智慧管廊監控與報警系統管控一體化解決方案

行業背景

随着城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，綜合管線建設規模不足、管理水平不高等問題凸現，一些城市相繼發(fā)生大雨内澇、管線洩漏爆炸、路面(miàn)塌陷等事(shì)件，嚴重影響着生命、财産安全和城市運行秩序。

面(miàn)對(duì)當前現狀及存在的問題，中央适時出台《國(guó)務院關于加強城市基礎設施建設的意見》【國(guó)發(fā)(2013)36号】文件：在全國(guó)36個大中城市全面(miàn)啓動地下綜合管廊試點工程;中小城市因地制宜建設一批綜合管廊項目。新建道(dào)路、城市新區和各類園區地下管網應按照綜合管廊模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設。

國(guó)辦發(fā)(2015)61号《國(guó)務院辦公廳關于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設的指導意見》中對(duì)管廊建設做了統籌規劃。《指導意見》指出管廊配套系統就有智能(néng)化管理水平，滿足運營維護需要。需在GB50838-2015《城市綜合管廊工程技術規範》中，則具體規定了該系統的建設要求。

城市綜合管廊簡介

綜合管廊就是地下城市管道(dào)綜合走廊。即在城市地下建造一個隧道(dào)空間，將(jiāng)電力、通訊，燃氣、供熱、給排水等各種(zhǒng)工程管線集于一體，設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。

需求分析

綜合管廊可納入給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等城市工程管線，就按照統一規劃、設計、施工和維護，并滿足管線的使用和運營維護要求。綜合管廊就同步建設消防、供電、照明、監控與報警、通風、排水、标識等設施。

1.系統現狀

城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(néng)巡檢及管控一體化信息平台等多個不同功能(néng)的系統，或者由于産品提供來自不同的廠商，在數據交換中沒(méi)有一個統一的标準，因此造成(chéng)接口衆多、訪問性差，容易形成(chéng)一個個的“信息孤島”：

傳統監控采用人工管理模式，運營管理成(chéng)本高，管理水平與管理質量也無法

得到有力保障：

政府多頭管理、分散操作易産生各種(zhǒng)問題;

解決緊急事(shì)故發(fā)生時易相互推诿、扯皮;

市政設施管理的運維監測監控能(néng)力、應急調度指揮能(néng)力、綜合業務能(néng)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關部門決策困難。

2.監控要求

管廊綜合監控與報警系統設計就包括環境與設計監控子系統、通風子系統、供電子系統、照明子系統、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(néng)機器人巡檢系統、管理一體化信息平台子系統等。

按照《GB50838-2015城市結合管廊工程技術規範》技術要求，管廊綜合監控管理系統應包括以下設計：

(1)200m設計爲一個防火分區，設置防火牆及防火門。

每個分區設計一套溫度、濕度、水位、氧氣、硫化氫和甲烷等環境參數監測

與報警系統。

每個分區設計一套電子巡查管理系統。

每個分區設計一套固定式通信和無線對(duì)講系統。

每個分區沿線設置滅火器材，并配置自動滅火系統。 

每個分區配置機械通風，采用就地手動、就地自動和遠程控制三種(zhǒng)方式。

(2)每個分區設置一處卸料口、自然進(jìn)風口(兼人員出入口)，800m設計區段檢修口(兼人員出入口)。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置設置滅火器材。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置設置攝像機。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置配備出入口控制裝置和入侵報警探測裝

置和聲光報警器。

(3)每個分區設置一個集水坑。

設置水位在線監測。

設計水泵自動排水裝置。

(4)200m及交叉路口設置管線出艙口。

管線出艙口位置設置滅火器材。

管線出艙口位置設置攝像機。

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報警器。技術方案

技術方案

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體系不一，采用的标準各異，導緻難以兼容互通，這(zhè)不僅需要兼顧環境與設備監控、通信聯絡、信息管理等需求，而且還(hái)要兼顧災難事(shì)故預警、安全防範等方面(miàn)對(duì)圖像監控的需求，同時還(hái)需要考慮報警、門禁等配套系統的集成(chéng)以及與廣播系統的聯動，因此在這(zhè)些系統的互聯過(guò)程中必然會出現系統異構的信息孤島問題。

要打破信息孤島的局面(miàn)，複雜異構方式的監控報警系統需要解決不同廠商、不同産品的兼容和多個系統相互集成(chéng)的問題，需要考慮到平台的網絡接入和資源的開(kāi)發(fā)方式，還(hái)需要立足大型聯網用戶的角度去設計，把握好(hǎo)互利與共享的原則。

南大傲拓科技開(kāi)發(fā)的《城市綜合管廊監控與報警系統管控一體化平台》是基于管控一體化技術成(chéng)功地解決了衆多品牌相互兼容、各系統集成(chéng)與融合、協議與接口标準不統一的難題，成(chéng)爲綜合管廊監控監控系統未來的發(fā)展方向(xiàng)。

根據綜合管廊行業背景，以及目前現場管理和控制應用要求，充分考慮到信息化和智能(néng)化的“工業4.0”、“物聯網”和“智慧城市”的理念與技術，結合南大傲拓多年于電力、軌道(dào)交通、煤礦、化工行業等所開(kāi)發(fā)的管控一體化平台的經(jīng)驗，提出了本解決方案。

2.設計原則

根據用戶現狀和需求分析，綜合管廊監控與報警系統平台依據以下原則設計：

(1)可靠性

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

(2)可擴展性

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

網絡的靈活拓展爲滿足不同時期開(kāi)發(fā)的管廊之線的接入，留有設計空間和标準化的接口方式;服務内容可擴展爲滿足服務方不同需求，爲後(hòu)期可能(néng)接入的遠程抄表、路燈智能(néng)管理等系統留有開(kāi)放性的網絡接口。

(3)兼容性、開(kāi)放性和易維護性

系統的軟、硬件采用模塊化、組态化設計，可以方便地進(jìn)行容量的擴充和功能(néng)的維護升級。同時，系統建設基于Web、C/S結構，軟件設置開(kāi)放性網絡接口，可實現將(jiāng)監測信息上傳至監控中心和各級主管部門、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、單位提供不同安全級别的網絡應用。

3.設計思路

(1)從安全的角度考慮

目前，綜合管廊主要存在以下四大問題：

一是人的不安全行爲(違章)造成(chéng)的人員安全問題，二是物的不安全狀态(隐患)導緻的設備安全問題，三是環境的不安全條件(隐患)誘發(fā)的環境安全問題，四是組織的不安全因素(管理漏洞)導緻的管廊安全問題。

以上四大核心因素共同誘發(fā)能(néng)量的不正常傳遞，從而造成(chéng)管廊事(shì)故。因此，系統必須對(duì)這(zhè)四個核心因素進(jìn)行管控，以實現對(duì)人的不安全行爲、物的不安全狀态和環境的不安全因素等迅速、靈活、正确地理解和解決，從而實現地下管廊的本質安全。

針對(duì)人員安全：通過(guò)人員定位、門禁系統、便攜式巡檢儀、人員探測計數器等管控人的不安全行爲，使巡檢人員達到可視化管理、無關人員實現防範入侵管理。以及可以使用智能(néng)機器人巡檢系統，來完成(chéng)目前人工巡檢的一些任務，更能(néng)保證人員安全。

針對(duì)環境安全：通過(guò)多功能(néng)監測基站和智能(néng)傳感器對(duì)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、辨識、評估和控制，從而消除環境的不安全因素。

針對(duì)設備安全：通過(guò)智能(néng)傳感器、儀表和多功能(néng)監測基站對(duì)監控設備、排水設備、通風設備、通信設備、消防設備、照明設備、電纜溫度等進(jìn)行實時在線感知、報警聯動、遠程控制和指揮調度，使之始終處于安全狀态。

針對(duì)管理安全：通過(guò)建立安全機制和預警管理體系，實現現場可視化、問題可視化和隐患的可視化，達到管理無失誤、指揮無失誤、操作無失誤，在此基礎上實現未雨綢缪、超前預報，防患于未然。

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

(2)從物聯網的角度考慮

本系統利用先進(jìn)的物聯網技術，通過(guò)感、傳、知、用四層架構，實現對(duì)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(guò)感知實時獲取人員、設備、環境、流程制度等在内的一切數據，實現地下管廊管理的可視化，提高管廊安全性和用戶滿意度。

從上圖可以看出，管廊内所有的信息都(dōu)要通過(guò)設備數據标準化傳到平台監控中心，而監控中心的各種(zhǒng)控制命令則要傳輸到各段管廊的各種(zhǒng)設備上。

這(zhè)些信息主要有：

環境傳感器和設備傳感器的模拟量數據;

人員位置信息和人員報警信息;

監控攝像機的視頻信号和控制信号;

風機、水泵等設備狀态信息;

IP電話的語音信息和無線對(duì)講信息;

管廊的各種(zhǒng)屬性信息和狀态信息;

管理指令和流程信息等。

我們采用基于管控一體化整體解決方案來化解以上所有問題。系統基于物聯網的标準接口，用戶可以很順利的處理來自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

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

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

感知層：感知來自電力、給水、通信、能(néng)源等系統的各種(zhǒng)數據。

傳輸層：由物聯網多功能(néng)基站提供無線、有線通信等可靠傳輸。

處理層：通過(guò)一個“統一管理信息平台”集成(chéng)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、管控平台系統五大中心模塊實現系統的分布式應用和縱向(xiàng)深入。

應用層：由于政府管理部門和四大管線單位(自來水、電力、煤氣和通信)的本專業管線運行信息、會影響到管廊本體安全或其它專業管線安全運行，因此在應用層要對(duì)四大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(chéng)

綜合管廊監控與報警系統是一個深度集成(chéng)的自動化平台，它集成(chéng)了設備和環境監控、視頻監控、安防、火災報警、語音通訊、電力監控、智能(néng)機器人巡檢與信息化管理平台等子系統。通過(guò)集成(chéng)和互聯管廊内的自動化系統，爲運營和維修人員提供一個完整的、統一的監控管理平台。

綜合管廊監控系統分爲三層六系統。三層包括管理層、網絡傳輸層與現場采集控制層三部分組成(chéng)。管理層是整個監控系統的核心，它聯系、協調、控制和管理各子系統的工作。傳輸層包括名道(dào)口與監控中心之間網絡通過(guò)光纖傳送，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、網絡攝像頭、現場區域控制器PLC等組成(chéng)。其中PLC負責采集管廊内的檢測信号、邏輯運算分析并對(duì)根據信号對(duì)管廊内設備進(jìn)行自動和手動控制。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(néng)機器人巡檢系統和統一管理信息平台組成(chéng)。系統框圖如下圖所示：

系統建立基于物聯網的“管、控、營”一體化的智能(néng)管控系統，從數據采集、通信網絡、系統架構、智能(néng)聯動和綜合數據服務等方面(miàn)的設計，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題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的恢複效率，進(jìn)而實現了監控中心應用“一個平台，三層結構，六大系統”即能(néng)對(duì)管廊内部設備的遠程管理與聯動控制。