淺談城市管廊智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

時間：2023-04-23

楊翠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：為解決綜合管廊內設備監(jiān)控、通信、報警等多個功能系統(tǒng)兼容性差，人廊單位交叉作業(yè)安全風險高和運維管理工作復雜等問題，設計了一種智能化綜合管廊監(jiān)控管理系統(tǒng)，并從總體設計、硬件系統(tǒng)設計和軟件平臺設計3個方面詳細地介紹了該系統(tǒng)的結構和功能。該系統(tǒng)實現(xiàn)了綜合管廊的環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范通信和定位、運維管理等功能、具有集成化、管理精細化的優(yōu)點，滿足了綜合管廊運維管理工作的安全性、便利性以及智能化要求，從而助力綜合管廊運維管理工作較加。

關鍵詞：綜合管廊；智能監(jiān)控系統(tǒng)；硬件系統(tǒng)；軟件平臺

0引言

目前，我國雖已有3項國家標準闡述了綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成內容、需要實現(xiàn)的具體功能和性能指標，但就其智能化管理尚沒有具體規(guī)定。筆者設計的綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)在滿足上述國家標準的基礎上，綜合運用BIM、GIS、大數(shù)據等**技術，通過對管廊內環(huán)境與設備狀態(tài)的主動感知、異常問題的動處理和運營情況的智能分析，實現(xiàn)了對綜合管廊的智能化管理。

1系統(tǒng)總體設計

1.1系統(tǒng)組成

綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)總體架構由*層、控制層、設備層3級組成。其中：*層設置在監(jiān)控中心，硬件由各類型數(shù)據機柜和監(jiān)控終端組成，包括監(jiān)控系統(tǒng)機柜，安防系統(tǒng)機柜、通信系統(tǒng)機柜、數(shù)據管理機柜、UPS機柜、各類型工作站和監(jiān)控大屏等；軟件由各類型業(yè)務軟件組成，包括統(tǒng)一管理平臺軟件、數(shù)據庫軟件、工控系統(tǒng)軟件、通信系統(tǒng)軟件、BIM軟件、手持終端APP等。2)控制層為設置在管廊現(xiàn)場內每個*分區(qū)設備間的區(qū)域控制單元(ACU),機柜內主要設備包括交換機、PLC、UPS、NVR、中間繼電器，斷路器等.)設備層為安裝在管廊廊體內的各類型傳感器和設備，包括氣體傳感器（〇2、H2S、CH4、溫??度）、液位傳感器、煙霧傳感器、紅外探測器、攝像機、無線AP、設備控制箱（風機、水泵、照明等）門禁、巡較點等。系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖一系統(tǒng)架構

1.2系統(tǒng)總體功能

管廊監(jiān)控系統(tǒng)從功能上可劃分為環(huán)境與設備狀態(tài)監(jiān)控、安防視頻、人侵與門禁監(jiān)控、火災自動報警、無線與固定語音通信、電子巡較、人員定位、機器人自動巡檢等部分。該系統(tǒng)通過統(tǒng)一管理平臺對所有功能模塊進行集成，具有監(jiān)視監(jiān)測及控制、報警管理、數(shù)據采集存儲等功能，并能夠通過大數(shù)據技術對監(jiān)測數(shù)據進行趨勢分析；同時具有應急方案預設、廊管線數(shù)據管理、系統(tǒng)維護和診斷，以及基于GIS和BIM技術的運維管理功能，能夠實現(xiàn)對數(shù)據來源的實時定位和3D瀏覽。系統(tǒng)功能如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能示意圖

2硬件系統(tǒng)設計

2.1監(jiān)控中心硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)*層設置在監(jiān)控中心，為管廊提供設備監(jiān)控、檢修和運維辦公等配套服務。*層硬件系統(tǒng)需滿足統(tǒng)一管理平臺軟件及各子系統(tǒng)后臺軟件的運行環(huán)境要求。

1）設備

一般由安防工作站、監(jiān)控工作站、管理工作站和顯示大屏組等組成。

2）后端設備

一般由各類機柜組成，包括：

① 監(jiān)控系統(tǒng)機柜：主要由統(tǒng)一管理平臺服務器環(huán)境與設備監(jiān)控服務器、環(huán)境與設備監(jiān)控服務器、**交換機、匯聚交換機和硬件*墻等組成；

② 安防系統(tǒng)機柜：主要由安防服務器、務器、匯聚交換機、網絡硬盤錄像機(NVR)等組成；

③ 通信系統(tǒng)機柜：主要有通信服務器、無線控制器、數(shù)字程控交換機組成；

④ 數(shù)據管理機柜：主要由數(shù)據庫服務器、列、KVM切換器、機架式一體化鍵盤顯示器等組成；

⑤ UPS柜機：主要滿足中心硬件設備用電的UPS主機和60min應急時間儲備的蓄電池組成。

2.2區(qū)域控制單元（ACU)

ACU是為滿足綜合管廊內眾多檢測數(shù)據集中管控、傳輸?shù)男枨蠖O置的區(qū)域控制模塊，它集信號采集、本地控制、數(shù)據交換、遠程聯(lián)網等功能于一體。ACU內設有PLC控制器，通過數(shù)字量/模擬量輸入、現(xiàn)場總線的方式采集氣體濃度、溫度、人侵防范、液位等監(jiān)測信息，根據設定的條件控制通風機、排水泵、照明、電控井蓋、門禁、光報警器等設備的運行。ACU的網絡通道由安防交換機和監(jiān)控交換機組成，分別接人攝像機、無線AP、門禁和PLC控制器等設備，再分別通過環(huán)網光纖上傳至監(jiān)控中心。ACU機柜以及管轄范圍內的監(jiān)控設備，通過各類斷路器、開關接到機柜內的UPS輸出端,UPS外接配電柜。

2.3設備與傳感器

系統(tǒng)設備層主要由環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等現(xiàn)場儀表與設備箱組成，包括：

1）環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng):包括氧氣濃度儀、溫濕度檢測儀、硫化氫檢測儀、甲烷檢測儀、液位計、風機控制箱、水泵控制箱、照明控制箱和電控井蓋控制箱等。

2）安防系統(tǒng)：包括攝像機、門禁控制器、紅外探測器、電子巡較點等。

3）通信系統(tǒng)：包括光纖電話主機、副機、無線AP和VOIP手持終端等。

3軟件平臺設計

3.1軟件平臺架構

綜合管廊健康系統(tǒng)統(tǒng)一管理平臺軟件，應用SOA架構開發(fā)，充分整合各業(yè)務系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的業(yè)務接口，在傳統(tǒng)3層架構基礎上運用Webservice的SOAP和REST進行系統(tǒng)數(shù)據通道建構，實現(xiàn)了多層服務模式。軟件通過GIS地圖和BIM建模技術，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據與位置信息的實時關聯(lián)，以及管廊內的3D同時，系統(tǒng)應用大數(shù)據技術對管廊業(yè)務的相關結構化、半結構化和非結構化數(shù)據進行實時采集和分類存儲，再通過數(shù)據挖掘算法，生成管廊運維管理工作所需的各類數(shù)據圖、表，為管理單位提供運維管理的分析決策依據，從而通過統(tǒng)一管理平臺整體提升運維管理工作的質量和效率。平臺架構圖如圖3所示

圖3軟件平臺架構

3.2數(shù)據采購與通信方式

3.2.1數(shù)據采集

1）監(jiān)測數(shù)據：包括溫??度、氧氣、甲烷、硫化氫、液位等傳感器的環(huán)境監(jiān)測信息；風機、水栗、照明、電控井蓋等設備的運行狀態(tài)；固定電話、無線AP、V01P手持終端等通信設備的數(shù)據信息；門禁、紅外對射、攝像機等安防設備的監(jiān)控信息等。

2）報警數(shù)據：包括監(jiān)控設備的故障報警信息環(huán)境傳感器的**限報警信息和安防設備的監(jiān)控報警信息等。

3）系統(tǒng)數(shù)據：包括業(yè)務管理模塊的用戶信息運營服務模塊的客戶信息和應急指揮模塊的資源信息等。

3.2.2通信方式

1）現(xiàn)場設備：管廊內的各類型監(jiān)控數(shù)據，通過數(shù)字量、模擬量、現(xiàn)場總線或網絡通信的方式匯聚到ACU。一部分數(shù)據進入到PLC進行預處理，在統(tǒng)一通過ModbusTCP協(xié)議或者OPC協(xié)議，上傳給監(jiān)控中心的監(jiān)控系統(tǒng)機柜；另一部分數(shù)據使用**協(xié)議或私有協(xié)議，直接通過ACU內的匯聚交換機上傳上傳至監(jiān)控中心的安防系統(tǒng)機柜或通信系統(tǒng)機柜。

2)中心設備：中心的各類型數(shù)據服務器、存儲設備、和**設備均接入**交換機，通過TCP/IP協(xié)議進行通信。系統(tǒng)內部或與其他系統(tǒng)交互數(shù)據使用統(tǒng)一接口格式。

3.3系統(tǒng)數(shù)據庫設計

3.3.1元數(shù)據

用于描述數(shù)據的數(shù)據，主要包括操作日志信息對照表、設備狀態(tài)信息對照表、監(jiān)測點類型對照表等，如表1所示。

3.3.2歷史數(shù)據和數(shù)據地

主要用于記錄系統(tǒng)運行過程中的各種數(shù)據信息，包括氣體濃度、設備狀態(tài)等監(jiān)測點的歷史數(shù)據、統(tǒng)計數(shù)據和操作日志等，如表3所示。

表3歷史數(shù)據和統(tǒng)計數(shù)據清單

3.4系統(tǒng)功能設計

3.4.1統(tǒng)一管理平臺軟件

綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控報警、運營維護、應急決策、能耗監(jiān)控等各類功能，均通過部署在監(jiān)控中心的統(tǒng)一管理平臺軟件實現(xiàn)。平臺由BIM管控、GIS地圖、實時管控、運維管理、應急指揮、IOT采集、數(shù)據分析、系統(tǒng)維護8個功能模塊組成，部分統(tǒng)一管理平臺軟件界面。

3.4.2VOIP手持終端軟件

運維巡檢人員在管廊內作業(yè)時，通過手持終端設備與監(jiān)控中心進行聯(lián)系，實現(xiàn)巡檢人員的實時定位、語音通信、工單報送、巡較打卡等功能，部分手持終端軟件界面如圖5所示。

圖5手持終端軟件

4AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、的綜合管廊管理體系提供數(shù)據支持，從數(shù)據采集、通信網絡、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、*門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、、有序的要求。

4.3平臺拓撲

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詞條
詞條說明
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