性、可測(cè)試性和可修改性。

（3）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性原則：設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)功能，根據(jù)實(shí)際需求應(yīng)具備良好的擴(kuò)展性。

（4）高性能可靠性原則：系統(tǒng)能夠在一定等級(jí)并發(fā)訪問(wèn)的條件下保持穩(wěn)定性，并具備較快的響應(yīng)能力和執(zhí)行速度。

1.2 地圖顯示設(shè)計(jì)

通過(guò)JavaScript語(yǔ)言調(diào)用百度地圖引擎實(shí)現(xiàn)地圖可視功能，并將線路路徑、電纜井等重要位置信息、巡視標(biāo)注由地圖覆蓋物的方式顯示。覆蓋物能隨地圖的縮放等級(jí)自適應(yīng)調(diào)整大小位置。常見(jiàn)的覆蓋物有：標(biāo)注點(diǎn)（Marker）、折線（Polyline）、信息窗口（InfoWindow）。其中，標(biāo)注點(diǎn)主要用于地圖地理坐標(biāo)定位顯示，如施工點(diǎn)位置信息錄入及電纜井等重要位置信息地圖定位；折線主要用于電纜線路的路徑走向顯示；信息窗口主要用于所記錄施工信息的文字詳情預(yù)覽。結(jié)合C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)人機(jī)界面，將由JavaScript所顯示的地圖頁(yè)面嵌入自身的Webbrowse控件中以提供基于Html的瀏覽功能，并通過(guò)人機(jī)操作顯示、編輯相關(guān)覆蓋物等信息。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)軟件查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析功能。通過(guò)軟件功能需求分析，建立3個(gè)數(shù)據(jù)表（見(jiàn)圖1）。表1主要用于電纜井等重要位置信息的記錄，包含所屬線路、線路名稱(chēng)、位置坐標(biāo)、電纜井編號(hào)、電纜井備注、電纜井圖片的列標(biāo)題；表2主要用于電纜線路位置信息的記錄，包含線路編號(hào)、路徑位置坐標(biāo)組、線路名稱(chēng)的列標(biāo)題；表3主要用于施工位置統(tǒng)計(jì)，包含施工時(shí)間、施工坐標(biāo)、施工巡視詳情描述、施工所處線路名、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)、施工圖片的列標(biāo)題。

圖1 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

2 軟件關(guān)鍵技術(shù)方法

如前所述，本文的開(kāi)發(fā)模式以C#+JavaScript+MSSQL為主，采取C/S開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)。將系統(tǒng)模型分為3層：數(shù)據(jù)表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)管理訪問(wèn)層，如圖2所示。

圖2中的第一層為數(shù)據(jù)表現(xiàn)層，主要用于人機(jī)交互的UI界面，出于研發(fā)背景與周期的控制，本文僅采取C/S結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)方式，即PC端版本；第二層為業(yè)務(wù)邏輯層，主要用于模塊間數(shù)據(jù)通信、基于百度地圖引擎及第三方類(lèi)庫(kù)的調(diào)用；第三層為數(shù)據(jù)訪問(wèn)管理層，主要用于通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、訪問(wèn)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息。本文結(jié)合數(shù)據(jù)樣本容量大小及維護(hù)簡(jiǎn)易程度，以MSSQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)信息。層級(jí)劃分使軟件功能模塊化，同時(shí)具備良好兼容性，可供相應(yīng)模塊間升級(jí)調(diào)用。

2.1 百度地圖API

百度地圖API是由JavaScript語(yǔ)言編寫(xiě)的，其提供的類(lèi)參考中主要將API中的類(lèi)分為9個(gè)部分：核心類(lèi)中Map類(lèi)是初始化地圖時(shí)調(diào)用的類(lèi)；基礎(chǔ)類(lèi)中的點(diǎn)、像素、邊界、尺寸類(lèi)是常用類(lèi)，開(kāi)發(fā)者通過(guò)初始化百度地圖后便可以調(diào)用其控件以實(shí)現(xiàn)地圖的縮放功能等；覆蓋物類(lèi)能幫助開(kāi)發(fā)者在百度地圖上實(shí)現(xiàn)自定義圖層的添加；工具類(lèi)中提供了諸多如測(cè)距等地圖功能；地圖類(lèi)型類(lèi)能返回當(dāng)前地圖屬性；服務(wù)類(lèi)讓開(kāi)發(fā)者調(diào)用其提供服務(wù)以實(shí)現(xiàn)頁(yè)面端相關(guān)功能，通過(guò)腳本語(yǔ)言引入地圖服務(wù)到客戶(hù)端來(lái)實(shí)現(xiàn)信息展示［6］。其類(lèi)別劃分見(jiàn)圖3。

圖2 系統(tǒng)層級(jí)劃分

如圖3所示，百度地圖應(yīng)用程序接口提供了豐富的類(lèi)組以供開(kāi)發(fā)人員需求調(diào)用，通過(guò)人機(jī)交互的網(wǎng)頁(yè)技術(shù)將地圖加載于應(yīng)用程序。此外本文針對(duì)施工標(biāo)注點(diǎn)數(shù)量大而導(dǎo)致地圖加載緩慢的現(xiàn)狀，以圖層范圍聚類(lèi)法對(duì)施工標(biāo)注點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理［7］，以緩解頁(yè)面加載負(fù)荷過(guò)高的現(xiàn)象；針對(duì)GPS坐標(biāo)定位產(chǎn)生的地理偏差，采取動(dòng)態(tài)編輯修正路徑的方法進(jìn)行準(zhǔn)確定位與處理；針對(duì)全景查看時(shí)地理信息無(wú)法直觀提示的問(wèn)題，采取多頁(yè)面全景事件響應(yīng)方法來(lái)顯示移動(dòng)定位。

2.2 JavaScript腳本調(diào)用

JavaScript腳本負(fù)責(zé)調(diào)用百度地圖API，并通過(guò)接口所提供的豐富類(lèi)庫(kù)達(dá)到實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的目的。在此基礎(chǔ)上，還需解決與C#之間頁(yè)面通信及加載的功能，因涉及到前端與腳本后臺(tái)的數(shù)據(jù)通信交互處理，故相應(yīng)界面事件響應(yīng)及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)響應(yīng)均需與腳本后臺(tái)傳遞調(diào)用［8-10］。2種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言之間的調(diào)用方式有很多種，主要是基于Winform與JavaScript腳本之間的調(diào)用處理。具體方式及關(guān)鍵代碼如下：

圖3 百度地圖的類(lèi)別劃分

（1）兩者間的類(lèi)設(shè)置為com類(lèi)別可訪問(wèn)。

［System.Runtime.InteropServices.Com Visible Attribute（true）］。

（2）設(shè)置Url屬性設(shè)置為需要進(jìn)行操作的頁(yè)的URL路徑。即Webbrowse控件的網(wǎng)頁(yè)路徑。

System.IO.FileInfo file=new System.IO.FileInfo（“index.html”）；

//WebBrowser控件顯示的網(wǎng)頁(yè)路徑webBrowser1.Url=new Uri（file.FullName）；

//將當(dāng)前類(lèi)設(shè)置為可由腳本訪問(wèn)webBrowser1.ObjectForScripting=this。

（3）通過(guò)WebBrowser類(lèi)的Document屬性中的InvokeScript方法調(diào)用當(dāng)前網(wǎng)頁(yè)的Javascript方法。

//調(diào)用JavaScript的messageBox方法，并傳入?yún)?shù)object［］objects=new object［1］；objects［0］=“C#訪問(wèn)JavaScript腳本”；

webBrowser1.Document.InvokeScrip(“messageBox”，objects)。

通過(guò)上述步驟就能完成Winform與JavaScript腳本之間的通信訪問(wèn)。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)

在數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)方面，本文主要采取ADO.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)。ADO.NET來(lái)源于COM組件庫(kù)ADO（即ActiveX Data Objects），是微軟公司新一代.NET數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)模型，是目前數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)人員用來(lái)開(kāi)發(fā)基于.NET的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的主要接口，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)連接、操作數(shù)據(jù)庫(kù)指令、執(zhí)行指令功能的方式應(yīng)用實(shí)施，相關(guān)調(diào)用見(jiàn)文獻(xiàn)［11-12］。出于軟件資源性能的考慮，本文采取的是離線訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，即將數(shù)據(jù)填充進(jìn)DataSet對(duì)象中，一旦更新數(shù)據(jù)再重新連接數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 軟件應(yīng)用

3.1 軟件界面功能介紹

軟件界面主要分為4個(gè)部分，分別為巡視界面、路徑錄入、巡檢錄入、巡視分析，如圖4所示。

圖4 界面功能介紹

圖4中巡視界面的作用在于關(guān)鍵位置信息及施工點(diǎn)的查詢(xún)顯示，并結(jié)合全景勘察更直觀地顯示周邊參照物用于坐標(biāo)糾偏；路徑巡檢錄入頁(yè)面的作用在于記錄存儲(chǔ)重要位置信息及施工作業(yè)信息；巡視分析的作用在于統(tǒng)計(jì)線路累計(jì)（月度）施工次數(shù)、分析高發(fā)施工時(shí)段概率，并提供多線路橫向?qū)Ρ取?/p>

3.2 軟件展示應(yīng)用

（1）圖5為巡視界面。巡視界面支持日期時(shí)段檢索功能：將特定時(shí)間段所發(fā)生的施工信息，包括線路名稱(chēng)、日期、坐標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)、施工信息備注、施工圖片等以數(shù)據(jù)單元格的方式顯示于巡視概況中；將相關(guān)施工點(diǎn)及文字備注及電纜走向、電纜井的位置信息一并顯示于地圖頁(yè)面上，并且支持圖片檢索，如圖6所示。圖片檢索可提供由巡檢錄入頁(yè)面存儲(chǔ)的施工文字及圖片信息，以直觀的方式還原當(dāng)天施工的場(chǎng)景。

（2）圖7為路徑錄入頁(yè)面。路徑錄入頁(yè)面提供電纜線路及電纜井的錄入功能，可由數(shù)據(jù)庫(kù)錄入坐標(biāo)編輯（對(duì)電纜線路及電纜井等重要位置信息的地理坐標(biāo)收集。本文以手持GPS終端巡視所需的位置信息，并記錄對(duì)應(yīng)的GPS坐標(biāo)導(dǎo)入的軟件系統(tǒng)），也支持地圖上動(dòng)態(tài)對(duì)照編輯，針對(duì)電纜井還支持圖片錄入功能以供檢索查詢(xún)。

圖5 巡視界面

圖6 施工圖片檢索

圖7 路徑錄入

（3）圖8為巡檢錄入頁(yè)面。巡檢錄入頁(yè)面提供巡檢坐標(biāo)、文字信息記錄、圖片存儲(chǔ)的功能，并將施工信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)。

（4）圖9為巡視分析頁(yè)面。巡視分析頁(yè)面以月度施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同電纜線路的橫向?qū)Ρ葏⒖迹⒎治鼍€路整體月度施工趨勢(shì)、高發(fā)時(shí)段及整體線路平均施工趨勢(shì)，且同樣支持線路圖片檢索查詢(xún)。

除上述功能之外，軟件還支持任意點(diǎn)的全景勘察顯示，如圖10所示。

圖8 巡檢錄入

圖9 巡視分析

圖10 全景勘察顯示

全景勘察不但能提供路途沿貌的最新實(shí)拍圖片使巡檢人員熟識(shí)所管轄線路走向，而且也能依據(jù)周?chē)鷧⒄瘴锔珳?zhǔn)定位施工地理坐標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

110 kV電力電纜對(duì)地鐵供電系統(tǒng)的重要性不容忽視。本文針對(duì)地鐵電纜巡視工作中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)有市政、道路普遍施工，以及線路路徑資料不齊全、重要位置信息不準(zhǔn)確、施工詳情歸納統(tǒng)計(jì)程度不足的現(xiàn)狀，提出了一種基于百度地圖API、數(shù)據(jù)庫(kù)、C#、JavaScript編程技術(shù)的系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套110 kV電纜巡視分析系統(tǒng)，將其應(yīng)用于日常巡視生產(chǎn)中，以解決實(shí)際問(wèn)題。結(jié)果表明，該軟件系統(tǒng)不但能在地圖上準(zhǔn)確顯示電纜、電纜井等重要位置信息，還能對(duì)施工信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)，并以圖表方式直觀地評(píng)估線路累計(jì)施工次數(shù)和施工時(shí)間段，橫向比較各線路施工作業(yè)的準(zhǔn)確情況，可以為合理化配置巡視人員提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，具備較好的工程應(yīng)用性。

［1］ 羅俊華，邱毓昌，楊黎明.10 kV及以上電力電纜運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)分析［J］.高電壓技術(shù),2003，29（6）：14.

［2］ 杜穎，盧繼平，沈智健，等.基于WebGIS電力電纜信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36（120）：64.

［3］ 王喜春，孫志禹.基于大數(shù)據(jù)的水利水電云GIS平臺(tái)概述［J］.人民長(zhǎng)江，2013（S1）：182.

［4］ 樓斌根，宋慧忠，王瑾，等.城市地下管線管理信息系統(tǒng)在電纜管線規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007（增 1）：214.

［5］ 趙意鵬，趙河明，鄧星星，等.基于GPRS和百度地圖API的火災(zāi)定位系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化與儀表，2016（1）：26.

［6］ 杜傳明.百度地圖API在小型地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理信息,2011,34（2）：152.

［7｝ 劉艷中，伍光勝，李建勇.基于百度地圖的自動(dòng)氣象站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［J］.氣象科技，2016，44（1）：167.

［8］ 董卓亞.基于百度地圖 JavaScriptAPI的通信地圖展示［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（18）：73.

［9］ 程鋼，郭玉祥，賈寶，等.國(guó)內(nèi)主流在線地圖 API分析及優(yōu)化對(duì)策研究［J］.測(cè)繪工程，2013，22（60）：4.

［10］ 張帥毅，徐京華.基于開(kāi)放地圖API的網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)題制圖方法研究［J］.測(cè)繪，2011（3）：108.

［11］ 華國(guó)棟，劉文予.基于ADO.NET的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)及其性能優(yōu)化［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004，21（6）：215.

［12］ 葉安勝，周曉清.ADO.NET通用數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組件構(gòu)建與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（18）：102.