智慧管廊監控與報警系統管控一體(tǐ)化解決方案

行業背景

随着城(chéng)市經濟的快(kuài)速發展，綜合管線建設規模不足、管理(lǐ)水平不高等問(wèn)題凸現，一些城(chéng)市相(xiàng)繼發生(shēng)大(dà)雨(yǔ)内澇、管線洩漏爆炸、路(lù)面塌陷等事(shì)件(jiàn)，嚴重影(yǐng)響着生(shēng)命、财産安全和城(chéng)市運行秩序。

面對當前現狀及存在的問(wèn)題，中央适時出台《國(guó)務院關于加強城(chéng)市基礎設施建設的意見(jiàn)》【國(guó)發(2013)36号】文件(jiàn)：在全國(guó)36個大(dà)中城(chéng)市全面啓動地下綜合管廊試點工(gōng)程;中小城(chéng)市因地制宜建設一批綜合管廊項目。新建道路(lù)、城(chéng)市新區和各類園區地下管網應按照(zhào)綜合管廊模式進行開發建設。

國(guó)辦發(2015)61号《國(guó)務院辦公廳關于推進城(chéng)市地下綜合管廊建設的指導意見(jiàn)》中對管廊建設做了統籌規劃。《指導意見(jiàn)》指出管廊配套系統就(jiù)有智能化管理(lǐ)水平，滿足運營維護需要。需在GB50838-2015《城(chéng)市綜合管廊工(gōng)程技術(shù)規範》中，則具體(tǐ)規定了該系統的建設要求。

城(chéng)市綜合管廊簡介

綜合管廊就(jiù)是地下城(chéng)市管道綜合走廊。即在城(chéng)市地下建造一個隧道空間，将電力、通訊，燃氣、供熱(rè)、給排水等各種工(gōng)程管線集于一體(tǐ)，設有專門(mén)的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一設計(jì)、統一建設和管理(lǐ)，是保障城(chéng)市運行的重要基礎設施和“生(shēng)命線”。

需求分(fēn)析

綜合管廊可(kě)納入給水、雨(yǔ)水、污水、再生(shēng)水、天然氣、熱(rè)力、電力、通信等城(chéng)市工(gōng)程管線，就(jiù)按照(zhào)統一規劃、設計(jì)、施工(gōng)和維護，并滿足管線的使用和運營維護要求。綜合管廊就(jiù)同步建設消防、供電、照(zhào)明、監控與報警、通風(fēng)、排水、标識等設施。

1.系統現狀

城(chéng)市綜合管廊監控與報警系統，由于依靠環境與設備監控、安全防範、通信、預警與報警子、智能巡檢及管控一體(tǐ)化信息平台等多個不同功能的系統，或者由于産品提供來(lái)自(zì)不同的廠(chǎng)商，在數據交換中沒有一個統一的标準，因此造成接口衆多、訪問(wèn)性差，容易形成一個個的“信息孤島”：

傳統監控采用人(rén)工(gōng)管理(lǐ)模式，運營管理(lǐ)成本高，管理(lǐ)水平與管理(lǐ)質量也無法

得(de)到有力保障：

政府多頭管理(lǐ)、分(fēn)散操作(zuò)易産生(shēng)各種問(wèn)題;

解決緊急事(shì)故發生(shēng)時易相(xiàng)互推诿、扯皮;

市政設施管理(lǐ)的運維監測監控能力、應急調度指揮能力、綜合業務能力很難提高;

管廊監控視頻、監控數據類别不一，各系統間信息孤島導緻相(xiàng)關部門(mén)決策困難。

2.監控要求

管廊綜合監控與報警系統設計(jì)就(jiù)包括環境與設計(jì)監控子系統、通風(fēng)子系統、供電子系統、照(zhào)明子系統、排水子系統、安全防防範子系統、語音通信子系統、預警與報警子系統、智能機(jī)器人(rén)巡檢系統、管理(lǐ)一體(tǐ)化信息平台子系統等。

按照(zhào)《GB50838-2015城(chéng)市結合管廊工(gōng)程技術(shù)規範》技術(shù)要求，管廊綜合監控管理(lǐ)系統應包括以下設計(jì)：

(1)200m設計(jì)爲一個防火(huǒ)分(fēn)區，設置防火(huǒ)牆及防火(huǒ)門(mén)。

每個分(fēn)區設計(jì)一套溫度、濕度、水位、氧氣、硫化氫和甲烷等環境參數監測

與報警系統。

每個分(fēn)區設計(jì)一套電子巡查管理(lǐ)系統。

每個分(fēn)區設計(jì)一套固定式通信和無線對講系統。

每個分(fēn)區沿線設置滅火(huǒ)器材，并配置自(zì)動滅火(huǒ)系統。 

每個分(fēn)區配置機(jī)械通風(fēng)，采用就(jiù)地手動、就(jiù)地自(zì)動和遠(yuǎn)程控制三種方式。

(2)每個分(fēn)區設置一處卸料口、自(zì)然進風(fēng)口(兼人(rén)員(yuán)出入口)，800m設計(jì)區段檢修口(兼人(rén)員(yuán)出入口)。

卸料口、檢修口、人(rén)員(yuán)出入口等位置設置滅火(huǒ)器材。

卸料口、檢修口、人(rén)員(yuán)出入口等位置設置攝像機(jī)。

卸料口、檢修口、人(rén)員(yuán)出入口等位置配備出入口控制裝置和入侵報警探測裝

置和聲光(guāng)報警器。

(3)每個分(fēn)區設置一個集水坑。

設置水位在線監測。

設計(jì)水泵自(zì)動排水裝置。

(4)200m及交叉路(lù)口設置管線出艙口。

管線出艙口位置設置滅火(huǒ)器材。

管線出艙口位置設置攝像機(jī)。

管線出艙口位置配備出入口控制裝置和入侵報警探測裝置和聲光(guāng)報警器。技術(shù)方案

技術(shù)方案

1.方案概述

綜合管廊監控與報警系統是一個綜合性非常強的管控系統。各系統之間由于技術(shù)體(tǐ)系不一，采用的标準各異，導緻難以兼容互通，這不僅需要兼顧環境與設備監控、通信聯絡、信息管理(lǐ)等需求，而且還(hái)要兼顧災難事(shì)故預警、安全防範等方面對圖像監控的需求，同時還(hái)需要考慮報警、門(mén)禁等配套系統的集成以及與廣播系統的聯動，因此在這些系統的互聯過程中必然會出現系統異構的信息孤島問(wèn)題。

要打破信息孤島的局面，複雜異構方式的監控報警系統需要解決不同廠(chǎng)商、不同産品的兼容和多個系統相(xiàng)互集成的問(wèn)題，需要考慮到平台的網絡接入和資源的開發方式，還(hái)需要立足大(dà)型聯網用戶的角度去(qù)設計(jì)，把握好互利與共享的原則。

南(nán)大(dà)傲拓科(kē)技開發的《城(chéng)市綜合管廊監控與報警系統管控一體(tǐ)化平台》是基于管控一體(tǐ)化技術(shù)成功地解決了衆多品牌相(xiàng)互兼容、各系統集成與融合、協議(yì)與接口标準不統一的難題，成爲綜合管廊監控監控系統未來(lái)的發展方向。

根據綜合管廊行業背景，以及目前現場管理(lǐ)和控制應用要求，充分(fēn)考慮到信息化和智能化的“工(gōng)業4.0”、“物聯網”和“智慧城(chéng)市”的理(lǐ)念與技術(shù)，結合南(nán)大(dà)傲拓多年(nián)于電力、軌道交通、煤礦、化工(gōng)行業等所開發的管控一體(tǐ)化平台的經驗，提出了本解決方案。

2.設計(jì)原則

根據用戶現狀和需求分(fēn)析，綜合管廊監控與報警系統平台依據以下原則設計(jì)：

(1)可(kě)靠性

系統應确保管廊數據獲取、融合、傳輸等過程的可(kě)靠性。其中，感知數據是管廊各項應用的基礎和判别依據，可(kě)靠的數據獲取、融合和傳輸是保證管廊功能正常運行的基礎。

(2)可(kě)擴展性

系統應能夠動态調節，爲不同網絡應用提供可(kě)擴展性，包括網絡拓撲結構可(kě)擴展、服務内容可(kě)擴展等。

網絡的靈活拓展爲滿足不同時期開發的管廊之線的接入，留有設計(jì)空間和标準化的接口方式;服務内容可(kě)擴展爲滿足服務方不同需求，爲後期可(kě)能接入的遠(yuǎn)程抄表、路(lù)燈智能管理(lǐ)等系統留有開放(fàng)性的網絡接口。

(3)兼容性、開放(fàng)性和易維護性

系統的軟、硬件(jiàn)采用模塊化、組态化設計(jì)，可(kě)以方便地進行容量的擴充和功能的維護升級。同時，系統建設基于Web、C/S結構，軟件(jiàn)設置開放(fàng)性網絡接口，可(kě)實現将監測信息上傳至監控中心和各級主管部門(mén)、單位。

(4)安全性

監控與報警系統的安全标準要特别保護用戶的信息隐私，爲各政府部門(mén)、單位提供不同安全級别的網絡應用。

3.設計(jì)思路(lù)

(1)從(cóng)安全的角度考慮

目前，綜合管廊主要存在以下四大(dà)問(wèn)題：

一是人(rén)的不安全行爲(違章(zhāng))造成的人(rén)員(yuán)安全問(wèn)題，二是物的不安全狀态(隐患)導緻的設備安全問(wèn)題，三是環境的不安全條件(jiàn)(隐患)誘發的環境安全問(wèn)題，四是組織的不安全因素(管理(lǐ)漏洞)導緻的管廊安全問(wèn)題。

以上四大(dà)核心因素共同誘發能量的不正常傳遞，從(cóng)而造成管廊事(shì)故。因此，系統必須對這四個核心因素進行管控，以實現對人(rén)的不安全行爲、物的不安全狀态和環境的不安全因素等迅速、靈活、正确地理(lǐ)解和解決，從(cóng)而實現地下管廊的本質安全。

針對人(rén)員(yuán)安全：通過人(rén)員(yuán)定位、門(mén)禁系統、便攜式巡檢儀、人(rén)員(yuán)探測計(jì)數器等管控人(rén)的不安全行爲，使巡檢人(rén)員(yuán)達到可(kě)視化管理(lǐ)、無關人(rén)員(yuán)實現防範入侵管理(lǐ)。以及可(kě)以使用智能機(jī)器人(rén)巡檢系統，來(lái)完成目前人(rén)工(gōng)巡檢的一些任務，更能保證人(rén)員(yuán)安全。

針對環境安全：通過多功能監測基站(zhàn)和智能傳感器對管廊溫度、濕度、水位、氧氣、H2S、CH4等環境要素實時監控，實現危險源管理(lǐ)、辨識、評估和控制，從(cóng)而消除環境的不安全因素。

針對設備安全：通過智能傳感器、儀表和多功能監測基站(zhàn)對監控設備、排水設備、通風(fēng)設備、通信設備、消防設備、照(zhào)明設備、電纜溫度等進行實時在線感知、報警聯動、遠(yuǎn)程控制和指揮調度，使之始終處于安全狀态。

針對管理(lǐ)安全：通過建立安全機(jī)制和預警管理(lǐ)體(tǐ)系，實現現場可(kě)視化、問(wèn)題可(kě)視化和隐患的可(kě)視化，達到管理(lǐ)無失誤、指揮無失誤、操作(zuò)無失誤，在此基礎上實現未雨(yǔ)綢缪、超前預報，防患于未然。

城(chéng)市綜合管廊的建設目标是在信息化管理(lǐ)的基礎上，逐步實現自(zì)動化，用智慧覆蓋整個管廊運行管理(lǐ)的全過程，實現高效、節能、安全、環保的“管、控、營”一體(tǐ)化智慧型管廊。

(2)從(cóng)物聯網的角度考慮

本系統利用先進的物聯網技術(shù)，通過感、傳、知、用四層架構，實現對地下管廊的屬性信息和狀态信息運行透徹的感知和度量，通過感知實時獲取人(rén)員(yuán)、設備、環境、流程制度等在内的一切數據，實現地下管廊管理(lǐ)的可(kě)視化，提高管廊安全性和用戶滿意度。

從(cóng)上圖可(kě)以看(kàn)出，管廊内所有的信息都(dōu)要通過設備數據标準化傳到平台監控中心，而監控中心的各種控制命令則要傳輸到各段管廊的各種設備上。

這些信息主要有：

環境傳感器和設備傳感器的模拟量數據;

人(rén)員(yuán)位置信息和人(rén)員(yuán)報警信息;

監控攝像機(jī)的視頻信号和控制信号;

風(fēng)機(jī)、水泵等設備狀态信息;

IP電話(huà)的語音信息和無線對講信息;

管廊的各種屬性信息和狀态信息;

管理(lǐ)指令和流程信息等。

我們采用基于管控一體(tǐ)化整體(tǐ)解決方案來(lái)化解以上所有問(wèn)題。系統基于物聯網的标準接口，用戶可(kě)以很順利的處理(lǐ)來(lái)自(zì)不同設備及環境的數據，滿足末端設備擴展需求。

4. 系統流程設計(jì)

根據綜合管廊的運營複雜情況及特點，建立基于管控一體(tǐ)化平台的監控系統，是實現智慧管廊的必由之路(lù)。

綜合管廊要實現系統的安全、穩定運行，又要實現對供電、消防、照(zhào)明、通風(fēng)、排水等系統的“集中管理(lǐ)”：

感知層：感知來(lái)自(zì)電力、給水、通信、能源等系統的各種數據。

傳輸層：由物聯網多功能基站(zhàn)提供無線、有線通信等可(kě)靠傳輸。

處理(lǐ)層：通過一個“統一管理(lǐ)信息平台”集成環境與設備監控系統、安全防範系統、通信系統、預警與報警系統、管控平台系統五大(dà)中心模塊實現系統的分(fēn)布式應用和縱向深入。

應用層：由于政府管理(lǐ)部門(mén)和四大(dà)管線單位(自(zì)來(lái)水、電力、煤氣和通信)的本專業管線運行信息、會影(yǐng)響到管廊本體(tǐ)安全或其它專業管線安全運行，因此在應用層要對四大(dà)管線單位提供通信接口，以實現信息的共享和聯動。

系統組成

綜合管廊監控與報警系統是一個深度集成的自(zì)動化平台，它集成了設備和環境監控、視頻監控、安防、火(huǒ)災報警、語音通訊、電力監控、智能機(jī)器人(rén)巡檢與信息化管理(lǐ)平台等子系統。通過集成和互聯管廊内的自(zì)動化系統，爲運營和維修人(rén)員(yuán)提供一個完整的、統一的監控管理(lǐ)平台。

綜合管廊監控系統分(fēn)爲三層六系統。三層包括管理(lǐ)層、網絡傳輸層與現場采集控制層三部分(fēn)組成。管理(lǐ)層是整個監控系統的核心，它聯系、協調、控制和管理(lǐ)各子系統的工(gōng)作(zuò)。傳輸層包括名道口與監控中心之間網絡通過光(guāng)纖傳送，實現視頻數據、音頻數據、TCP/IP控制數據和RS-485數據的通信。現場檢測控制層主要由接入層交換機(jī)、網絡攝像頭、現場區域控制器PLC等組成。其中PLC負責采集管廊内的檢測信号、邏輯運算分(fēn)析并對根據信号對管廊内設備進行自(zì)動和手動控制。五系統包括由環境與設備監控系統、安全防範系統、通信系統、預警與報警系統、智能機(jī)器人(rén)巡檢系統和統一管理(lǐ)信息平台組成。系統框圖如(rú)下圖所示：

系統建立基于物聯網的“管、控、營”一體(tǐ)化的智能管控系統，從(cóng)數據采集、通信網絡、系統架構、智能聯動和綜合數據服務等方面的設計(jì)，解決了管廊監控與報警建設中存在着内部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問(wèn)題，大(dà)大(dà)提高了系統運行的可(kě)靠性和可(kě)管理(lǐ)性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的恢複效率，進而實現了監控中心應用“一個平台，三層結構，六大(dà)系統”即能對管廊内部設備的遠(yuǎn)程管理(lǐ)與聯動控制。