淺談城市管廊智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，我國(guó)雖已有3項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)闡述了綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成內(nèi)容、需要實(shí)現(xiàn)的具體功能和性能指標(biāo)，但就其智能化管理尚沒(méi)有具體規(guī)定。筆者設(shè)計(jì)的綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)在滿(mǎn)足上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用BIM、GIS、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)對(duì)管廊內(nèi)環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)的主動(dòng)感知、異常問(wèn)題的動(dòng)處理和運(yùn)營(yíng)情況的智能分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜合管廊的智能化管理。

綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)由中央層、控制層、設(shè)備層3級(jí)組成。其中：中央層設(shè)置在監(jiān)控中心，硬件由各類(lèi)型數(shù)據(jù)機(jī)柜和監(jiān)控終端組成，包括監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)柜，安防系統(tǒng)機(jī)柜、通信系統(tǒng)機(jī)柜、數(shù)據(jù)管理機(jī)柜、UPS機(jī)柜、各類(lèi)型工作站和監(jiān)控大屏等；軟件由各類(lèi)型業(yè)務(wù)軟件組成，包括統(tǒng)一管理平臺(tái)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)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(shè)置在管廊現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)設(shè)備間的區(qū)域控制單元(ACU),機(jī)柜內(nèi)主要設(shè)備包括交換機(jī)、PLC、UPS、NVR、中間繼電器，斷路器等.)設(shè)備層為安裝在管廊廊體內(nèi)的各類(lèi)型傳感器和前端設(shè)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(cè)器、攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)AP、設(shè)備控制箱（風(fēng)機(jī)、水泵、照明等）門(mén)禁、巡更點(diǎn)等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

管廊監(jiān)控系統(tǒng)從功能上可劃分為環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、安防視頻監(jiān)控、人侵與門(mén)禁監(jiān)控、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、無(wú)線(xiàn)與固定語(yǔ)音通信、電子巡更、人員定位、機(jī)器人自動(dòng)巡檢等部分。該系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一管理平臺(tái)對(duì)所有功能模塊進(jìn)行集成，具有監(jiān)視監(jiān)測(cè)及控制、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)等功能，并能夠通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析；同時(shí)具有應(yīng)急方案預(yù)設(shè)、廊管線(xiàn)數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)和診斷，以及基于GIS和BIM技術(shù)的運(yùn)維管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源的實(shí)時(shí)定位和3D瀏覽。系統(tǒng)功能如圖2所示。

系統(tǒng)中央層設(shè)置在監(jiān)控中心，為管廊提供設(shè)備監(jiān)控、檢修和運(yùn)維辦公等配套服務(wù)。中央層硬件系統(tǒng)需滿(mǎn)足統(tǒng)一管理平臺(tái)軟件及各子系統(tǒng)后臺(tái)軟件的運(yùn)行環(huán)境要求。

ACU是為滿(mǎn)足綜合管廊內(nèi)眾多檢測(cè)數(shù)據(jù)集中管控、傳輸?shù)男枨蠖O(shè)置的區(qū)域控制模塊，它集信號(hào)采集、本地控制、數(shù)據(jù)交換、遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等功能于一體。ACU內(nèi)設(shè)有PLC控制器，通過(guò)數(shù)字量/模擬量輸入、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的方式采集氣體濃度、溫度、人侵防范、液位等監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)設(shè)定的條件控制通風(fēng)機(jī)、排水泵、照明、電控井蓋、門(mén)禁、光報(bào)警器等設(shè)備的運(yùn)行。ACU的網(wǎng)絡(luò)通道由安防交換機(jī)和監(jiān)控交換機(jī)組成，分別接人攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)AP、門(mén)禁和PLC控制器等設(shè)備，再分別通過(guò)環(huán)網(wǎng)光纖上傳至監(jiān)控中心。ACU機(jī)柜以及管轄范圍內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)各類(lèi)斷路器、開(kāi)關(guān)接到機(jī)柜內(nèi)的UPS輸出端,UPS外接配電柜。

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

綜合管廊健康系統(tǒng)統(tǒng)一管理平臺(tái)軟件，應(yīng)用SOA架構(gòu)開(kāi)發(fā)，充分整合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)接口，在傳統(tǒng)3層架構(gòu)基礎(chǔ)上運(yùn)用Webservice的SOAP和REST進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多層服務(wù)模式。軟件通過(guò)GIS地圖和BIM建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與位置信息的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，以及管廊內(nèi)的3D同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)管廊業(yè)務(wù)的相關(guān)結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分類(lèi)存儲(chǔ)，再通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘算法，生成管廊運(yùn)維管理工作所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)圖、表，為管理單位提供運(yùn)維管理的分析決策依據(jù)，從而通過(guò)統(tǒng)一管理平臺(tái)整體提升運(yùn)維管理工作的質(zhì)量和效率。平臺(tái)架構(gòu)圖如圖3所示

1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：包括溫??度、氧氣、甲烷、硫化氫、液位等傳感器的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息；風(fēng)機(jī)、水栗、照明、電控井蓋等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；固定電話(huà)、無(wú)線(xiàn)AP、V01P手持終端等通信設(shè)備的數(shù)據(jù)信息；門(mén)禁、紅外對(duì)射、攝像機(jī)等安防設(shè)備的監(jiān)控信息等。

2）報(bào)警數(shù)據(jù)：包括監(jiān)控設(shè)備的故障報(bào)警信息環(huán)境傳感器的超限報(bào)警信息和安防設(shè)備的監(jiān)控報(bào)警信息等。

3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)：包括業(yè)務(wù)管理模塊的用戶(hù)信息運(yùn)營(yíng)服務(wù)模塊的客戶(hù)信息和應(yīng)急指揮模塊的資源信息等。

1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：管廊內(nèi)的各類(lèi)型監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字量、模擬量、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)通信的方式匯聚到ACU。一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)入到PLC進(jìn)行預(yù)處理，在統(tǒng)一通過(guò)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(jī)柜；另一部分?jǐn)?shù)據(jù)使用專(zhuān)用協(xié)議或私有協(xié)議，直接通過(guò)ACU內(nèi)的匯聚交換機(jī)上傳上傳至監(jiān)控中心的安防系統(tǒng)機(jī)柜或通信系統(tǒng)機(jī)柜。

2)中心設(shè)備：中心的各類(lèi)型數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、和專(zhuān)用設(shè)備均接入核心交換機(jī)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。系統(tǒng)內(nèi)部或與其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)使用統(tǒng)一接口格式。

用于描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，主要包括操作日志信息對(duì)照表、設(shè)備狀態(tài)信息對(duì)照表、監(jiān)測(cè)點(diǎn)類(lèi)型對(duì)照表等，如表1所示。

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，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(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。