智慧管廊感知系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)維建設(shè)方案

 劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合，打造綜合管廊監(jiān)管運(yùn)維體化體系，提升綜合管廊應(yīng)急指揮和運(yùn)維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現(xiàn)綜合管廊感知、運(yùn)維、管理、決策的智慧化。

1.研究背景

隨著我城市的快速發(fā)展，為滿足對(duì)各類地下公共基礎(chǔ)設(shè)施管線的集約化、綜合化管理，城市級(jí)綜合管廊工程應(yīng)運(yùn)而生。綜合管廊運(yùn)維難度大、成本高等問(wèn)題也逐漸浮出水面，本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行深度融合，打造綜合管廊監(jiān)管和運(yùn)維體化體系，提升綜合管廊應(yīng)急指揮和運(yùn)維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現(xiàn)綜合管廊的感知、運(yùn)維、管理、決策智慧化。

2.智慧管廊概述

目前，對(duì)綜合管廊在主體結(jié)構(gòu)建造上的規(guī)范已相對(duì)完善，但對(duì)管廊智慧化目前沒(méi)有統(tǒng)的定義。參照Toppeta對(duì)智慧城市的觀點(diǎn)，本文認(rèn)為，智慧管廊即是將綜合管廊的信息收集、處理和分析通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，打破各系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)綜合管廊的高度信息化、智能化，以達(dá)到綜合管廊智慧控制、調(diào)度、管理及運(yùn)營(yíng)的目的。

3.建設(shè)原則

（1）先進(jìn)性

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)是項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)，涉及面廣，建設(shè)周期長(zhǎng)，因此在技術(shù)構(gòu)架、選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，應(yīng)該充分考慮技術(shù)和方案的先進(jìn)性。

（2）性

智慧管廊系統(tǒng)是承載綜合管廊關(guān)鍵應(yīng)用和數(shù)據(jù)的平臺(tái)，其建設(shè)和維護(hù)必須考慮系統(tǒng)的性。

（3）開放性

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)需考慮系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性及與內(nèi)外部應(yīng)用系統(tǒng)的信息交互，在規(guī)劃和建設(shè)中應(yīng)依從主流的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用功能模塊化、接口開放化的策略。

（4）高可靠性

智慧管廊系統(tǒng)是綜合管廊運(yùn)營(yíng)維護(hù)的核心，所涉及數(shù)據(jù)量巨大且用戶并發(fā)較高，在規(guī)劃和建設(shè)中必須考慮高可靠性。

（5）可擴(kuò)展性

作為綜合管廊運(yùn)維管理的核心，智慧管廊系統(tǒng)規(guī)模會(huì)隨著綜合管廊管理的需求和使用范圍不斷拓展，因此要求系統(tǒng)建設(shè)需充分考慮在結(jié)構(gòu)、容量、通信能力、產(chǎn)品升級(jí)、處理能力、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件開發(fā)等方面具備良好的可擴(kuò)展性和靈活性。

（6）快速開發(fā)，易于維護(hù)

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)易于實(shí)施和維護(hù)，具有高品質(zhì)、高效率、高擴(kuò)展性與高重用性。

4 建設(shè)方案

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)按照《GB 50838-2015城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》建設(shè)：

系統(tǒng)架構(gòu)分為：

物理層：通信接口統(tǒng)，各硬件設(shè)備通過(guò)統(tǒng)接口，將感知數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

數(shù)據(jù)層：將感知數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)所有感知數(shù)據(jù)的匯總，同時(shí)對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

應(yīng)用層：整合了各應(yīng)用子系統(tǒng)。在應(yīng)用層，不同子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)。

展示層：在web、客戶端及APP端統(tǒng)展示系統(tǒng)功能。

本系統(tǒng)主要由感知系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)組成。

4.2 感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧管廊感知系統(tǒng)，感知范圍包含環(huán)境、消防、、視頻、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等。

感知系統(tǒng)布置原則見(jiàn)表1。
表1 感知系統(tǒng)布置原則

4.2.1 環(huán)境與設(shè)備感知系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備感知系統(tǒng)是通過(guò)溫濕度、氣體探測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等各種感知設(shè)備以及的設(shè)備參數(shù)、狀態(tài)采集器對(duì)綜合管廊內(nèi)部環(huán)境和設(shè)備實(shí)施全程監(jiān)控、實(shí)時(shí)采集。采集數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到預(yù)警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題排除故障，保證管廊正常運(yùn)行。

4.2.2 防范感知系統(tǒng)

防范感知系統(tǒng)通過(guò)視頻、門禁、紅外、入侵檢測(cè)、巡檢等感知設(shè)備對(duì)綜合管廊內(nèi)人員的全程監(jiān)控感知。感知數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到預(yù)警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)警情并及時(shí)處理，保證管廊正常運(yùn)行。

4.2.3 預(yù)警預(yù)報(bào)警感知系統(tǒng)

預(yù)警與報(bào)警感知系統(tǒng)由火災(zāi)、可燃?xì)怏w等感知設(shè)備組成，對(duì)綜合管廊實(shí)施全程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警、報(bào)警及處理，同時(shí)通過(guò)通信系統(tǒng)，向管廊內(nèi)人員報(bào)警并引導(dǎo)人員及時(shí)疏散，保障人身。預(yù)警預(yù)報(bào)警感知系統(tǒng)擁有全部系統(tǒng)內(nèi)zui高的先級(jí)。

4.2.4 管廊結(jié)構(gòu)感知系統(tǒng)

管廊結(jié)構(gòu)感知系統(tǒng)由防外破感知和沉降感知兩個(gè)系統(tǒng)組成。
防外破感知系統(tǒng)對(duì)管廊外設(shè)定范圍內(nèi)的振動(dòng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理并可視化呈現(xiàn)，防止管廊遭到外部破壞。沉降感知系統(tǒng)通過(guò)對(duì)管廊尤其是管廊接縫處的相對(duì)水平、垂直位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理并可視化呈現(xiàn)，對(duì)管廊結(jié)構(gòu)沉降和變形趨勢(shì)作出判斷和預(yù)警，便于及時(shí)采取措施防止管廊結(jié)構(gòu)損壞。

4.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)作為感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)回傳的通道，需可靠。采用有線通信與無(wú)線通信相結(jié)合的方式。有線通信線纜須冗余配置，采用環(huán)網(wǎng)形式，確保有線通信網(wǎng)絡(luò)可靠。無(wú)線通信主要針對(duì)可移動(dòng)設(shè)備及終端，無(wú)線信號(hào)須對(duì)管廊內(nèi)部空間*覆蓋，確?？梢苿?dòng)設(shè)備及終端通信不中斷。

為確保可靠以及便于管理，可以每150~200米設(shè)置個(gè)獨(dú)立的控制區(qū)，每個(gè)區(qū)域的ACU（Area Control Unit區(qū)域控制單元）均有獨(dú)立的電源單元、通訊單元、采集單元等。

4.4 智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)

管廊的感知數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息均集中到智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中。同時(shí)智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中還集成了管廊客戶信息、業(yè)務(wù)流程信息等用戶數(shù)據(jù)，通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等手段，將各信息有機(jī)的整合，可視化呈現(xiàn)在智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中。同時(shí)，還可通過(guò)智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)維、管理、決策過(guò)程的智慧化。

4.5 三維數(shù)字模型

將感知數(shù)據(jù)與CIM相結(jié)合，構(gòu)建綜合管廊三維數(shù)字模型，直觀的展現(xiàn)整個(gè)綜合管廊內(nèi)外部情況。結(jié)合感知系統(tǒng)及智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)對(duì)綜合管廊內(nèi)具體場(chǎng)景進(jìn)行虛擬還原。是整個(gè)系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)的主要方式。

4.6 AR呈現(xiàn)

通過(guò)AR技術(shù)，在地面即可對(duì)地下綜合管廊信息查詢及可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)地面巡檢。使得城市地上地下信息體化。

5 以安科瑞智慧城市地下綜合管廊產(chǎn)品選型方案為例。

5.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所）

5.2 管廊設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（0.4kV動(dòng)力箱/動(dòng)力柜）

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)智慧管廊感知系統(tǒng)以及智慧運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。但由于綜合管廊處于建設(shè)階段，業(yè)務(wù)流程和管理制度都在不斷完善和更新中。在具體實(shí)施階段，不宜操之過(guò)急，還需采用多次迭代的方式進(jìn)行研發(fā)。通過(guò)信息化-智能化-智慧化三步走的方式，zui終實(shí)現(xiàn)綜合管廊的感知、協(xié)同智慧、管理、決策的智慧化。

參考文獻(xiàn)：
[1] 仲超 孫健 淺談智慧管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)方案

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榫C合管廊監(jiān)控及運(yùn)維方向