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城市地下綜合管廊智能互聯運營監控係統建設研究

更新時間：2023-05-05 點擊次數：389

摘要:分析地下綜合管廊智能互聯運營監控係統的需求，構建智能互聯監控係統架構，包括環境與(yu) 設備監控係統、安全監控係統、通信係統和智慧管廊綜合監控平台四個(ge) 子係統，為(wei) 綜合管廊智能化管理提供參考。

關(guan) 鍵詞：地下綜合管廊智能互聯運營監控係統 BIM 物聯網

1、引言

近年來，地下綜合管廊已成為(wei) 建設現代化“綠色城市"、“智慧城市"的重要環節。在綜合管廊運營過程中，由於(yu) 管廊位於(yu) 地下呈封閉性，不確定因素較多，受工程地質和水文條件影響較大，且內(nei) 部管線種類多、密度較高、口部設計複雜、維修費用高等，傳(chuan) 統的人工運營管理常出現安全隱患多、檢修不及時等問題，因此借助BIM、物聯網等信息化技術構建城市地下綜合管廊智能互聯運營監控係統，對實現管廊運營安全智能預警，及時排除運營風險，提升運營管理效率意義(yi) 重大。目前將BIM、物聯網、機器人等技術應用到管廊運維階段的研究已較多，但管廊整體(ti) 的智能互聯運營體(ti) 係架構還不完善。如何將管理與(yu) 環境、設備、產(chan) 品等通過互聯網數據互聯，使彼此能夠互相感知，實現智能化運營管理體(ti) 係已十分迫切。所以構建管廊智能互聯運營管理體(ti) 係架構，對實現管廊智能化運營管理有著重要促進作用。

2、城市地下綜合管廊運營監控係統的需求分析

為(wei) 實現綜合管廊運營過程中的信息互通與(yu) 安全監控預警，需分析綜合管廊建設安全監控係統的需求。

（1）服務對象。根據管廊運營單位管理需求，建立智能監控係統，實現狀態監控、事故預防與(yu) 控製優(you) 化等。

（2）功能要求。綜合管廊智能互聯監控係統應以信息係統為(wei) 核心，通過傳(chuan) 感器采集管廊運營數據，並通過互聯網的運程操作、計算及通信等，將數字化信息與(yu) 管廊環境、設備、安全等運營實體(ti) 關(guan) 聯，實現傳(chuan) 感器、智能控製麵板、通信係統和終端接收係統的互聯互通，達到管廊自我感知、自我診斷、自我控製及自我優(you) 化的智能化運營管理體(ti) 係，更好地服務於(yu) 運營單位。

（3）數據需求。為(wei) 確保監控狀態的及時、準確、有效，須在廊體(ti) 內(nei) 部安裝不同功能的傳(chuan) 感器進行數據的收集，並能及時傳(chuan) 送到監控係統進行分析、預警，從(cong) 而實現動態智能監測。數據主要包括基礎數據和監控數據，前者為(wei) 管廊內(nei) 部的結構、設備、管線等基礎數據，後者為(wei) 廊體(ti) 內(nei) 設置的各傳(chuan) 感器所監測、采集、分析的數據。

（4）非功能性需求。在管廊運營階段，係統在信息搜集、分析、處理，安全隱患排查及風險預警執行過程中，硬件和軟件應保證在運行過程中抵抗異常情況的幹擾及保證係統正常工作的可靠性能力。為(wei) 此，係統應具有可擴展性和二次開發性，保證先進性和持續性，以及良好的接口以保證係統數據不丟(diu) 失從(cong) 而維持正常的運作。此外，係統中信息編碼、采集、信息通信要具備一致性，設計規範應完整、標準，保證輸出成果能與(yu) 其他係統相兼容或不同數據格式的轉換，實現係統間的數據共享。

3、地下綜合管廊智能互聯監控係統架構設計

智慧管廊智能互聯監控係統采用分層設計、統一架構、標準協議、協同管理的整體(ti) 技術構架。係統包括：

（1）感知層：通過傳(chuan) 感器采集整個(ge) 管廊氣體(ti) 、溫濕度、水位、電力、通信數據，實現對整個(ge) 管廊運行狀態的感知，通過風機、水泵、配電、照明、消防實現整個(ge) 管廊的安全運行。

（2）接入層：提供統一的設備接入服務，提供多種通信終端產(chan) 品及接入方案，采用統一的數據采集及控製接口模型，支持各種工業(ye) 通信協議，可實現對各類環境傳(chuan) 感器和通風、配電、燃氣及排水設備的快速接入。

（3）傳(chuan) 輸層：采用有線及無線通信網絡，分布式消息中間件，實現安全可靠的雙向數據交互，確保各類感知數據的實時采集以及遠程控製命令實時到達和執行，並能連接大數據服務平台。

（4）數據層：由消息中間件、數據緩存服務、數據分析服務、實時數據流服務、NoSQL數據庫平台，依托數據庫集群、雲(yun) 計算及大數據技術，構建智慧管廊大數據處理係統。提供從(cong) 終端到頭端、從(cong) 設備到業(ye) 務、從(cong) 數據到運營決(jue) 策的全業(ye) 務、全數據、全覆蓋的整體(ti) 解決(jue) 方案。

（5）展示層：依托GIS、GPS、BIM技術、三維展示技術、虛擬顯示技術以及移動互聯網技術為(wei) 智慧管廊運營單位提供全麵的應用服務，實現環境及設備監控、安全防範管理、運行維護管理以及數據統計及效能分析。

4、地下綜合管廊運營監控係統功能架構

依據設計原則，通過調研管理現狀，了解亟待解決(jue) 的問題，提出綜合管廊智慧運維監管係統應包含四個(ge) 子係統：環境與(yu) 設備監控係統、安全監控係統、通信係統以及智慧管廊綜合監控平台。該係統要實現的功能模塊，如圖1所示。

4.1環境與(yu) 設備監控係統

（1）環境監測環境監控功能需實現對綜合管廊全域環境參數實施全程監控，將實時監控信息通過數據采集裝置及時傳(chuan) 輸綜合監控平台，便於(yu) 管理人員及時發現現場環境問題，排除環境異常及對警情的及時處理，保證管廊正常運行。監測的主要環境參數有：溫度、濕度、水位、氧含量、硫化氫濃度、甲烷濃度。

（2）設備監控設備監控功能需實現對管廊的通風係統設備、排水係統設備、供電係統設備、照明係統設備以及配套的采集、控製設備狀態監控；實現對故障設備的實時警告。同時根據運行要求對這些設備的運行發出相應的指令進行動態調整，如防火分區內(nei) 照明開關(guan) 的分合控製等。

（3）報警管理管廊內(nei) 出現異常情況時，報警並自動進行異常處理。報警管理功能要求閾值設置，與(yu) PLC（Programmable Logic Controller）通訊，將不同類型報警閾值寫(xie) 入PLC中，並實時顯示當前報警，當發生報警時，自動彈出報警界麵，顯示報警位置、報警設備、報警原因、報警時間、實時曲線、當前采取的措施等。同時係統應發出報警聲提示用戶，並在界麵上循環滾動報警信息。當有多個(ge) 報警同時發生時，可切換查看各報警的詳細信息。此外，報警應有延時性，即當采集值持續超出閾值一定時間後，比如2s，才認為(wei) 是有效報警，避免僅(jin) 瞬間超閾值而造成頻繁報警。

（4）聯動功能為(wei) 了提高運營效率，綜合監控係統應匯集各設備係統的信息，實現信息互通和聯動，保證對管廊運營安全快速及時做出反應，縮短安全救援時間、減少安全事故損失。例如檢修管理功能，可在檢修情況下，通過迅速啟動環境與(yu) 設備監控係統通風模式進入檢修狀態。

4.2安全監控係統

安全監控係統由視頻監控係統、入侵報警係統、出入口門禁係統、電子巡查係統等組成。

(1）視頻監控係統該係統可為(wei) 運營管理人員提供監控區域圖像、視頻等視覺信息，並與(yu) 視頻聯動報警功能相配合，對管廊安全運營輔助管理。視頻監控係統由攝像機、視頻管理服務器、磁盤陣列、監控運維中心軟件視頻管理模塊等組成。係統采用網絡信號傳(chuan) 輸方式，共用主幹網絡，實現統一的視頻信號存儲(chu) 、顯示和遠程調用等功能。

(2)入侵報警係統入侵報警係統主要由紅外雙鑒探測器、聲光報警器、入侵報警控製服務器和智慧管理平台入侵報警係統等部分組成。紅外雙鑒探測器是將兩(liang) 種探測技術結合觸發報警，可降低單種探測技術對射係統的誤報率。其在通風口、人員出入口等易於(yu) 從(cong) 外部入侵的位置設置，通過硬線接入就近分區控製係統，信號通過主幹網絡上傳(chuan) 監控平台。當有外部人員進入時，綜合監控平台上將顯示有入侵的相應區間位置圖像閃爍，並產(chan) 生報警信號，同時調取附近攝像機畫麵到平台顯示。

(3)出入口門禁係統管廊出入口門禁控製係統是建設一個(ge) 以中央管理係統為(wei) 中心，以智能IC卡為(wei) 載體(ti) ，以進出權限為(wei) 基礎，連接並實時對管廊重要風險區域的安全管控。通過ACU將數據實時傳(chuan) 送到位於(yu) 控製中心的安保工作站，安保工作站顯示相應區間視頻畫麵，並產(chan) 生語音報警。

(4)電子巡檢係統電子巡檢係統主要通過管廊內(nei) 部設置的無線傳(chuan) 感器等設備進行係統數據信息的采集，並通過無線網絡或局域網等傳(chuan) 輸到係統數據庫進行數據的編碼、分析與(yu) 管理，並與(yu) 環境、設備等業(ye) 務管理係統互聯，最後將係統信息、業(ye) 務統計分析結果等發布和顯示在綜合監控平台。

4.3通信係統通信係統由有線傳(chuan) 輸網絡係統、固定語音通信係統、無線對講係統等組成。

(1)有線傳(chuan) 輸網絡係統：是綜合管廊現場控製單元（PLC係統）、網絡攝像頭、門禁係統等與(yu) 監控平台間的快速、安全、可靠的數據通道。

(2)固定語音通信係統：由光纖電話主機、電話分機、監控中心光纖電話係統服務器等部分組成。為(wei) 管理人員提供實時語音通信功能，同時可兼做消防電話。

(3)無線對講係統：在管廊控製室建立，通過數字常規信道機、光近端機將信號送入管廊內(nei) ，在管廊內(nei) 位置放置光纖遠端機，輸出信號通過漏泄同軸電纜進行覆蓋。實現監控中心與(yu) 無線對講機的通信，手持終端可在管廊內(nei) ，亦可在綜合管廊監控平台附近通信。

4.4 智慧管廊綜合監控平台

綜合監控平台是整個(ge) 管廊智能運營管理的中心，能提供各分子係統的信息互通和共享，為(wei) 管廊智能化管理提供軟件後台，並能在各種情況下準確、可靠、迅捷地做出反應，及時處理，為(wei) 對外係統聯接提供通信平台，以達到實時監控的目的。所以管廊綜合監控平台應包含監測顯示、控製、優(you) 化的功能。

（1）監測顯示。通過設置在管廊內(nei) 部的各種傳(chuan) 感器進行數據搜集與(yu) 分析，對運營環境、設備、安全等各方麵進行監測，並將監測數據與(yu) 設定的標準、變化率等範圍偏差以及管廊運營狀態顯示在監控平台上。如出現運營異常，係統會(hui) 自動報警並做出應急措施。

（2）智能控製。在監控係統內(nei) 植入命令和算法，可以讓係統對綜合管廊內(nei) 部運營環境、設備及其他條件的特定變化做出反應，從(cong) 而進行遠程智能控製。

（3）係統優(you) 化。對係統管廊內(nei) 的報警數據或曆史記錄進行分析、歸類，並通過訓練學習(xi) 神經網絡，實現異常情況智能預警功能，從(cong) 而大幅提高管廊的使用性能。

5、平台概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台集18luck新客户端、能源管理、電氣安全、照明控製、環境監測於(yu) 一體(ti) ，為(wei) 建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體(ti) 係提供數據支持，從(cong) 數據采集、通信網絡、係統架構、聯動控製和綜合數據服務等方麵的設計，解決(jue) 了綜合管廊在管理過程中存在內(nei) 部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問題，大大提高了係統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢複效率。

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理係統是一個(ge) 深度集成的自動化平台，它集成了10KV/O.4KV變電站18luck新客户端係統、變電所環境監控係統、智能馬達監控係統、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、智能照明係統、消防應急照明和疏散指示係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

6、平台拓撲圖

7、平台子係統

18luck新客户端主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體(ti) 濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nei) 的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。

馬達監控

馬達監控實現對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監測和報警。在需要的情況下可以設置聯動控製。

電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，消防設備電源傳(chuan) 感器、防火門狀態傳(chuan) 感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內(nei) 阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。