城市地下综合管廊智能监控平台研究Intelligent Monitoring Platform System of City Underground Utility Tunnel 文/航天海鹰机电技术研究院有限公司 蔡贤卿 朱玉明 王 鹏 针对城市地下综合管廊智能监控中底层前端设备接入数据量大且通信协议标准不统一，以及智能管理水平低、预警延时等问题，研究和设计城市地下综合管廊智能监控平台。在应用平台化理念的基础上，探索出城市地下综合管廊“总控中心+分控中心”的二级管理模式，提出智能监控平台的总体架构，最后对前端设备接入系统、网络系统、数据中心3个关键子系统进行设计，利用前端设备进行城市地下综合管廊监控数据的稳定采集、网络系统对采集数据的安全传输、数据中心对采集数据的统一组织和管理，实现对城市综合管廊的一体化集成管理。 1 研究背景为积极响应城市地下空间开发与利用政策，城市地下综合管廊在新建城区或具备建设条件的地区广泛应用。城市地下综合管廊是城市生命线走廊，收容的管线种类多样，而且管廊自身功能使用的动力、照明、通风、排水等设备繁多，使用传统的地下空间管理办法，借助图纸、各类卡片来管理庞大的城市管线资料，会导致数据不全、精度不高、资料保管分散、预警延时、处理滞后等问题。因此，使用现代信息技术，建设城市地下综合管廊智能监管平台，对地下综合管廊进行信息化管理，及时发现和处理事故，才能发挥城市地下综合管廊的作用。 2 综合管廊管理模式基于综合管廊规划和管理需求，结合对国内外综合管廊运行管理的调研和考察，城市地下综合管廊采用“总控中心+分控中心”的两级管理模式。 总控中心在省政府组织领导下，对整个城市综合管廊进行统一监管、预警和处置，在分控中心配合下，接收分控中心采集的环境与设备信息、安防与消防信息、管线状态信息、管理信息等。总控中心负责对接收的信息进行分析和处理，生成并发布控制信息，合理、有效地组织管廊运营与管理，保证管廊安全运行（见图1）。 分控中心负责与廊内监控设备配合，采集管廊环境与设备信息、安防与消防信息、管线状态信息、报警信息及应急响应信息等实时信息，并将采集信息上传到本地服务器或视频矩阵，供总控中心监控程序连接访问。同时，分控中心对管廊内的设备和设施等进行控制（见图2）。 综合管廊智能监控平台服务于总控中心和分控中心，平台是在屏蔽底层前端设备异构性的同时，实现对各类信息之间的融合应用。平台打破传统的单管廊独立监控传统模式，实现了以云计算、云存储、物联网技术为核心的集中一体化监控。 3 平台架构平台从层次上分为数据采集层、数据接入层、数据处理层、应用层。从各层次的实现上看，平台主要包括前端设备接入系统、网络系统、数据中心及公共服务平台。平台系统架构如图3所示。 1）数据采集层 对管廊内环境和管线运行状态进行实时监控，各部分设备通过标准通信接口连接，将采集数据发送至数据中心，为综合管廊智能化应用提供数据支撑；同时各设备基于本身硬件设计，实现自身基本处理功能。 2）数据接入层 通过专网把监控数据接入平台，各业务系统软件与平台软件对接，平台对监控数据进行分类和管理，建立采集数据和控制指令的统一入口和通信通道，同时，对重要数据进行存储。 3）数据中心 建立综合管廊共享数据库及数据资源管理系统，并通过公共服务实现管廊主数据和主题数据的集成和共享，实现基于管廊大数据的应用。支撑平台对综合管廊进行统一调度及部门协同，实现对综合管廊环境、智能设备、各专业系统的集中展示与监管，为监控中心调度员、值班人员提供管理服务。 4）应用层 以公共服务平台为基础，基于设定的功能要求，对数据进行处理、分析，并生成分析结果。该层同时接收各类操作指令，生成操作处理结果。面向政府部门、管线权属单位和运营公司提供管廊监控、安全监管及管线监控等统一应用服务。  图1 总控中心组成  图2 分控中心组成  图3 平台系统架构 4 平台关键子系统4.1 前端设备接入系统 前端设备接入系统是平台中数据的源头，负责各前端设备的接入、协议的解析，最终获取前端设备的监控数据，为数据接入层提供数据组成及其系统配置，应根据综合管廊建设规模、纳入管线的种类、综合管廊运营维护管理模式等确定。系统组成如图4所示。 环境与设备监控系统应包括环境监控子系统、照明控制子系统、通风控制子系统、排水控制子系统、供电监控子系统等。系统采用PLC系统，系统主机设于分控中心内。内设监控工作站、服务器、网络通讯设备等，对各监控设备进行统一监测、控制和管理，并完成系统设置、数据处理、能耗统计管理等工作。 安全防范系统应包括视频监控子系统、入侵监控子系统、出入口控制子系统、电子巡更子系统等，宜包含人员定位子系统。 自动报警系统应包括火灾自动报警子系统、可燃气体探测报警子系统、智能疏散子系统等。 通信系统应包含固定电话子系统，宜包含无线对讲子系统和广播系统。 各系统布点原则如图5～8所示。  图4 管廊智能监控系统组成  图5 环境与设备监控系统前端主要设备布点  图6 安全防范系统前端主要设备布点  图7 火灾自动报警系统前端主要设备布点  图8 通信系统主要前端设备布点 4.2 网络系统 为满足综合管廊大量前端设备的联网需求，政府部门、管廊运营单位、管线权属单位之间形成实时、双向、互动的信息通信网络，应构建政务内网、政务外网和管廊专网。其中，政务内网主要用于市政府及各部门的内部管理和办公；政务外网主要服务于入廊管线各权属单位及部门；管廊专网用于总控中心、分控中心与管廊前端设备，采集数据和控制信号传输。 综合管廊网络系统的拓扑如图9所示。 综合管廊专网详细结构由1个主干环网、多个下级主干环网和综合管廊底层环网构成（见图10，11）。主干环网由总控中心的核心交换机和分控中心汇聚层交换机构成。下级主干环网由分控中心汇聚层交换机与分控中心的核心交换机构成；同时设备间内的汇聚层千兆以太网交换机与其供电范围内防火分区通风口设备层的接入工业以太网交换机组成综合管廊底层千兆以太环网。 4.3 数据中心 城市综合管廊智能监控平台的数据中心是在现有基础数据资源基础上，形成管线分领域、规划、建设、应急联动和运行分析主数据、主题数据，经过数据分析和管理服务，通过数据交换服务实现与各数据库、信息系统及综合管廊管理系统之间的数据获取与交互，完成数据查询请求、更新数据入库、预警信息获取、数据规划信息的获取等工作，并响应终端请求，负责向终端设备发送查询数据、报警信息、规划辅助决策等信息。 数据架构描述了综合管廊信息管理系统及专业运营系统之间的数据交换关系（见图12）。  图9 网络拓扑  图10 分控中心与总控中心网络拓扑  图11 综合管廊与分控中心网络拓扑 图12 数据架构 1）通过地下管廊的物联感知设备和手段，对管线数据进行采集，将相应管线、管廊环境及管廊设备的运行状况监测数据等发送给相应的专业在线监测子系统，进行业务处理。地下管线隐患排查数据进入数据中心的隐患信息数据库，为各级管理系统提供共享。 2）燃气、供水、排水、热力、温湿度、气体等专业在线监测系统和设备监控系统将实时监测数据（包括流量、压力、液位、水质、温度、有害气体等）、基础数据及隐患数据等通过数据交换系统与智能监控平台进行共享；专业运营系统接受上级部门提供的隐患提醒数据、安全预警数据、应急处置数据等。 3）通过实时监测数据、隐患数据，智能监控平台对各专业管线的运营情况进行掌握和监管，同时，智能监控平台也将其发现的隐患情况与专业运营系统进行共享，并对已经发现的管线隐患和健康问题，通过指令的方式通知各管线权属单位进行相应的维修和维护。 4）智能监控平台需接受各管线权属单位工程规划数据、监测数据、隐患数据等，通过对数据的分析处理，将三维可视化模型数据、管线监控数据、环境监控数据、设备监控数据、安防消防监控数据等与专业运营系统进行共享。 5 结语从城市地下综合管廊的“监、管、控、维”4方面出发，提出了综合管廊的二级管理模式，并对综合管廊智能监控平台的前端设备接入系统、体系架构、网络架构和数据架构进行了设计。该平台实现了对不同区域管廊的远程控制，有效地降低安全隐患，保证管廊管线环境的安全，提升城市安全和管线安全的整体水平，对打造民生工程起到一定的积极作用。 蔡贤卿，航天海鹰机电技术研究院有限公司助理工程师 朱玉明，航天海鹰机电技术研究院有限公司高级工程师 王 鹏，航天海鹰机电技术研究院有限公司工程师 |
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