（北京首都机场动力能源有限公司 北京 100621）
摘要 随着民用航空业发展及机场建设要求，电力电缆由于安全、美观的优点，越来越多地被采用，数量也随之大幅度增加，机场电力电缆网的发展已成为必然。同时，机场用户对供电可靠性要求越来越高。这就需要建立一套数据准确、操作简单、使用灵活的地下电力电缆网管理系统，针对这一要求提出了基于“O2O”电子标桩的电缆管理系统。将“O2O”商业运营模式运用到电力电缆信息管理平台建设中，线上利用百度地图提供的开放JavaScript API，编程实现电缆信息在线管理与查询，线下利用无线射频识别技术（RFID），在实地敷设无源射频电子标签实现电缆路径精准定位以及电缆信息实地上传，通过线上和线下达到电缆信息准确和安全管理的优化整合。
关键词： “O2O”管理 无线射频识别技术 百度地图API 电力电缆管理
近年来随着民用航空行业的飞速发展，机场建设步伐不断加快，电网改造工程量逐年增多，供电线路走廊越来越紧张，同时为了提高机场供电网络可靠性等问题，电网使用电力电缆的面积越来越广，现在首都机场高压电缆敷设长达1000公里，地下电缆隧道长达45公里，覆盖面积近40平方公里。其中直埋电缆以其供电可靠性高、对周边环境影响小等优点被迅速使用。但是直埋电缆存在线路复杂、中间头不易管理、容易被外力破坏、故障定位困难等问题。尽管电缆路径探测技术、地理信息（GIS）路径信息管理技术、电缆标桩的使用已经非常成熟，但是采用路径探测仪探测电缆路径操作繁琐、整体性差；采用GIS路径信息管理技术前期投入大、底图信息更新不及时；采用电缆标桩经常出现丢失、覆盖、移动，同时标桩包含信息量少。
设计一种操作简单、整体性强、前期投资少、底图更新快、维护方便、定位快捷的直埋电缆信息管理系统是机场地下直埋电缆信息管理系统的发展必然方向。从机场电缆的维护成本、安全性、可靠性、准确性等方面考虑，本文提出了基于“O2O”电子标桩的电缆管理系统，线上充分利用百度地图提供的开放JavaScript API，形成线上电缆路径图层、电子标桩图层、电缆井图层，线下通过电缆标桩以及地下无源电子标桩三重定位，提高机场电网的安全裕度。
1 基于“O2O”电子标桩电缆信息管理技术
“O2O”是Online-to-Offline的缩写，源于Groupon的商业运营模式，强调虚拟网络与现实世界的对接和融合，直接影响和作用线下的商务活动[1]。将 “O2O”管理技术应用到电缆管理工作中，结合线上电子标桩的实时性、直观性、方便性等优点与线下无源射频电子标签和实地标桩的固定性、稳定性、准确性等优点，实现直埋电缆的在线管理、线下巡视以及电缆中间头的精准定位等应用，解决了传统标桩易丢失、管理不方便，GIS系统投入高、更新缓慢等缺点，如图1所示。“O2O”电子标桩的电缆管理系统形成多个信息孤点，利用线上电子标桩以百度地图为底图，进行在线标注直埋电缆中间头、线路等信息图层，将线下信息孤点连成信息链，可以应用于中间头定位、巡视和电缆信息在线管理，提高电缆故障查找效率，消除直埋电缆外力破坏，保障机场电网安全稳定运行。
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图1“O2O”管理模式示意图
2 线下无源射频电子标签的应用
2.1 无源射频系统概述
无源射频系统是基于射频识别（RFID）技术，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）来实现无接触的能量和信息的传递，达到定位识别的目的。如图2所示，无源射频系统主要由标签、读写器和数据管理服务系统组成。数据管理服务系统为应用层软件，主要负责对采集的数据进行处理、分析和存储，将线下无源电子标签的信息存入数据库，便于线上电子标桩管理。
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图2 无源射频系统结构图
2.2 射频系统接口电路的设计
射频系统中的读写器与无源非接触电子标签之间的信息与能量的交换，是通过915MHZ（UHF超高频射频）射频耦合的方式完成。如图3所示，读写器通过天线向标签发送超高频电磁波，一部分电磁波为标签发送数据提供能量，另一部分电磁波通过ASK幅度调制信号进行解调还原出来，发送到数字基带进行处理，存储到存储器模块中。同理，标签将读取存储器内数据，将数据编码信号进行ASK幅度调制，进行放大后，送到RF天线模块发送到读写器。读写器经过解调后将数据存储到存储器模块，通过串口模块将数据发送到数据管理服务器，利用数据管理服务器将数据处理上传数据库，实现数字通信双向过程。由于无源电子标签埋于1.5m及以上的地面上，天线发射信号频率越高，电磁波的波长越短，电磁波的穿透能力也越强，因此本文RF天线模块采用915MHZ超高频天线。
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图3 射频系统接口电路图
3 线上电子标桩系统的开发
3.1 百度地图API概述
百度地图API是为开发者提供的一套基于百度地图服务开放性应用接口，由JavaScript语言编写而成，将应用数据与地理信息数据捆绑，再将复杂的GIS底层逻辑进行封装，以一种直观可查询的方式，提供地图导航服务。线上电子标桩将直埋电缆标桩与百度地图相结合，充分利用百度地图API交互性强、功能丰富等特点，开发在线电子标桩系统，设计标桩函数、电缆路径函数、电缆井函数，形成相应的标桩图层、电缆路径图层以及电缆井图层，弥补道路施工导致直埋标桩丢失以及掩埋的缺陷，使电缆巡视人员能够按图索骥准确定位电缆标桩位置，提高电缆中间头寻找和线路寻找效率。
3.2 线上系统需求分析
本文结合机场地理位置信息，将百度地图API导入线上电子标桩系统中。如图4所示，该系统由机场地图模块、电子标桩模块、电缆路径模块、电缆井模块以及后台数据库管理模块组成，其系统框架图如下图所示。
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图4 线上系统结构图
其中，地图模块直观地显示机场地理信息，可以通过平移、缩放、3D显示、比例尺更改等操作调整视角，同时可以利用搜索引擎对地图某点地理信息进行检索；电子标桩模块是线上电子标桩系统核心模块，根据实地标桩经纬度以灯塔图标标注，点击图标显示该标桩的基本信息，方便巡视人员以及工作人员查看该标桩标注的历史信息，同时可以启用位置导航功能，规划出到该标桩的最佳路径；电缆路径模块是线上电子标桩系统的辅助功能模块，该模块利用百度地图API显示10kV级及以上的电缆路径，为新手学习机场电缆路径提供帮助，同时该模块提供电缆路径倒改模拟功能，利用图上修改电缆路径确定最佳电缆倒改方案，提高电缆倒改效率，减少电缆材料浪费；电缆井模块根据电缆井的经纬度通过井盖图标标注在百度地图上，为后续开发智能井盖预留接口；后台数据模块是对用户基本信息以及标桩信息的管理模块，通过该模块可以实现用户注册、用户登录等管理，同时实现线上电子标桩与线下电子标桩的数据融合。
3.3 各功能模块的设计与实现
线上电子标桩系统基于百度地图API，采用B/S开发模式，选Visual Studio 2015为开发平台C# 开发语言，借助ASP.NET窗体前端技术与HTML以及JavaScript结合进行设计，通过SQL Server数据库存储用户信息以及标桩信息，利用AJAX+JQuery异步交互交互实现前端与数据连接，最终运用IIS来发布网站。
3.3.1 地图模块设计
地图模块实现机场地区地理信息的展示，通过百度开放平台申请使用密钥（AK），获得使用百度地图API权限，调用百度地图Web服务API为开发者提供的http/https接口，添加<div>标签作为容器，在容器内引入new BMap.Map("container")函数，创建百度地图实例，初始化地图，将首都机场设置为中心点坐标以及设置地图显示级别，添加地图平移、放到、缩小、3D转换、比例显示、以及画图工具等功能函数，电缆井模块与该模块设计方法类似不再复言。
3.3.2 电子标桩模块
电子标桩模块实现线下电子标签线上定位，显示标桩基本信息以及规划最佳路径。设计电子标桩函数，函数内引入百度地图API的Marker函数，修改Marke函数的icon为灯塔，表示电子标桩，单击电子标桩显示SearchInfoWindow窗口，展示标签的设备信息、危险级别、应用类型、放置日期、放置原因、施工单位和其他重要详细信息，利用AJAX+JQuery异步交互交互实现将该窗口显示信息与后台数据库连接，实现线上线下数据一致。
3.3.3 电缆路径模块
电缆路径模块实现电缆线路线上显示，模拟电缆倒改方案设计。设计电缆路径模块函数，通过修改百度地图Polyline函数，利用颜色、线宽表示不同电压等级电缆，利用箭头表示电缆电源来源方向，同时单击电缆线路显示SearchInfoWindow窗口，展示电缆的名称、电压级别、电缆型号、放置日期、放置原因、施工单位和其他重要详细信息，利用AJAX+JQuery异步交互交互实现将该窗口显示信息与后台数据库连接。
3.3.4 后台数据模块
该模块是线上标桩与线下标桩连接纽带，同时存储电缆路径信息，主要基于5个数据库表：电缆标桩信息表、电缆井盖信息表、电缆路径信息表、后台用户信息表以及查询历史信息表。以下表1为线上系统设计中使用的“电缆标桩信息表”为示例，其余数据表的设计类似。
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通过后台数据模块实现用户登录、后台数据管理的电子标桩添加、删除、标桩信息编辑等操作。
4 结语
“O2O”电子标桩的电缆管理系统利用GIS技术、ASP.NET技术、B/S技术和互联网技术，同时线上电子标桩的百度地图是在线实时更新的GIS地图，电缆路径图层、电缆井图层、中间接头图层为离线的图层，不仅保证参照物稳定性，同时也可保证电力信息不泄露。与电力GIS系统相比，线上电子标桩运用线上百度地图为底图，实时更新性强，同时系统投入成本较低，利用范围广泛。目前，线上线下电子标桩仍然处于起步阶段，还有一些问题有待进一步研究。在未来，将结合自身情况，不断总结和完善“O2O”电子标桩的电缆管理模式，实现线上和线下的有机结合点，找到突破点，提高工作效率，发挥更大的实用价值。
参考文献：
[1]Xia Changliang, Song Zhanfeng. Wind energy in China: current scenario and future perspectives[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, 13(8): 1966-1974.
[2]Zhang S, Tseng King Jet, Vilathgamuwa D M, et al. Design of a robust grid interface system for PMSG-based wind turbine generators[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 58(1): 316-328.
[3]胡书举, 李建林, 许洪华. 永磁直驱风电系统变流器拓扑分析[J]. 电力自动化设备, 2008, 28(4): 77-81.
论文作者:杨超,王劲松,邢忠海
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/13
标签：电缆论文; 线上论文; 模块论文; 无源论文; 路径论文; 电子论文; 地图论文; 《电力设备》2019年第23期论文;