智慧管廊:城市综合管廊监控与报警管理软件方案

1 前言

1.1 城市管网现状：
城市综合管廊内部不仅整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，而且管廊自身功能使用的动力、照明、排水等设备繁多，而且产品提供来自不同的厂商，在数据交换中没有一个统一的标准，因此造成接口众多、访问性差，容易形成一个个的“信息孤岛”，无论纳入管线出现故障，还是自身附属设备出现故障，都将造成沿线城市功能的瘫痪，因此建设城市综合管廊监控与报警系统意义重大。

（1）传统监控采用人工管理模式，运营管理成本高，管理水平与管理质量也无法得到有力保障：
（2）政府多头管理、分散操作易产生各种问题；
（3）解决紧急事故发生时易相互推诿、扯皮；
（4）市政设施管理的运维监测监控能力、应急调度指挥能力、综合业务能力很难提高；
（5）管廊监控视频、监控数据类别不一，各系统间信息孤岛导致相关部门决策困难。

1.2 改善方案：
（1）在监控中心设置监控计算机、管理计算机、服务器、通信计算机和智能化模拟屏等设备组成中央计算机系统。
（2）智能化模拟显示屏可直观地显示管廊内各种设备的运转情况，及时了解灾情和非法入侵的发生及其位置。
模拟显示屏的显示内容有：管廊内各区段的位置和建筑模拟图，各防火分区排水泵的状态、通风装置状态、照明的状态、火灾检测的状态、环境温度/湿度和氧含量和非法入侵等各种报警信号等。

（3）监控中心
综合管廊监控中心主要任务为确保管廊内管线及操控设备能正常运转，并在发生事故时能迅速反应处理，因此管廊监控中心就是整个管廊安全管控系统的神经中枢，通过自动化监视与侦测设备，将管廊内任一角落的状况资料迅速传递收集于监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。 
（4）建立完善的预警、报警机制，解决城市管廊设施遭受人为破坏的地下隐患，保障管廊内的通风、照明、排水、防火、通信等设备的正常运转。

2 管廊监控与报警系统
城市综合管廊监控与报警系统是将环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统和地理信息系统整合统一，它是智慧型城市管廊的神经中枢，是所有管线数据的统一承载平台。城市综合管廊监控与报警系统遵循集约建设、融合共享的建设理念，实现物联网概念和硬件设备环境的协同整合，提供安全和运维的统一保障，打造集数据感知、采集、传输和处理等多种类型服务应用为一体的城市管廊云基础架构服务平台，城市综合管廊监控与报警系统集成了多种数据感知传感器，以物联网的概念构建系统，其深度定制的组成方式，可满足不同用户的需求，增强了差异化服务能力和自我管理能力。
   
智慧管廊综合管理系统软件是针对无人值守的地下综合管廊、管网的集成管理软件，该软件可将整个管廊的机电设备、安全防范、通信管理、环境监视、GIS定位系统纳入到整体平台进行采集、监视、控制、管理等，集成了状态监测、视频监控、设备控制等功能于一体，可对各类数据、信息、设备、环境等进行集中监测与控制，实现管控一体化。各子系统集成在同一个监控平台上，实现监测数据统一展示、分析、存储。监控平台可集成各监控系统，设置地理信息系统，留有与其它配套设施监测与控制通信的接口，可与智慧城市有关平台通信的接口，为地下管廊的业务管理以及安全应急指挥提供决策依据。

2.1系统设计原则
（1）可靠性 
系统应确保管廊数据获取、融合、传输等过程的可靠性。其中，感知数据是管廊各项应用的基础和判别依据，可靠的数据获取、融合和传输是保证管廊功能正常运行的基础。
（2）可扩展性
系统应能够动态调节，为不同网络应用提供可扩展性，包括网络拓扑结构可扩展、服务内容可扩展等。

（3）兼容性、开放性和易维护性
系统的软、硬件采用模块化、组态化设计，可以方便地进行容量的扩充和功能的维护升级。同时，系统建设基于Web、B/S结构，软件设置开放性网络接口，可实现将监测信息上传至监控中心和各级主管部门、单位。
（4）安全性 
监控与报警系统的安全标准要特别保护用户的信息隐私，为各政府部门、单位提供不同安全级别的网络应用。

2．2系统设计依据
本设计方案依据国家相关规定，符合下列规范要求：
《国务院办公厅关于加强城市综合管线建设管理的指导意见》（2014）27号
《城市市政综合管廊技术规范》GB50838
《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T205
《安全防范工程技术规范》GB50348

《入侵报警系统工程设计规范》GB50394
《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395
《出入口控制系统工程设计规范》GB50396
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116
《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493

《城镇燃气设计规范》GB50028
《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058
《电子信息系统机房设计规范》GB50174
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343
《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166
《自动化仪表工程施工及质量验收规范》 GB 50093
《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T205

3 系统设计思路
3.1从安全的角度看综合管廊监控与报警系统设计
目前，综合管廊主要存在以下四大问题：
一是人的不安全行为（违章）造成的人员安全问题，二是物的不安全状态（隐患）导致的设备安全问题，三是环境的不安全条件（隐患）诱发的环境安全问题，四是组织的不安全因素（管理漏洞）导致的管廊安全问题。

以上四大核心因素共同诱发能量的不正常传递，从而造成管廊事故。因此，系统必须对这四个核心因素进行管控，以实现对人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不安全因素等迅速、灵活、正确地理解（——预测）和解决（——启动安全设备或报警），从而实现地下管廊的本质安全。
（1）针对人员安全：通过人员标识卡、便携式巡检仪、人员探测计数器等管控人的不安全行为，使巡检人员达到可视化管理、无关人员实现防范入侵管理。
（2）针对环境安全：通过多功能监测基站和智能传感器对管廊温度、湿度、水位、氧气、H2S、CH4等环境要素实时监控，实现危险源管理、辨识、评估和控制，从而消除环境的不安全因素。

（3）针对设备安全：通过智能传感器、仪表和多功能监测基站对监控设备、排水设备、通风设备、通信设备、消防设备、照明设备、电缆温度等进行实时在线感知、报警联动、远程控制和指挥调度，使之始终处于安全状态。
（4）针对管理安全：通过建立安全机制和预警管理体系，实现现场可视化、问题可视化和隐患的可视化，达到管理无失误、指挥无失误、操作无失误，在此基础上实现未雨绸缪、超前预报，防患于未然。

城市综合管廊的建设目标是在信息化管理的基础上，逐步实现自动化，用智慧覆盖整个管廊运行管理的全过程，实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化智慧型管廊。

3.2从物联网的角度看管廊监控设计
本系统利用先进的物联网技术，通过感、传、知、用四层架构，实现对地下管廊的属性信息和状态信息运行透彻的感知和度量，通过感知实时获取人员、设备、环境、流程制度等在内的一切数据，实现地下管廊管理的可视化，提高管廊安全性和用户满意度。

从上图可以看出，井下所有的信息都要通过设备数据标准化传到平台监控中心，而监控中心的各种控制命令则要传输到各段管廊的各种设备上。
这些信息主要有：
（1）监控摄像机的视频信号和控制信号；
（2）人员位置信息和人员报警信息；
（3）环境传感器和设备传感器的模拟量数据；
（4）风机、水泵等设备的开关量数据；
（5）Wi-Fi电话的语音信息和广播信息；
（6）管廊的各种属性信息和状态信息；
（7）管理指令和流程信息等。

我们采用基于物联网的整体解决方案化解以上所有问题。系统基于物联网的标准接口，用户可以很顺利的处理来自不同设备及环境的数据，满足末端设备扩展需求。利用物联网对地下管廊进行感知和识别，通过网络互联，进行传输、计算、处理和数据挖掘，实现对地下管廊的实时控制、精确管理和科学决策。

4 系统设计

4.1 系统流程设计
    根据综合管廊的运营复杂情况及特点，建立基于物联网的监控与报警系统，是实现智慧管廊的必由之路。综合管廊要实现系统的安全、稳定运行，又要实现对供电、消防、照明、通风、排水等系统的“集中管理”：
（1）感知层：感知来自电力、给水、通信、能源等系统的各种数据。
（2）传输层：由物联网多功能基站提供无线、有线通信等可靠传输。
（3）处理层：通过一个“统一管理信息平台”集成环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统五大中心模块实现系统的分布式应用和纵向深入。
（4）应用层：由于政府管理部门和四大管线单位（自来水、电力、煤气和通信）的本专业管线运行信息、会影响到管廊本体安全或其它专业管线安全运行，因此在应用层要对四大管线单位提供通信接口，以实现信息的共享和联动。 

4.2系统界面设计

（1）系统主界面
包含供水，蒸汽，热水管路图。防区位置信息，阀门位置信息，总站及分站位置信息，防区内报警信息
（2）防区监控画面
包含防区附近的摄像头视频画面，温湿度，照明等基础信息，防入侵信息和火灾报警信息
（3）阀门控制界面
实现对防区阀门的远程控制

4.3系统功能
（1）集中设备管理
通过登录监控中心管理平台可对综合管廊内所有监测设备进行统一管理监控。
（2）智能分析
系统管理平台内置智能分析数据库，可自动对实时采集的数据进行分析判断，并与历史数据进行对比，为用户提供参考数据。
（3）GIS地图显示功能
可将管辖范围内的设备准确地在GIS地图上显示，方便设备故障定位及时抢修，设备地理位置信息可采用GPS数据进行定位。
（4）WEB参数配置
管理人员可在监控中心通过工程师站对综合管廊内设备进行远程参数调整配置。
（5）WEB服务管理
服务器具备完善的WEB服务器管理，可以方便管理系统设备和各种资源。•

（6）网络安全特性
采用HAP协议认证、ES加密进行视频数据保护，保证网络通信安全可靠。
（7）分级用户管理
可根据地下综合管廊内设备的管理归属，实现分组管理。根据不同需要，设定各级用户，使用不同权限访问不同资源，实现分级管理。
（8）操作记录统计查询
系统可自动存储各个操作人员各个时间段的操作记录及操作内容进行系统的分析统计。
（9）日志管理
服务器具备完善的日志功能，便于查询和整理。

（10）自动生成各种历史表格
管理平台可根据用户需求自动生成各种历史数据、报警数据、历史曲线等多种数据表格，并支持导出功能。
（11）3D显示
电力电缆接头温度、电子井盖支持3D显示，实时查看电缆接头每个点位温度及电子井盖的开启状态。
（12）多种报警方式
管理平台支持语音、声光、短信等多种报警提示方式，报警信息可直接短信发送到相关负责人员手机上。

4.4监测对象
A、高压电缆管廊
①电缆温度在线监测
② 电缆局部放电在线监测
③电缆载流量在线监测
④电缆护层电流在线监测
⑤智能机器人巡检

B、给排水地下管道
①水位检测
②流量检测
③ 水管压力检测
④ 水质检测
⑤ 淤积监视
C、燃气地下管廊
① 压力检测
② 流量检测
③温度检测

5 系统特点
（1）集成化、信息化程度较高
全方位集成综合管廊内各管道介质工况及管廊内环境工况的信息，并将所有信息汇总于综合管理平台，使决策清晰快捷，同时系统可以通过网络及手机APP访问，决策层可随时掌握管廊运行情况 。
（2）挂载能力强、监测数据全面
针对现阶段纳入管廊的各类管线，配置了多种传感器，可实现对管廊内所有参数的全方位监测，同时预留了接口，方便非系统内设备或附加设备接入。

（3）火灾联动机制
系统对管廊内的火灾危险因素进行全面监测，同时与消防设施采用联动机制，当探测到火灾危险时及时采取措施，防止灾害扩大。
（4）完整的视频监控及入侵防范体系
系统在管廊各出入口处配置了完善的入侵传感器系统，同时具有限制进入措施。可最大限度的减少不法分子的入侵时间，减少管廊内财产损失。

（5）实时监测管廊内状态，能为指挥调度带来极大的便利
影像文件可以自动保存或手动保存，在管廊发生突发状况后可作为分析、取证的资料。
（6）智能化程度高、远控近控配置齐全
当综合管廊内的某项参数超标时，系统会自动发出警报，同时采取应对措施，启动预设的关联设备如：某气体浓度超标时启动风机排气，水位超限时启动水泵排水等。相应的关联设备具备远控和近控操作功能，方便主控室人员或现场检修人员根据实际情况操作。