1綜合管廊概述
1.1 行業背景
隨著城市經濟的快速發展，綜合管線建設規模不足、管理水平不高等問題凸現，一些城市相繼發生大雨內澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴重影響著生命、財產安全和城市運行秩序。面對當前現狀及存在的問題，最科學的方法就是建設城市地下綜合管廊。
1.2綜合管廊簡介
綜合管廊就是地下城市管道綜合走廊。即在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通訊，燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，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”。?綜 合管廊避免了“拉鏈式作業”并預留充分空間，后續管線的鋪設、運作、維修、 檢查、管理等等都可以在綜合管廊中進行，節省成本，節約城市建設用地，美化 城市景觀。
2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，應按照統一規劃、設計、施工和維護，并滿足管線的使用和運營維護要求。綜合管廊應同步建設消防、供電、照明、監控與報警、通風、排水、標識等設施。
2.1 系統現狀
城市綜合管廊監控系統，由于依靠環境與設備監控、安全防范、通信、預警與報警子、智能巡檢及管控一體化信息平臺等多個不同功能的系統，或者由于產品提供來自不同的廠商，在數據交換中沒有一個統一的標準，因此造成接口眾多、訪問性差，容易形成一個個的“信息孤島”：
（1）傳統監控采用人工管理模式，運營管理成本高，管理水平與管理質量也無法得到有力保障：
（2）政府多頭管理、分散操作易產生各種問題；
（3）解決緊急事故發生時易相互推諉、扯皮；
（4）市政設施管理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；
（5）管廊監控視頻、監控數據類別不一，各系統間信息孤島導致相關部門決策困難。
2.2 綜合監控系統對管廊運維的意義
管廊綜合監控系統設計包括環境與設備監控子系統、消防子系統、通風子系統、供電子系統、照明子系統、排水子系統、安全防范子系統、通信子系統等。
綜合監控系統對管廊運維的意義：
（1）智能化模擬顯示屏可直觀地顯示管廊內各種設備的運轉情況，及時了解災情和非法入侵的發生及其位置。監控中心的顯示內容有：管廊內各區段的位置和建筑模擬圖，各防火分區排水泵的狀態、通風裝置狀態、照明的狀態、火災檢測的狀態、環境溫度/濕度和氧含量和非法入侵等各種報警信號等。
（2）綜合管廊監控中心主要任務為確保管廊內管線及操控設備能正常運轉，并在發生事故時能迅速反應處理，因此管廊監控中心就是整個管廊安全管控系統的神經中樞，通過自動化監視與偵測設備，將管廊內任一角落的狀況資料迅速傳遞收集于監控中心中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。
（3）建立完善的預警、報警機制，解決城市管廊設施遭受人為破壞的地下隱患，保障管廊內的通風、照明、排水、防火、通信等設備的正常運轉。
3系統設計思路
3.1方案概述
綜合管廊監控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，采用的標準各異，導致難以兼容互通，這不僅需要兼顧環境與設備監控、通信聯絡、地理信息等需求，而且還要兼顧災難事故預警、安全防范等方面對圖像監控的需求，同時還需要考慮報警、身份識別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題。
要打破信息孤島的局面，復雜異構方式的監控報警系統需要解決不同廠商、不同產品的兼容和多個系統相互集成的問題，需要考慮到平臺的網絡接入和資源的開發方式，還需要立足大型聯網用戶的角度去設計，把握好互利與共享的原則。
城市綜合管廊監控系統：是基于管控一體化技術成功地解決了眾多品牌相互兼容、各系統集成與融合、協議與接口標準不統一的難題，成為綜合管廊監控監控系統未來的發展方向。
3.2 系統設計原則
根據用戶現狀和需求分析，綜合管廊監控系統依據以下原則設計：
（1）可靠性 系統應確保管廊數據獲取、融合、傳輸等過程的可靠性。其中，采集數據是管廊各項應用的基礎和判別依據，可靠的數據獲取、融合和傳輸是保證管廊功能正常運行的基礎。
（2）可擴展性 系統應能夠動態調節，為不同網絡應用提供可擴展性，包括網絡拓撲結構可擴展、服務內容可擴展等。
（3）兼容性、開放性和易維護性 系統的軟、硬件采用模塊化、組態化設計，可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、B/S結構，軟件設置開放性網絡接口，可實現將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標準要特別保護用戶的信息隱私，為各政府部門、單位提供不同安全級別的網絡應用。
3.3系統設計依據
本設計方案依據國家相關規定，符合下列規范要求：
《國務院辦公廳關于加強城市綜合管線建設管理的指導意見》（2014）27號
《城市市政綜合管廊技術規范》GB50838
《線型感溫火災探測器》GB16280
《密閉空間作業職業危害防護規范》GBZ/T205
《可燃性氣體探測用電氣設備》GB 20936-2009
《安全防范工程技術規范》GB50348
《入侵報警系統工程設計規范》GB50394
《入侵報警系統技術要求》 GA/T368
《視頻安防監控系統工程設計規范》GB50395
《出入口控制系統工程設計規范》GB50396
《火災自動報警系統設計規范》GB50116
《供配電系統設計規范》GB50052-2009
《城鎮燃氣設計規范》GB50028
《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB50058
《電子信息系統機房設計規范》GB50174
《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343
《火災自動報警系統施工及驗收規范》GB 50166
《自動化儀表工程施工及質量驗收規范》 GB 50093
《密閉空間作業職業危害防護規范》GBZ/T205
其它相關現行的國家和行業標準規范。
3.4設計思路
3.4.1從安全的角度考慮
目前，綜合管廊主要存在以下四大問題： 一是人的不安全行為（違章）造成的人員安全問題，二是物的不安全狀態（隱患）導致的設備安全問題，三是環境的不安全條件（隱患）誘發的環境安全問題，四是組織的不安全因素（管理漏洞）導致的管廊安全問題。
以上四大核心因素共同誘發能量的不正常傳遞，從而造成管廊事故。因此，系統必須對這四個核心因素進行管控，以實現對人的不安全行為、物的不安全狀態和環境的不安全因素等迅速、靈活、正確地理解（預測）和解決（啟動安全設備或報警），從而實現地下管廊的本質安全。
（1）針對人員安全：通過人員標識卡、便攜式巡檢儀、人員探測計數器等管控人的不安全行為，使巡檢人員達到可視化管理、無關人員實現防范入侵管理。
（2）針對環境安全：通過多功能監測基站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、辨識、評估和控制，從而消除環境的不安全因素。
（3）針對設備安全：通過智能傳感器、儀表和多功能監測基站對監控設備、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態。
（4）針對管理安全：通過建立安全機制和預警管理體系，實現現場可視化、問題可視化和隱患的可視化，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繆、超前預報，防患于未然。
城市綜合管廊的建設目標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程，實現高效、節能、安全、環保的“管、控、營”一體化智慧型管廊。
3.4.2從物聯網的角度考慮
本系統利用先進的物聯網技術，通過數據采集、數據傳輸、數據分析實現對地下管廊的屬性信息和狀態信息運行透徹的顯示，通過實時采集獲取人員、設備、環境、流程制度等在內的一切數據，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。
管廊內所有的信息都要通過設備數據標準化傳到平臺監控中心，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：
（1）監控攝像機的視頻信號和控制信號；
（2）人員位置信息和人員報警信息；
（3）環境傳感器和設備傳感器的模擬量數據；
（4）風機、水泵等設備的開關量數據；
（5）IP 電話的語音信息和無線對講信息；
（6）管廊的各種屬性信息和狀態信息；
（7）管理指令和流程信息等。
我們采用基于物聯網的整體解決方案化解以上所有問題。系統基于物聯網的標準接口，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。利用物聯網對地下管廊進行感知和識別，通過網絡互聯，進行傳輸、計算、處理和數據挖掘，實現對地下管廊的實時控制、精確管理和科學決策。
3.5系統流程設計
根據綜合管廊的運營復雜情況及特點，建立基于物聯網的監控與報警系統，是實現智慧管廊的必由之路。
綜合管廊主要是通過來自電力、給水、通信、能源等系統的各種數據；由物聯網通過區域控制單元提供無線、有線通信等可靠傳輸；“統一監控平臺”集成環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、消防系統、地理信息系統五大中心模塊實現系統的分布式應用和縱向深入，實現系統的安全、穩定運行，又要實現對供電、消防、照明、通風、排水等系統的“集中管理”。
4系統組成
綜合管廊監控系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了設備和環境監控、安防、消防、通信、電力監控、電子巡更等子系統。通過集成和互聯管廊內的自動化系統，為運營和維修人員提供一個完整的、統一的監控管理平臺。
綜合管廊監控系統分為三層五系統。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。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。傳輸層包括名道口與監控中心之間網絡通過光纖傳送，實現視頻數據、音頻數據、TCP\IP 控制數據和RS-485 數據的通信?，F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。其中PLC負責采集管廊內的檢測信號、邏輯運算分析并對根據信號對管廊內設備進行自動和手動控制。五系統包括由環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、消防系統、地理信息系統。
系統建立基于物聯網的“管、控、營”一體化的智能管控系統，從數據采集、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，解決了管廊監控與報警建設中存在著內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，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、環境和設備的恢復效率，進而實現了監控中心應用“五大系統，一個平臺，一根光纖，一組基站”即能對管廊內部設備的遠程管理與聯動控制。
4.1環境與設備監控系統
環境與設備監控系統的功能是實現對綜合管廊全域內環境和設備的參數和狀態實施全程監控，將實時監控信息通過現場各分區控制箱ACU準確、及時地傳輸到監控中心的系統平臺，便于值班人員及時發現現場環境和設備問題，排除故障以及對警情的及時處理，保證管廊正常運行。
環境與設備監控系統主要由智能傳感器（環境監控、設備監控）、數據采集裝置等設備組成。
4.1.1環境監控
根據國家標準GBZ/T205《密閉空間作業職業危害防護規范》的有關要求，沿管廊縱長每隔200米應設置人員逃生安全孔、投料口、通風口、防火門和人員進出口各一個。
通過在每個防火分區內出入口和通風口包括給水管道、再生水管道、雨水管道、污水
管道、天然氣管道、熱力管道、電力電纜、通信線纜等安裝氣體（O2、CH4、H2S）、溫度、濕度、煙霧、水位、水浸等監測傳感器，可實現與風機、水泵的自動化控制與對接，檢測信號就近送附屬設備監控系統現場的分區控制箱ACU，并通過以太網送到監控中心計算機。在監控中心控制室顯示屏上，以數字形式顯示每個防火分區的氧氣百分比含量和溫度/濕度。
此時，一旦探測器檢測到危險氣體，危險區域周邊的作業人員會第一時間看到以數字形式顯示每個防火分區的氣體百分比含量和溫度/濕度等報警提示信息，并獲知報警位置。
4.1.2設備監控
對布置在每個防火分區內的排水泵、照明、風機、風道閥門、紅外入侵報警裝置、環境溫度/濕度/氧檢測儀表等儀表和設備進行數據采集，監測集水井內液位上限報警信號，通過相應的數據采集裝置向監控中心平臺傳送，通過分區控制箱ACU同時并接受監控中心的命令，實現遠程控制風機的開停及相應防火分區內照明設備總開關的分合。
4.2身份識別系統
身份識別系統為有效防止未經許可人員進入，并可對綜合管廊出入情況做實時記錄。身份識別系統是采用現代電子設備與軟件信息技術，在出入口對人或物的進、出、進行放行或拒絕，記錄和報警等操作的控制系統，系統同時對出入人員編號，出入時間，出入門編號等情況進行登錄與存儲，從而成為確保區域的安全，實現智能化管理的有效措施。通過對指紋/人臉識別及ID刷卡等方式，并配合視頻監控；為巡檢、維修人員出、入管廊情況提供安全確認數據記錄，能夠有效防止未經許可人員進入。
4.3電子巡查管理系統
電子巡查管理系統是一種基于物聯網的巡檢系統，它將視頻監控技術與電子巡檢技術有機結合起來，既保證了現場巡檢工作有效進行，又充分利用現有的成熟網絡，使移動監控成為可能。
便攜式巡檢儀實時傳輸沿路巡檢畫面、巡檢員對設備的檢查畫面、設備的運行畫面到控制中心，圖像清晰、位置信息精準、視頻數據可備份、存儲，由此實現現場巡檢與移動視頻監控的有效管理。
電子巡查管理系統可以對重點部位巡檢情況進行全程錄像，并定時傳輸到監控中心，實現監控無死角。安全值班長、各級領導可以隨時監察現場巡檢人員的工作情況，以便及時、直接地掌握各部門、人員、設備的運行情況，及時對發生的情況做出反應，同時又有效提高了巡檢人員的責任心。
4.4通信系統
通信系統的功能是實現管理、巡檢和施工人員的通信聯絡，管廊配備各區間工作人員之間、現場工作人員與監控中心之間保持信息通暢，確保前端巡檢人員信息及時上報，監控中心命令及時下達。
4.5應急電話系統
應急電話系統通過以太網實現現場各電話終端之間、電話終端與控制中心的相互呼叫以及應急調度、應急廣播，通過無線信號覆蓋和WIFI手機實現無線語音通話及人員定位，通過語音網關實現與公網之間的通信，提高了處置突發事件的能力。
4.6無線對講系統
無線對講系統采用WIFI通訊模塊提供WIFI無線接入，配合WIFI終端或類微信對講的APP軟件。對講APP具有群組語音對講、自由創建頻道等功能，兼容2G/3G/4G及WIFI無線網絡，并通過后臺設置可以保持“一直在線”狀態，更大程度上接近專業對講系統的功能應用。對講APP的應用不需要配置專業終端，只需要在現有的Android及iOS設備上下載對講APP軟件即可。無線對講系統是為便利管廊內的人員的日常工作，在緊急或意外事件出現時可以及時對所有相關工作人員進行統一的調度和指揮，實現高效、即時的處理，最大的限度減少了可能造成的損失。
4.7消防系統
消防系統在管廊現場每個防火分區設置探測器、報警裝置、報警控制器、滅火控制器、滅火裝置等設備。當發生火災時，火災的報警信號通過區域控制單元及時、準確地傳輸到監控中心，實現災情預警、報警、處理及疏散，同時通過廣播系統，向綜合管廊內的工作人員廣播，使他們及時撤離現場，保證人身安全。并遠程控制或者本地按下緊急啟停按鈕，滅火控制器啟動管廊內部的滅火裝置，從而達到預報火警的目的。
4.8地理信息系統
地理信息系統的功能是實現對綜合管廊人員、設備和巡檢車輛的位置坐標數據的采集、存儲、管理、分析和表達，將信息通過區域控制箱及時、準確地傳輸到監控中心，實現對通風線路、避災路線、監測設備、巡檢人機坐標等信息的GIS瀏覽。
5綜合監控平臺
5.1平臺概述
綜合管廊監控系統將綜合監控管理軟件、組態監控管理軟件和360度全景地圖軟件等有機地融為一體，內部以系統功能為導向，采用組件式模塊化設計，各功能模塊相互獨立，拆組靈活，且便于后續升級和維護。同時，整個系統在獨立的同時有實現融合互動，真實、全面、直觀地展現綜合管廊全貌，給客戶帶來全新的真實現場感和交互式感受。
5.?2平臺功能
監控平臺的主要任務是確保管廊內管線及操控設備能正常運轉，并在發生事故時能迅速反應處理，是整個監控與報警系統的神經中樞，通過自動化監視與偵測設備，將管廊內任一角落的狀況資料迅速傳遞收集于監控室中，使管理人員可以隨時輕易的掌握所有情況。
監控平臺是專門用戶提供的一個人性化和智能化的操作平臺，它覆蓋人員、設備、環境、動力、安全、運營等諸多環節，應用于安全監控類的人員定位、監測監控、通信、有毒氣體抽排、風機監測、防火監測、安全生產監測與綜合預警，以及供電集中監控、排水通風監控、管廊輸送監控等重要環節，以滿足全過程實時監控的需要，避免了在重要調度指揮中因系統操作過于復雜，而造成難于控制的尷尬局面。
監控平臺可直觀地顯示管廊內各種設備的運轉情況，及時了解災情和非法入侵的發生及其位置。顯示內容有：管廊各區段的位置和建筑模擬圖，各防火分區排水泵的狀態、通風裝置狀態、照明的狀態、火災檢測的狀態、環境溫度/濕度和氧含量和非法入侵等各種報警信號等。
同時，監控中心可以滿足綜合調度、應急指揮、參觀交流等多項功能的要求，大屏幕顯示各種圖像畫面具有靈活組合的特點，可以滿足各種不同的需求。
5.3綜合監控軟件
5.3.1軟件概述?
綜合監控軟件是我司自主研發的一款專門針對智慧市政建設的綜合管理軟件，平臺基于專業全面的智慧市政體系架構設計，具有高度的開放性和擴展性，在現場采集控制層實現了各類設備的物聯互通、智慧傳感；在網絡傳輸層實現了各類數據的高速傳輸、海量存儲；在管理層實現了跨部門之間、多平臺之間的信息互通與共享，為城市綜合管廊運維管理提供服務和 應用支撐。
5.3.2軟件功能
（1）系統配置管理
用戶管理：包含角色劃分、權限分配等功能，將綜合管廊各系統權限無縫的集成在一起，實現統一的權限分配。通過綜合調度分析平臺，不同的人員就有不同的配置和權限，根據他們的權限進入系統后功能界面也不一樣。
模塊化管理：包含個性化設置、軟件擴展功能配置、功能模塊配置（監測對象以及監測設備）等多種靈活配置，實現無需修改程序就能靈活的配置需要的功能，增加的功能模塊會在菜單欄體現出來。
（2）實時監控
本系統將環境與設備監控、安全防范、通信、消防、地理信息和監控中心進行了有機融合成為一個整體，實時監測管廊運營現場狀況，實現通風、人機、工作面等多種安全運營分析模型，管理人員可以及時地查看設備運行的現行狀態和歷史狀態。
（3）數據分類
本系統能夠將巡檢工作面、管廊供電、通風、供排水、設備等工作情況實時監測信息在大屏幕上顯示，實現集中監控，同時，上級單位指揮調度中心可以調閱管廊監控的相應信息。該模塊要求將各系統單位的監測系統（環境監控、人員定位、通信、工業電視等）進行綜合集成，同時實現各監控系統之間的數據融合，避免了各個系統之間的各自為政，有利于整個信息系統的管理和維護。
（4）歷史數據存儲
高效歷史數據訪問算法，趨勢曲線、歷史列表、歷史回放及歷史同比等的查詢顯示， 歷史趨勢組可靈活定義，根據測點情況靈活配置歷史數據的計算方法和表達式，滿足各種統計、 分析需要。 分析結果可導入EXCEL，定義歷史數據收集測點、 時間間隔、 保存時間、 目 標數據庫等。
（6）報表統計查詢
實時/歷史數據庫中保存著大量的運行過程數據，根據預定的統計規則，自動采集及統計設備運行狀況，記錄設備變更、交接班情況等。
（5）報警功能
根據管廊內設置的溫度、壓力及水位等監控指標，定義報警條件，自動觸發報警， 并把報警數據存入歷史數據庫中，方便后期查找問題原因，對可能引發到的事故進行分析和處理。平臺同時支持圖文報警、聲光報警、短信報警、智能語音播報等多種報警方式。
（6）控制功能
平臺具備數據綜合分析決策功能，當監測數據異常報警時，可自動做出決策，自動控制設備，保證監測對象運營安全。如綜合管廊內溫濕度異常，自動聯動風機通風換氣，調節溫濕度在正常范圍，保障管廊運行安全。
（7）數據分析功能
平臺提供數據分析功能，提供數據報表、歷史曲線、柱狀圖等多種數據分析方式。
5.3.3軟件特點?
綜合監控系統軟件體現了綜合監控系統智能化、信息化、自動化、集約化、精益化管理的思路。有如下特點：
（1）系統軟件采用跨平臺設計，支持多種操作系統；
（2）數據存儲采用磁盤陣列，支持雙機備份，保證數據存儲可靠性，同時采用壓縮存儲技術，極大地減少存儲空間需求，支持至少5年以上的數據存儲；
（3）采用插件式模塊化設計，集成多個子系統于同一平臺，統一監控，集中管理，實現監控一體化；系統具備高度的擴展性，可以根據業務發展要求進行靈活擴充，實現平滑升級；
（4）顯示內容豐富：包括狀態參數、測量數據、曲線圖、影像畫面、報警信息、地理位置信息等；
（5）采用先進的故障診斷算法，實現故障準確預判，故障精確定位；
（6）報警方式多樣：有報警信息公布欄、聲光報警、短消息報警等方式；
（7）平臺擁有完善的運維管理工具，幫助管理人員及時發現設備故障，提高運維效率；
（8）平臺提供多種數據接口，可橫向、縱向與多個系統之間完成數據共享，實現數據的互聯互通。方便實現與調度自動化系統，客戶管理系統等多個系統的信息共享，提高綜合管廊運行管理的服務水平和服務質量。
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