月份：2017年8月

城市綜合管廊智能監控與報警系統

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資料來源：網絡

一、概述

城市綜合管廊是指將電力、通信、燃氣、給排水、熱力等市政公用管線集中敷設在同一地下建造的隧道空間內，進行綜合開發利用，以節約城市建設用地，便于統一管理規劃，美化城市的景觀。城市綜合管廊內部整合了維持城市功能的自來水、煤氣、電力、通信管線，管廊自身功能使用的動力、照明、排水等設備繁多，無論納入管線出現故障，還是自身附屬設備出現故障，都將造成沿線城市功能的癱瘓甚至發生災害性事故，因此城市綜合管廊監控系統必須與綜合管廊的建設統一規劃、同步建設。監測的主要內容有：管廊內環境溫、濕度，有害氣體濃度，通風、水泵設備狀態，集水坑液位，入侵監測，視頻監控等。當監測到災害及異常情況時，及時發出預警或報警信息至相關工作和管理人員，便于及時防范、指揮處理，對預防及減少管廊內災害事故起著重要的作用。

本系統方案就是綜合利用目前最先進的光纖環網技術、環境監測技術、分布式光纖傳感器技術、通信技術、安全防范監控技術、地理信息技術以及系統集成技術，將地下管廊各類安全信息進行綜合監控。

二、系統構成

城市綜合管廊監控與報警系統分為環境與設備監控子系統、安全防范子系統、通信子系統、預警與報警子系統、地理信息子系統、統一管理信息平臺、管線溫度實時監測系統和電力電纜在線監測。本系統方案不僅從軟件上通過數據中間件技術進行了數據接口的集成（不是簡單的提供鏈接按鈕方式），還從硬件設計上做到了從對環境多參數數據集成采集到多系統的接入集成。極大地減少設備的布線，不僅減少了投資，而且提高整個系統的穩定性，便于安裝和維護，做到了真正意義上的“綜合監控”。

2.1 環境與設備監控子系統

環境與設備監控子系統主要由本質安全型的自帶液晶顯示及聲光報警功能的多參數（O2、CH4、H2S、CO、溫度、濕度傳感元件按需要自由組合）智能組合檢測儀、設備開停傳感器、水位傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、本質安全型綜合網絡分站（內置光纖網絡交換機，自帶液晶顯示屏和聲光報警功能，能接入十六路模擬量/開關量/數字型傳感器，可接十六路讀卡器，具有八路控制輸出）、本質安全型控制器、隔爆兼本安型不間斷電源、地面監控主機及環境與設備監控系統軟件等組成。

2.2安全防范子系統

安全防范子系統主要包含視頻監控系統、防入侵系統和門禁系統三部分。

2.2.1 視頻監控系統

在廊道中安裝視頻攝像頭對廊道內的環境、異常情況和設備進行實時監視。實現對廊道的可視監管和遠程巡檢。攝像設備通過系統設置可與報警信息進行聯動控制，當報警發生時自動轉向和錄制報警設備信息，且監控中心人員可遠程調節攝像頭。

2.2.2防入侵系統

? 紅外入侵報警探測

? 通風口防入侵監測

? 管廊異常監測

2.2.3 門禁系統

管廊出入口設置門禁系統。根據現場情況還需要對進入管廊內的入口進行門禁控制管理，采用門禁控制器（TCP/IP型網絡門禁控制器+電控鎖+讀卡器）的方式實現門禁現場及中心系統遠程集中管理。

2.3 通訊系統

通信子系統主要由廣播對講基站、WIFI無線手機和語音調度服務器等設備組成。

通信子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。

2.4 預警與報警系統

預警與報警系統的功能是實現對綜合管廊的全程監測，系統將預警和報警信息通過多綜合分站、分布式光纖測溫系統、光纖環網交換機及時、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，保證人身安全等功能。預警與報警系統由火災報警系統和可燃氣體探測報警系統兩部分組成。

2.4.1火災報警系統

火災報警系統主要由多參數組合檢測儀、煙霧傳感器、分布式光纖測溫系統（含系統軟件、主機、測溫光纖）、綜合分站和智能廣播基站等設備組成。

在每段防火分區內設置含CO、O2、溫度探頭的組合檢測儀（自帶聲光報警器）、煙霧傳感器、分布式測溫光纖、手動報警按鈕、火災電話、多功能廣播基站等設備。手動報警按鈕設置在卸料口兩邊的防火門處?；九c基站之間采用可插拔光纖連接。光纖測溫主機連接多條線性測溫光纜，測溫光纜主要監測管廊內電力電纜的溫度是否在正常的范圍內運行，對于管廊內110kv及以上的電力電纜，每根配置一條測溫光纜監測其溫度的變化；對于10kv的電力電纜，每層橋架上敷設如正弦波般走向的測溫光纜。該系統溫度監測精度為0.1℃，監測距離可達30km，定位精度可達1m，可任意設置多級溫度報警值。在監控中心設置火災報警屏，通過總線回路巡檢、接收、顯示每個報警點的工作情況。當火災發生時，啟動整個管廊內聲光訊響器。

2.4.2可燃氣體探測報警系統

可燃氣體探測報警系統主要由多參數組合檢測儀(含CH4檢測探頭)、分布式測溫光纖、綜合分站、遠程控制器和智能廣播基站等設備組成。

為使系統有效工作，在每段防火分區內設置多參數組合檢測儀、手動報警按鈕、報警電話、多功能廣播基站和聲光報警器等設備。多參數組合檢測儀設置間距為10m；手動報警按鈕設置在卸料口兩邊的防火門處。

監控中心可按需設定天然氣報警濃度的上限值（小于其爆炸下限值的20%），多參數組合檢測儀接入綜合分站，當天然氣管道艙天然氣濃度超過報警濃度設定上限值時，由綜合分站自動啟動天然氣艙事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備，并通過遠程控制器切斷施工動力電源，且緊急切斷濃度設定的上限值要小于其爆炸下限值的25%，如果天然氣管道發生泄漏，高壓氣體的體積膨脹將引起漏點附近溫度的下降，分布式光纖測溫系統同樣可通過溫度異常點的探測，發現并定位天然氣管道的泄漏情況。并通過可燃氣體報警系統解決燃氣泄漏或危險氣體累積帶來的爆炸隱患，確保燃氣管廊設施正常、穩定運行。

2.4.3聯動功能

（1）消防聯動：探測器發出檢測信號，報警裝置聯動視頻系統，跳出該防區的視頻畫面，確認報警。

（2）聯動排煙/氣系統：每段防火分區設置有排風及排煙/氣系統，正常時用于排風。當確認探測到火災/可燃氣體時，監控中心可通過多功能基站傳輸指令實現遠程啟動風機排煙/氣。

（3）聯動電源：災情探測信息確認后，監控中心可通過多功能基站進行指令傳輸以切斷非消防電源。

（4）聯動廣播系統：災情探測信息確認后，監控中心啟動廣播切換模塊進行災情信息廣播，特別針對災情確認區、相鄰分區進行廣播疏散。

（5）聯動電話系統：監控中心可啟動專用模塊與任一廣播基站通話；現場任一廣播基站或電話通過監控中心確認后實現與調度主機通話錄音。

2.5 地理信息子系統

地理信息子系統通過最先進的GIS地圖方式對綜合管廊進行地理標注和各類設備運行數據及狀態信息展示。同時通過三維虛擬現實技術，渲染出逼真高效的地下綜合管廊三維環境，可實現三維漫游功能，巡檢功能，三維定位功能，設備或資源信息查詢功能，交互操作功能等。系統能實時對數據采集系統的數據在模型上進行展示，直觀的反應設備的工作狀況，并能對告警等作出不同的狀態展示。系統具有綜合管廊和內部各專業管線基礎數據管理、圖檔管理、管線拓撲維護、數據離線維護、維修與改造管理、基礎數據共享等功能。顯示內容大致可以分為2D地圖顯示和3D虛擬展示。

2.6 統一管理信息平臺

綜合管廊統一管理信息平臺就是將以上環境與設備監控子系統、安全防范子系統、通信子系統、預警與報警子系統、地理信息子系統的信息通過統一的數據接口，由統一管理信息平臺控制軟件在一個界面上進行集成顯示或管理切換，是監控中心的主要工作界面，對全部管廊的監測數據進行分級分層的展示，并實現預報警管理、聯動控制操作應急處置等功能，以達到綜合監控的目的。統一管理信息平臺包括綜合數據支撐平臺和綜合信息顯示平臺兩大部分。

2.7 管線溫度實時監測系統

管線溫度實時監測系統主要以光纖測溫傳感技術，對溫度的變化進行報警，主要解決電纜著火和熱力管道泄漏的安全隱患。本系統利用分布式光纖傳感器對熱力管道泄漏進行實時監測，當熱力管道發生泄漏或管道附近的機械施工和人為破壞等事件產生的振動、壓力或溫度變化信號作用于光纖時，光波在光纖中傳輸時產生的損耗具有不同的信號特征，分布式光纖傳感器可以同時獲取損耗的空間分布及其隨時間的變化；在入射端利用光時域反射技術和在輸出端利用光功率檢測，可實現光纖上各點靜態與動態損耗的測量和定位；計算機通過對數據進行分析和融合，根據信號特征判斷并準確定位管道泄漏等事件的發生，提高熱力管道的監測水平。

2.8 電力電纜在線監測

電力電纜在線監測預警系統是基于前端傳感技術、無線網絡技術、計算機技術、大數據分析的整體解決方案。通過建立地下電力管溝綜合數據庫、電力管溝地理信息系統平臺、電力管溝綜合管理平臺、電力管溝三維分析系統、電力管溝巡檢管理系統和電力管溝動態監控系統，最終實現電力管溝數據的查詢、統計、分析、設計、竣工驗收、預警、應急處理等一整套解決方案。

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市政綜合管廊智能監控管理系統

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1.????? 系統設計

城市地下綜合管廊安全監控預警系統，該系統通過實時綜合監控平臺，實現將XXX地下綜合管廊內供電、電信、電視的運行情況以及供氣、供熱、供水管道泄漏的實時監測、報警與定位，綜合管廊內智能視頻監控，風機、水泵、閥門等的遠程自動控制，為地下綜合管廊的安全運行、應急處置提供先進的網絡遠程管理手段。

系統中將所有集水井的高液位數據和分布式管線測溫系統的數據上傳至監控中心，通過軟件接口獲實時數據。實現供熱及供水管道分段控制，一旦發生泄漏時，及時發出聲光報警，啟動決策人員和管理人員應急預案，第一時間遠程自動/手動控制分段控制泄漏管段，關斷供熱/供水閥門，并抑制倒灌回流，方便后期工作人員的維護，最大程度減少停止供熱/水面積。

2.????? 系統組成

該系統主要由自動化系統、電氣系統、消防系統、弱電系統組成。其中自動化系統包括環境檢測、設備監測、電氣管理等；電氣系統包括供配電系統、照明系統等；弱電系統包括視頻監控系統、預警系統、對講系統等。

3.????? 系統架構

6.1.??? 系統架構圖

環網是鏈接各區域集中器的以太網絡，將多個集中器采集到的實時監測數據保存到監控中心的數據服務器，各電氣控制設備主要由整體開關型電動執行器、數字量I/O模塊、光纖交換機、以太網交換機、路由器、服務器、上位管理平臺等組成。

從網路結構劃分為：傳感器信號采集段，該段采用RS485方式或DP總線模式；區域集中器通過光纖環網進行聯網，并最終與管理平臺服務器聯網。

6.2.??? 監測層

6.2.1. 地下管廊環境監測概述

地下管廊裝有各種線信號線、熱力管、燃氣管、電信管道、給水管道、電力管道等等，是一個多種信號與傳輸對象交匯的場所，為了充分保障管廊內環境安全，需要對其內部環境進行監測，以達到實時、自動監測地下管廊內的環境，其重要性不言而喻。

6.2.2. 地下管廊環境監測系統功能

主要涉及到管廊內的溫濕度、燃氣泄露、火險、有害氣體、積水監測等，據實際情況，還可能涉及到其它監測。

通過在地下管廊配置相應的傳感器及報警器，并通過通信將監測信號引到區域信號集中器，區域信號集中器再通過光纖環網傳輸到監控中心，通過配套的綜合管理平臺軟件對數據進行存儲、顯示、分析等，并進行應用；通過軟件平臺對每個測點的地理位置、測量值或工作狀態進行連續采集，如出現異常，系統會自動生成報警（聲光報警、短信報警、郵件報警可選），第一時間通知到相關人員，將可能出現的險情消滅在萌芽狀態，避免造成大的經濟損失及影響管線的正常運行。

6.2.3. 地下管廊環境監測系統測點說明

由于管廊較長，需要選擇合適的距離來設置監測點，

1、對于溫濕度數據可以對參考200米一個測點

2、 對于燃氣報警則要針對實現情況選擇布的距離要大大縮短(或者選擇可能會發生報警的特殊區域)

3、 對于積水報警則選擇低洼或易積水區域監測。

4、 對于有害氣體監測，則要判斷具體是什么氣體為主，為何產生，如果產生了積水(污水)可能會產生惡臭氣體等。

5、 對于火情報警，按消防標準的話，會很密集，具體到管廊按什么標準，需要另行考慮。

6.3.??? 區域集中層

（1）熱力運行監控

熱力運行監控部分實現熱力管網運行設備的遠程控制功能，分為日?？刂颇Ｊ胶蛨缶幚砜刂颇Ｊ?。通過測溫光纖，發現熱力管線泄漏，監控中心控制系統可根據預設方案，自動或人工發送控制信號給現場控制器，完成熱力調節閥門的遠程控制。

（2）管線溫度監視

能夠實時監測熱力管線運行情況，按不同區域、不同管線，用不同展示方式顯示正在運行和未運行的管線。輔助相關人員進行控制決策。

（3）管線閥門控制

通過測溫光纖，發現熱力管線泄漏，監控中心控制系統可根據預設方案，自動或人工發送控制信號給管溝現場控制器，實現熱力調節閥門的遠程控制，閥門開關狀態實時顯示。

（4） 給水運行控制

給水運行控制部分實現給水管網運行設備的遠程控制功能。通過繪制各管線工藝流程圖，實時展示線路運行數據，顯示閥門開關狀態。當集水井高液位報警，監控中心控制系統可根據預設方案，自動或人工發送控制信號給管溝現場控制器，完成給水閥門的遠程控制。

（5）集水井高液位監視

通過在各分控站給水工藝流程圖上標記集水井位置，并監控集水井高液位報警，當發生高液位報警時實現彈窗報警提醒。

（6）管線閥門控制

通過集水井水位情況，分析管線故障，及時發現給水管線泄漏，監控中心控制系統可根據預設方案，自動或人工發送控制信號給現場控制器，實現給水線路閥門的遠程控制，閥門開關狀態實時顯示。

（7）通風風機控制

通過檢測管廊內的空氣質量，根據檢測到的有害氣體及氧氣得得濃度，分析管廊內空氣質量是否符合人員生存條件，及時發現可能存在的隱患，監控中心控制系統可根據預設方案，自動或人工發送控制信號給現場控制器，實現給通風風機的遠程控制，風機運行狀態實時顯示。

6.4.??? 網絡層

網絡層包括以太網交換機，光纖附件、執行單元、數字量I/O模塊、光纖收發器等。網絡層實現了區域集中器與管理層的一個數據交換，區域集中層可以通過網絡層對執行層的設備發放指令，控制其現場各類電氣設備的啟停等，現場執行層并且把信號狀態反饋給區域集中層設備。

6.5.??? 執行層

執行層的主要功能匯總本執行過程層的實時數據信息，實施對一次設備的控制功能，對現場電氣設備的打開與關閉等控制，并把現場電氣設備的反饋信號實時的反饋給區域集中層設備，使其在工程師站可以有效的觀察到現場設備的一個狀態。

4.????? 系統功能

XX綜合管廊專業管線運行監控系統通過分布式布置的溫濕度監測系統實現對現場管廊溫濕度的采集，同時對現場電氣設備的控制與反饋狀態信號的采集，實現了對現場排水、排風及照明系統等的控制。

7.1.??? 系統主界面

包含供水、蒸汽、熱水管路圖，防區位置信息，電氣設備位置信息，總站及分站位置信息，防區內報警信息等。

7.2.??? 防區監控畫面

包含防區附近的攝像頭視頻畫面，溫濕度，照明等基礎信息，防入侵信息和火災報警信息。

7.3.??? 電氣控制界面

實現對防區電氣設備的遠程控制。

5.????? 視頻監控系統

視頻監控系統可以實現綜合管廊全域內人員的監控，便于中控室值班人員及時發現現場問題，排除故障以及對警情的及時處理，保證管溝內正常運行。

監控系統通過系統前端監控點攝像機采集圖像信息，系統主機處理后在相連的監視器上反映監控場景；綜合管廊每X米為一段防火分區，共有X個防火分區，每段防火分區設置1臺工業交換機，在每段防火分區內設置X臺攝像機（區段出入口），分別監測任何進入防火分區內的人員情況及內部環境情況。

所有的視頻監控畫面都可以通過媒流體服務器控制、顯示，實現全范圍監控并且可在監視器上切換顯示各防火分區的監視畫面。

6.????? 火災報警系統

火災自動報警系統的功能是實現對綜合管廊的全程監測，將火災報警信息及時、準確地傳輸到監控中心，實現火情預警、火災報警、火災處理及疏散，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，保正人身安全等功能。

系統設計：

為使系統安全有效地進行工作，在每段防火分區內設置智能感煙探測器、手動報警按鈕、火災電話、火災廣播揚聲器、聲光報警器、分布式測溫光纖等設備。系統采用總線連接，感煙探測器設置間距為10米；手動報警按鈕設置在卸料口，兩邊的防火門處。

光纖測溫主機連接多條線性測溫光纜，測溫光纜主要監測管溝內電力電纜的溫度是否在正常的范圍內運行，對于管溝內110kV的電力電纜，每根配置一條測溫光纜監測其溫度的變化；對于10kV的電力電纜，每層橋架上敷設如正弦波般走向的測溫光纜。該系統溫度監測精度為1°C,可任意設置多級溫度報警值，光纖測溫主機可提供一組繼電器輸出報警信號。

消防聯動：

探測器發出檢測信號，火災報警裝置聯動視頻監控系統，跳出該防火分區的視頻畫面，確認報警。

聯動排煙系統：每段防火分區設置有排風及排煙系統，正常時用于排風，火災時通過火災聯動控制器啟動風機排煙。

聯動電源：火災確認后，通過火災聯動控制器切斷非消防電源。

聯動消防廣播系統：火警時，監控中心啟動廣播切換模塊進行消防廣播，特別針對報警的防火分區、相鄰的防火分區進行廣播疏散。

聯動消防電話系統：控制中心可啟動消防專用模塊與任一電話分機通話，現場任一分機或電話插孔處話機，通過火災報警控制器確認后與消防主機通話錄音。

7.????? 專用以太網絡系統

網絡系統建設：本工程局域網采用千兆位以太網技術，整個網絡采用自適應以太技術，網絡拓撲結構采用環型結構，在中心控制室通過控制系統和視頻監控系統的中心交換機實現兩系統的連接及數據交換，火災報警系統控制站接入控制系統交換機，火災報警裝置接入視頻監控系統，實現控制中心各系統的集成及關聯互動。

網絡操作系統：采用windows2003 Advanced Server作為應用系統的網絡操作系統以及Internet/Intranet服務和數據庫服務器的操作平臺。

交換機：控制系統及視頻監控系統的中心交換機采用千兆交換機。

網絡安全：網絡操作系統限制網絡的非法訪問為網絡系統安全提供了基本的保證；組網方式采用采用網絡分段（物理分段和邏輯分段）；設置防火墻。

 

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綜合管廊監控系統建設，如何選擇一家可靠的施工企業？

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來源：網絡

如今針對綜合管廊監控系統建設，必須要挑選一家靠譜優質的施工企業，才能確保整個系統的建設可以秉承安全有序、規范化的操作?，F在不同城市當中都有著很多綜合管廊監控系統建設企業，相關單位在挑選過程當中，如何快速挑選出最為優質可靠的施工公司呢？

綜合管廊監控系統施工企業選擇可以說是相當關鍵的，現在市面上涌現了很多不同品牌、規模大小不一的施工企業，建議大家選擇口碑好、信譽佳、知名度較高的公司。這樣不僅能夠確保該公司擁有較強的施工技術以及施工力量，最重要的就是所提供的管廊設備與管線品質、性能都擁有更為可靠的保障，還能獲得更為齊全的種類選擇。

想要讓綜合管廊監控系統建設更加安全有效，針對不同監控設備的選擇可以說是相當關鍵的，因為每個型號的綜合管廊監控設備都有著自己的性能特色以及相關優勢，可能在操作以及設置上也有所不同，也可能在基本參數上存在差異。這個時候，建議相關人員多多結合管廊當中的實際環境以及運行條件來挑選。

可以嘗試詢問一下其他消費者群體的評價以及信譽、口碑問題，要知道管廊監控系統的施工質量直接影響到了后期管廊運營效果，沒有什么比咨詢這家施工企業其他客戶更來的可靠了。

選擇一家專業正規、技術力量雄厚的綜合管廊監控系統施工企業，可以為整個監控系統的施工工程帶來可靠的保障，確保大家在后期使用過程當中更為順暢，通常專業正規的企業都會有著自己完整的質量管理體系以及施工操作體系，使得整個綜合管廊監控系統的建設更加穩定、安全。

這家綜合管廊監控系統施工公司的服務體系是否完善，也可以衡量出該企業是不是正規優質，因為一個完善的服務體系，可以在客戶遇到問題的第一時間給予有效的解決方案，并且針對現有的管廊環境，設計好相應的綜合管廊監控系統建設施工方案。

在價格方面，我們可以發現如今綜合管廊監控系統建設施工價格，在不同地區以及每家公司給予的報價上都存在了一定的差異。并且很多因素的存在，也直接影響了綜合管廊監控系統建設的報價，大家不要執著于價格高低，注重施工技術力量以及整個工程質量才是關鍵。

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基于BIM的綜合管廊運維管理系統

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引言

近年來，BIM技術在國內建筑行業得到了廣泛的應用，特別是在設計、施工階段，BIM技術的使用得到了包括業主、設計院、施工總包在內的項目各參與方的一致肯定，產生了巨大的經濟效益。但BIM技術的價值并不僅僅局限于建筑的設計與施工階段，在運營維護階段，BIM同樣能產生極其巨大的價值。BIM模型中包含的豐富信息可以為運營維護決策和實施提供有力的信息支撐。據某國外研究機構對辦公建筑全生命周期的成本費用分析，設計和建造成本只占到了整個建筑生命周期費用的20%左右，而運營維護的費用占到了全生命周期費用的67%以上。在運營維護階段，充分發揮利用BIM的價值，不但可以提高運營維護的效率和質量，而且可以降低運營維護費用，基于BIM的空間管理、資產管理、設施故障的定位排除、能耗管理、應急處理等功能實現，在可視化、智能化、數據精確性和一致性方面都大大優于傳統的運維軟件。BIM與云、大數據、移動應用、室內定位、GIS、傳感器、智能機器人等新技術的集成應用（BIM+），也是智慧化運維的必然趨勢。

1．綜合管廊及其運維的業務范圍

1.1 綜合管廊的發展

綜合管廊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，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”。

國外發達國家，如德國、法國、日本等，從上個世紀已經系統日趨完善的同時其規模也有越來越大的趨勢

我們國家從2015年起，住房城鄉建設部要求，用3年左右時間，在全國36個大中城市全面啟動地下綜合管廊試點工程。當年，確定包頭、沈陽、哈爾濱、蘇州、廈門、十堰、長沙、?？?、六盤水、白銀為第一批10個試點城市。2016年，廣州、石家莊、四平、青島、威海、杭州、保山、南寧、銀川、平潭、景德鎮、成都、鄭州、合肥、海東15個城市入選國家第二批綜合管廊試點城市。

從時間上看，我們國家的綜合管廊建設才剛剛開發。

1.2綜合管廊運維的業務范圍

按照國際設施管理協會（IFMA）最新的定義，設施管理（FM）是一種包含多種學科，綜合人、地方、過程及科技以確保建筑物環境功能的專門行業。它以保持業務空間高品質的生活質量和提高投資效益為目的，以最新的技術對人類有效的生活環境進行規劃、整合和維護管理工作，它將物質的工作場所與人和機構的工作任務結合起來。
設施管理的任務是通過簡化企業的日常營運流程，協助企業達到大幅降低成本和提高營運效益的目的。它致力提供全面的一站式服務，為企業管理房地產、設施及其他非核心業務，以達成既定的業務計劃和策略性的發展目標。
從設施管理的發展來看，現代設施管理的業務范圍已超越了物業維修和保養的工作范疇，覆蓋設施的全生命周期，其職能范圍包括維護運營、行政服務、空間管理、建筑工程設計和工程服務、不動產管理、設施規劃、財務規劃、能源管理、健康安全等。它從建筑物業主、管理者和使用者的利益出發，對業務運營涉及到的所有設施與環境進行全生命周期的規劃、管理，對可預見性風險進行規避和控制。設施管理注重并堅持與新技術應用同步發展，在降低成本、提高效率的同時，保證了管理與技術數據分析處理的準確，促進科學決策，為核心業務的發展提供服務和支撐。
保持管理的井井有條和高效率的設施對其業務的成功是必不可少的。尤其是新技術的發展、環保意識的普及以及對人的健康的關心，使設施管理行業和設施管理專業人員更顯得重要。設施管理不單延長了設備設施的使用年限，確保其功能的正常發揮，擴大收益、降低運營費用，也提高了企業、機構的形象，改善和促進了用戶核心業務的發展，使工作流程更加合理化和簡潔化。

我們國家由于管廊建設才剛剛開始，管廊運維基本上還在概念階段，大多數業主及管廊公司設立了相關管廊運維部門及工作崗們，但實際的工作還沒開展起來或僅僅是開始。

1.3信息技術在管廊運維中的應用

目前移動互聯、物聯網、BIM技術、云計算技術已經得到了廣泛的應用，這些技術對綜合管廊運營維護在可視化管理、效率和質量方面會產生積極的影響。在綜合管廊試點城市中80%的管廊項目都應用了BIM技術，60%以上的項目正在考慮采用BIM。BIM具有強大的整合能力，很多建筑項目完全使用BIM來完成。BIM,全稱建筑信息模型（Building Information Modeling），是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，協調性，模擬性，優化性和可出圖性五大特點。對設施運維管理來說，BIM模型可以提供以下方面的支持。

空間定位：
建筑中包含給排水系統、照明系統、消防系統、空調系統等。相關設備設施在BIM模型中以三維模型的形式表現，從中可以直觀地查看其分布的位置，方便管廊維護者或業主對于這些設施設備的定位管理。

設備維護：
BIM模型的非幾何信息在施工過程中不斷得到補充，竣工后可導入運維系統的數據庫中，相關設備的信息如生產日期、生產廠商、可使用年限、維修保養手冊等可直接查詢到，不需要花額外的時間翻閱查找紙質文件或電子文檔，依據BIM模型信息可自動生成設備維護方案，遇到故障時可快速定位或更換。

綜合監控與能耗管理：

將建筑中各類傳感器、探測器、儀表等測量信息與BIM模型構件相關聯?？芍庇^展示獲取到的能耗數據（水、電、燃氣等）及監控信息，依靠BIM模型可按照區域進行統計分析，更直觀地發現能耗數據異常區域，管理人員有針對性地對異常區域進行檢查，發現可能的事故隱患或者調整能源設備的運行參數，以達到排除故障、降低能耗維持建筑的業務正常運行的目的。

2.基于BIM的綜合管廊運維管理系統的設計

2.1 技術路線

通過三維BIM圖形平臺構建綜合管廊BIM模型、BIM機電模型、施工資料、運維資料、設備信息、監控信息、規范信息等圖形及信息數據。在三維圖形平臺基礎上，采用云、移動應用、物聯網、大數據等技術，基于SOA體系進行設計開發，實現基于BIM的三維可視化運維管理（FM）系統。

2.2系統架構

系統總體架構包括應用層、平臺層、數據層和設施層四個層次，相互形成一個有機的整體。
應用層：是系統的直接面向客戶的應用部分，系統的主要功能都集中在這一層。
平臺層：即整個系統應用的支撐平臺，包含：三維圖形及BIM信息支撐平臺、樓宇自控、安防視頻監控平臺等。
數據層：是整個系統的數據來源基礎。包括BIM模型數據、設備參數信息、設備運維信息、運維知識庫等，視頻監控、能耗監測及樓宇自控等數據是需要集成的數據，可調用設備商提供的數據訪問接口。
設施層：基礎軟硬件支撐，是前面幾層的基礎，是系統24*7無故障運行的保證基礎。

2.3綜合管廊運維管理系統功能

2.3主要功能介紹

漫游定位與設備信息查看：

在BIM模型中可漫游查看相關設施，并可即點即查設施的相關資料和信息，通過傳感裝置也可實時獲取和展示采集到的監控信息。系統對對具體設備的BIM模型瀏覽是雙向的，用戶既可以通過在模型視圖中選擇相對應的設備模型構件，也可以通過輸入設備名和設備型號等屬性的方式進行查詢瀏覽。無論采用何種方式，一旦選中了某一具體設備，在界面上就會出現與該設備相關的設備信息（包括設備的名稱、型號、技術參數、生產廠家等）供用戶查看，同時用戶也可以通過點擊關聯標簽，查看“設備說明書”、“維修保養資料”、“供應商資料”、“應急處置預案”、“歷史維護信息”等各種與設備相關的文件及信息資料。

在三維場景中對建筑內的各種資源進行分類管理和空間查詢，點擊查詢結果快速定位到具體位置，并顯示資源的相關屬性信息和關聯的圖紙資料等內容。包括按關鍵詞模糊查詢、組合條件查詢、空間查詢、緩沖區查詢、點選查詢等多種查詢方式。

設備保養與維護：

設備維護維護分為及時性故障派修和計劃性保養維護。在BIM維護模型建立時就會對設備進行標準化分類和編碼，并把各類設備的保養維護周期和程序、以及與設備維護承包商的維護合約及設備保險等內置到系統中。
對于計劃性維護，系統會根據內置規則自動生成運維計劃表。檢修人員可按計劃對設施或設備進行日常維護，并更新維護狀態。在發現故障時，可通過手持設備掃描設備標簽上的二維碼，進行設備定位，登記故障。并可生產派工單，檢修過程中可查看故障構件的相關圖紙、歷史維修信息、維修知識資料等，輔助問題解決，完成后可記錄維護日志，更新狀態。
維修人員在巡檢過程中，發現設備故障時，可直接通過手持設備掃描二維碼進行故障登記。并可在系統中查詢設備的廠家、型號、維修等設備屬性信息和庫存備件情況。

通過查看BIM設備信息中的“關聯資料”，可以查看關聯到設備信息中的圖紙、使用手冊、維護規程等信息。也可以查詢到該設備的上下游構件情況，這些資料可以幫助維護人員快速完成設備的維護工作

設備運行監控：

?基于BIM模型可以進行設備檢索、運行和控制功能，通過點擊BIM模型中的設備，可以查閱所有設備信息，如供應商、使用期限、聯系電話、維護情況、所在位置等;可以對設備生命周期進行管理，比如對壽命即將到期的設備及時預警和更換配件，防止事故發生;通過設備名稱，或者描述信息，可以查詢所有相應設備在虛擬建筑中的準確定位;管理人員或者領導可以隨時利用3維BIM模型，進行建筑設備實時瀏覽。

?設備運行和控制。所有設備是否正常運行在BIM模型上直觀顯示，例如綠色表示正常運行，紅色表示出現故障對于每個設備，可以查詢其歷史運行數據;另外可以對設備進行控制，例如某一區域照明系統的打開、關閉等

資料管理：

?資料管理可以對綜合管廊全生命周期中產生的資料進行管理，包括設施設備資料、項目信息資料、設計圖紙、施工圖紙、竣工圖紙、培訓資料、操作規程等，資料信息基于數據庫存儲，提供增加、刪除、修改及檢索功能。軟件按照圖形信息資料的用途以及所屬的專業進行分類管理，同時實現了圖紙與構件的關聯，能夠根據設備快速的找到構建的圖紙。實現三維視圖與二維平面圖的關聯。用戶通過選擇專業以及輸入圖紙相關的關鍵字，可以實現快速檢索和打開。

安全管理：

?系統提供與視頻監控設備、消防報警設備的接口，可以實時在三維運維平臺中采集查看監控這些信息，在設備報警時可以做到及時處理，防患于未然。此外，系統還可以對采集的數據進行統計分析，如統計設備報警情況等

能耗管理：

通過能耗分析軟件與實時采集數據相結合，可以協助技術人員擬定節能計劃和節能方案。

統計報表：

系統通過對BIM模型信息和運維中產生和采集的數據，可以提供各類信息的查詢統計報告，為資源盤查、配件采購，財務預算等提供數據參考。故障分析處理統計表、設備資產統計表、設備損毀分析表、備件情況表、維修費用統計表、空間利用情況統計表

有正公司為客戶提供地下綜合管廊BIM咨詢服務，綜合管廊監控系統、管廊運維管理平臺。歡迎致電400-029-3382咨詢。

有正智慧管廊設計方案實例（3）—環境與設備監控系統

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2.4、環境與設備監控系統

2.4.1系統目標

為全方位的自動化還為智慧管廊管理提供統一的技術環境，這主要包括：統一的數據管理、統一的通信、統一的組態和編程軟件。

以及時、穩定、可靠的網絡通訊系統為橋梁，在總控室進行集中監控管廊設備監控系統，供電檢測系統，紅外對射防入侵監測系統，實現了設備閉鎖和聯動控制，并可將系統采集到的各項數據實時傳送到管理系統平臺。

在現有工業綜合自動化以及管廊監控系統成功經驗的基礎上，大膽創新，“好上加好，優上加優”，做出城市綜合管廊監控系統的典范；

2.4.2系統的設計原則與依據

GB50838-2015 ?????《城市綜合管廊工程技術規范》

GB/T 14285-2006 ??《繼電保護和安全自動裝置技術規程》

GBT 14598.300-2008《微機變壓器保護裝置通用技術要求》

DL/T 5430-2009 ???《無人值班變電站遠方監控中心設計技術規程》

GBT 13729-2002 ???《遠動終端設備》

DL/T634.5101-2002 《遠動設備及系統第5-101部分：傳輸規約基本遠動任務配套標準》

DL/T634.5104-2009 《遠動設備及系統第5-104部分：傳輸規約采用標準傳輸規約集的IEC60870-5-101網絡訪問》

GB/T 2887-2011 ???《計算機場地通用規范》

GB50052-2009 ?????《供配電系統設計規范》

Q/GDW 231-2008 ???《無人值守變電站及監控中心技術導則》

GBT 14598.8-2008 ?《電氣繼電器第20部分：保護系統》

GB50062－2008 ????《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》

DL/T 814-2002 ????《配電自動化系統功能規范》

DL5003-2005 ?????《電力系統調度自動化設計技術規程》

DL/T5002-2005 ???《地區電網調度自動化設計技術規程》

GB/T13730-2002 ??《地區電網調度自動化系統》

GB/T 50063-2008 ??《電力裝置的電測量儀表裝置設計規范》

《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》

GB50396 ?????????《出入口控制系統工程設計規范》

GB50395 ?????????《視頻安防監控系統工程設計規范》

GBZ/T20520 ??????《密閉空間作業職業危害防護規范》

GA/T75-94 《安全防范工程的程序與要求》

ONC-TB201 《安全防范工程的設計、安裝與開通程序》

YD5078-98 《通訊工程電源系統防雷技術規定》

IEEE802.3 《總線局域網標準》

GBJ42-8 ???《工業企業通信設計規范》

GBJ232-82 ?《中國電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》

14050-93 ??《系統接地的形式及安全技術要求》

IEEE電氣及電子工程學會《民用建筑閉路監視電視系統工程技術規范》

GA28-92,1992-01-01《場所風險等級和安全防護級別的規定》

GYT253-88 ?《建筑電器安裝工程質量檢驗評定標準》

2.4.3系統的設計思路

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。

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。

2.4.4系統結構

環境與設備監控系統網絡采用三層網絡模型：設備層、控制層和信息層。在設備層采用工業現場總線，控制層采用工業以太網，信息層采用管廊現有的工業環網。由于控制層和信息層采用統一的網絡，將原先按功能垂直劃分的系統，變革為網狀的或矩陣結構，消除了各系統信息交換的瓶頸，形成一個貫穿整個管廊生產、運營各環節的數字神經。

信息層

采用以太網，用于全管廊的數據采集和程序維護，可接入管廊的資源管理系統，將管廊各方面的資源充分調配，平衡和控制，通過柔性的生產計劃實現全面、實時控制業務過程、信息支持決策以及支持創新體系。

信息層網絡是基于1000Mbps以太網的開放網絡技術，擁有廣泛的廠商支持。所有的網絡介質和附件（交換機、集線器、線纜、接頭、工具等）能夠從第三方購得而非廠商專有。

連接在以太網上的個人終端能夠以WEB瀏覽器的方式獲得他權限以內的數據。連接在以太網上的工程師站通過賦予一定權限后可通過網關進入控制層,對控制系統進行監控。信息管理系統能夠支持遠程登錄進行數據存取。

速度：10/100/1000Mbps自適應網絡

介質：骨干網連接必須通過交換機進行，連接介質選用光纖；各控制分站以太網設備采用五類雙絞線接入交換機。

網絡服務：系統能夠在同一介質鏈路上同時支持數據采集、編程上/下載，I/O控制等功能。

自動化控制層

主要采用工業以太網，局部根據實際情況配以現場控制網、設備網和第三方通訊技術，通過實時I/O控制、控制器互鎖和報文傳送，實現全系統的高效集成。

控制層網絡部分由PLC現場控制系統站、遠程I/O站、現場操作員站、就地和中央控制站等組成。提供實時I/O控制、數據采集和編程下載等功能。作為管廊監控的控制主干網，該主干網能在任何節點接入網絡，而不需要更改從前的站號和配置，并充分考慮了今后擴展的方便性。

開放性：控制網具有完全開放的，符合國際公認的網絡標準IEC61158，具備成熟的第三方連接能力。

實時I/O服務：對于遠程I/O數據和控制器間互鎖信息的傳輸，網絡具備高度的確定性和可重復性，網絡的刷新時間、I/O數據的傳送時間是可預知的、有保證的，系統一旦啟動，數據傳輸的性能隨網絡距離、節點數量的增刪、網絡通訊量的變化而變化；允許用戶對不同的控制設備如不同的開關量、模擬量、控制器等分別指定不同的刷新速率，滿足工藝要求。

信息傳輸服務：控制層設備提供了方便的接入端口，無論從任何一點接入，都能方便地支持編程上傳/下載、系統診斷和數據采集功能，且不需要復雜的編程或特殊的軟硬件支持，同時不影響實時信息傳輸性能。

網絡模式：控制層按照管廊監控系統及地理分布，采用復合型冗余工業ETHERNET網絡結構。

（圖略）

工作模式：支持主從、對等、多主等多種靈活的數據通訊結構。數據塊傳送和報文發送都可通過組態完成，不需額外的復雜編程。

網絡速度：1000Mbps，且速度不隨網絡長度和網絡上的站點數量變化而變化；

網絡節點數：單一網絡可提供多達254個站點的連接能力，并根據應用需要，支持靈活的網絡分段以及相應的隔離或者橋接方案；

網絡介質：可支持雙絞線和光纖連接，根據實際需要提供靈活的電纜形式，如鎧裝、地埋、高柔性等電纜形式；

本質安全：控制層網絡能夠支持本質安全的I/O，以便將遠程I/O延伸到可能的防爆區域，且同時保持通訊的一致性和高性能實時通訊。

組態：擁有現成的靈活的網絡組態工具和強大的網絡診斷功能。

冗余：系統通過環形拓撲實現控制網絡冗余連接，即控制網上任何一點的單一鏈路連接意外斷開，系統都能通過環網的反方向提供后備鏈路，保證系統可用性的同時兼顧經濟性，環網主干鏈路全部采用單模光纖，保證故障切換時間均<50ms。

設備層

采用設備網，用于底層設備的低成本、高效率信息集成，達到減小費用和方便安裝之功效。

現場設備層網絡用以連接底層現場設備，減少現場接線，提高系統信息化和智能診斷水平，符合開放網絡要求，易于安裝、實施和維護?；诂F場設備的多樣性及特點的不同，允許有多種現場設備總線，分別提供普通底層設備和過程儀表的連接能力。但是網絡的種類和層次應盡可能少，而且應當與控制層總線協議模式保持一致性，并都能夠提供現成的、成熟可靠的通訊接口，能夠通過控制層任意一點接入，實現對設備層網絡完整的組態、診斷、控制和數據采集，所有這些功能的實現應盡可能簡單、無需編程或者任何復雜的網關設備。

開放性：設備網是符合國際標準的現場總線，該總線在國內有良好的接受程度，被證實是先進的、可靠的、符合未來發展方向的主流現場總線。

拓撲：總線-分支線結構，同時支持靈活的樹型、星型、雛菊鏈等結構，最大網絡拓撲范圍500米，單個網段連接節點數可多達64個；

速度：最低網絡速度不低于125Kbps，最高可達500Kbps;

工作模式：支持主從、對等、多主等多種靈活的數據通訊結構。在報文傳輸方面，提供查詢、逢變則報、周期性發送、選通等多種靈活高效的通訊方式。

供電：采用總線供電方式，所有通訊接口模塊無需額外的電源。采用+24V直流供電方式，電源的分布根據網絡具體情況可以靈活布置。

2.4.5系統功能介紹

ACU主控制管理工作站負責對分站ACU系統的維護和管理，接收綜合管廊內H2S、CH4、O2、溫度和濕度檢測儀檢測數據，以及紅外對射器、電力檢測儀和電力漏電火災報警器的數據，生成控制指令，并提供人工操作界面。系統有四種控制方式：

(1) 就地控制

(2) 遠程集中控制(調度員控制每個設備解鎖單獨開停)

(3) 按程序流程自動控制(調度員發出啟動命令，或各流程上的設備按照啟動條件自動啟動，按流程閉鎖關系自動閉鎖停止設備)

(4) 檢修試驗控制

四種控制方式之間有嚴密的閉鎖關系

日常每天計劃內排風由人機界面設定，并定時執行排風計劃，同時聯動誘導風機。

運維人員進入管廊，可安排臨時排風計劃,啟動排風機并聯動誘導風機，確保廊內空氣質量

當水位超過設定的警戒高度，水泵電控箱聯動排污泵排水，監控系統進行遠程污水井液位監測，并可遠程強制開啟。

環境聯動：當O2<19，溫度>39，濕度>90，H2S>10mg/m3，CH4>0.1%時，啟動風機。

實時檢測環境參數、設備（包括風機、水泵）運行參數、紅外對射防入侵監測系統以及供電監測系統：

檢測的電氣參數：分區配電箱內如變壓器溫度、配電的電壓、電流、頻率、功率因素、有/無功電量等電力參數等。

監控組態軟件選用國內或國際知名公司產品，產品需定位于國內高端HMI/SCADA自動化市場及應用，是企業信息化的有力數據處理平臺。需要歷經多年多行業的開發和深入的行業應用，在樓宇IBMS及管廊系統等行業有應用事例，具備大量的行業圖形控制組件，適合專業行業自動化軟件工程的快速構建，HMI界面可以滿足各個行業特殊的需要。

互聯網時代的驕傲提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監控工業現場的解決方案；支持通過PDA掌上終端在Internet實時監控現場的生產數據，支持通過移動GPRS、CDMA、GSM網絡與控制設備或其它遠程節點通訊；面向國際化的設計，同步推出英文版和繁體版，保證對多國語言版的快速支持與服務；軟件內嵌分布式實時數據庫，數據庫具備良好的開放性和互連功能，可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進行基于XML?、OPC、ODBC、OLE?DB等接口方式進行互連，保證生產數據實時地傳送到以上系統內。

強大的移動網絡支持通過移動GPRS、CDMA網絡與控制設備或其它遠程節點通訊,移動數據服務器與設備的通訊為并發處理、完全透明的解決方案，消除了一般軟件采用虛擬串口方式造成數據傳輸不穩定的隱患，有效的流量控制機制保證了遠程應用中節省通訊費用。

完整的網絡冗余及軟件容錯解決方案作為大型SCADA、DCS軟件，軟件需支持控制設備冗余、控制網絡冗余、監控服務器（雙機）冗余、監控網絡冗余、監控客戶端冗余等多種系統冗余方式。軟件支持控制設備冗余如SIEMENS公司的S7-1500H,GE的GE9070系列PLC的冗余模式，支持普通的232、485、以太網等控制網絡的冗余，支持控制硬件的軟冗余切換和硬冗余切換。

穩定的通訊處理是一個完全集成的工業控制軟件產品，完全兼容微軟的32/64位Windows?XP、Windows?7及Windows?Server?2008操作系統，通過提供可靠、靈活、高性能的監控系統平臺,極大地提升了客戶的投資回報率。通過其提供的簡單易用的配置工具和強大的功能使您能夠針對各種規模的應用進行快速開發并部署。支持通過RS232、RS422、RS485、電臺、電話輪循撥號、以太網、移動GPRS、CDMA、GSM網絡等方式和設備進行通訊。支持離線診斷，在開發環境下可以診斷是否正常通訊。支持不同協議的設備在一條通訊鏈路進行通訊。支持在大型SCADA系統中的遠程通道冗余通訊。

支持主流的DCS、PLC、DDC、現場總線、智能儀表等3000個以上的IO設備的通訊驅動程序，支持通過RS232\RS422\RS485、電臺、電話輪巡撥號、以太網、移動GPRS、CDMA、GSM、Zigbee網絡等方式與遠程現場設備進行通訊，支持與國內外主流的PLC、SCADA軟硬件、DCS、PAC、IPC等設備通信與聯網。監控組態軟件ForceControl?V6.1在6.1版本基礎上對IO通訊驅動庫進一步進行了豐富，新增了諸多工業市場上當前流行的設備，比如：ABB的AC500、西門子S7-1200系列以太網驅動、菲尼克斯ILC300\RFC400系列PLC通訊驅動、貝加萊X20系列PLC通訊驅動、GE?PACSystems?RX7i和RX3i系列以太網通訊驅動、BACNet/IP驅動。以及針對使用MODBUS協議的PLC開發的專有驅動，包括：ABB的AC500、施耐德Modicon系列支持M218\M238\M258、和利時LK\LM系列等。4.3.4??豐富的圖形處理能力方便、靈活的開發環境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態開發的工作量；強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，恢復功能；支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；強大的ActiveX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調用對象的方法、屬性；全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板，報表文件格式兼容Excel工作表文件，支持圖表顯示自動刷新，可輸出多種文件格式：?Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。

優秀的交互式容器監控組態軟提供多個數據接口及強大的交互式容器，可以很好的和第三方軟件結合。數據庫開放了C、C++、COM、OPC、ODBC、OLEDB等主流數據交互接口，使用戶可以進行相應的系統擴展來滿足不同的需求。軟件自身就是一個標準ActiveX控件的容器，可以在軟件中使用一個或多個ActiveX控件。軟件與.NET技術可無縫集成，用戶可以用WinForm窗體技術或WPF技術，方便設計出炫麗的應用組件，添加到軟件中。對于邏輯簡單而界面效果要求較高的程序，.NET在開發上更簡單高效，演示效果更加炫麗。

優化的組件通訊機制監控組態軟件新增多個后臺組件，如報警中心、歷史數據中心專門用來處理系統中的報警和歷史數據。以前組件需要直接向實時數據庫請求報警數據和歷史數據，增加了實時庫的通訊壓力，現在通過復合組件與后臺的綁定，后臺統一處理這些請求，明顯降低了實時庫的負荷，增強了處理實時數據的性能。并且，通過這種機制的優化，增加了軟件開發的靈活性，針對行業客戶某些定制化的需求，提供了一條新的解決路徑。

圖表曲線功能提供了實時趨勢、歷史趨勢、x-y曲線、歷史報表、萬能報表、內置數據表等豐富的圖表功能，方便進行實時數據及歷史數據的曲線顯示、靈活的數據報表定義和輸出，方便班組統計、成本核算等的管理。

簡單、方便快速的報表生成工具，能進行日報、月報、季報、年報的生成，對數據存儲的時間范圍、間隔、起始時間可進行任意指定，并可以根據存儲的時間進行歷史數據查詢。簡單、方便快速的報表生成工具，能進行日報、月報、季報、年報的生成，對數據存儲的時間范圍、間隔、起始時間可進行任意指定，并可以根據存儲的時間進行歷史數據查詢。強大的多媒體支持，播放各種格式的視頻、音頻文件，如Flash、幻燈片等，可以有效的集成視頻監控。

報警與事件系統提供多種報警檢查方式，支持傳統的聲光報警、語音文件報警，支持操作人員報警確認管理機制，使您輕松構建報警系統。支持電話語音報警、E-mail通知方式報警，支持GSM方式短信報警，生產出現問題的時候，通過移動網絡可以將報警信息及時的發送到管理者的手機上。軟件在運行時自動記錄系統狀態變化、操作過程等重要事件，一旦發生事故，可就此作為分析事故原因的依據，為實現事故追憶，提供基礎資料；操作人員可以根據生產需要將生產重要畫面、曲線實時抓拍并存放到本地保存；報警和事件記錄可以存放關系型數據庫中，便于分析、查詢和統計；支持內部自診斷，對IO通訊故障、網絡通訊故障都可以進行報警提示；

  1. 系統對電力隧道內有害氣體、空氣含氧量、溫濕度、風機、照明、水泵、井蓋等環境參量進行監控，有效實時的監測隧道內情況。
  2. 系統實時監測隧道內的氧氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等氣體含量，當氣體含量超過一定標準時，系統立即報警，并可在自動模式下聯動相應區域風機進行強制換氣。
  3. 系統實時監測隧道集水井水位超限信號，并根據水位超限信息進行水泵控制操作，即當水位超過設定標準時立刻啟動或者停止水泵。
  4. 系統實時監測管廊內水管上電動閥，根據水管的水流量情況以及是否漏水情況，控制電動閥，保證水管內水流量的充足，同時也能根據水管漏水情況對電動閥進行調節。
  5. 系統具備環境參量超標自動告警功能，并通過監控平臺以圖形、語音、短信等方式進行報警與通知相關人員。
  6. 隧道環境監測系統檢測到氣體、濕度異常報警等時，可聯動相關區段的風機進行強制換氣。

當工作員站（集中監控平臺）接收到非法入侵報警或者其他監測系統報警，需要輔助攝像頭做現場確認時，可遠程開啟管廊現場照明設備。

1)水位監測

水位傳感器體積小，反應靈敏，安裝方便?？梢詫崟r監控積水井內液位情況。測得的液位數據可經ACU上傳至綜合監控平臺，實現集中管控。

配置原則：管廊內有水管一側倉內，每個監控區內地勢最低的兩點（一般在集水坑處）各安裝一個水位傳感器。

2)溫濕度監測

在密閉管廊內氣體濕度過高會導致非金屬材料霉變老化、金屬材料銹蝕等，極大縮短設備、電纜使用壽命，造成安全隱患。

安裝在管廊現場的濕度檢測儀實時感知現場空氣濕度信息，并通過屏蔽控制電纜接入當前區間ACU，傳輸至控制中心的綜合監控平臺。

????配置原則：每個區段內通風最不利的地方（一般為通風口與投料口的中間點位置，具體也可視現場實際情況做調整）配置一套濕度檢測儀。

溫濕度監測儀技術要求（表略）

3)氣體監測

封閉管廊內由于空氣流通性差，常出現氧氣含量過低，有害、可燃氣體含量過高等情況。運維人員貿然進入容易因缺氧暈厥或有害氣體中毒，對人員安全造成很大威脅?？扇細怏w含量過高會導致火災、爆炸事故。

此項目中對氧氣含量、一氧化碳、甲烷、硫化氫含量等進行監測?，F場傳感器將實時監測到的氣體含量信息通過屏蔽控制電纜接入當前區間ACU，傳輸至控制中心的綜合監控平臺。

配置原則：每個監控區段內通風最不利的地方（一般為通風口與投料口的中間點位置，具體也可視現場實際情況做調整）配置一套氣體傳感器。

安裝位置指導要求（圖略）

4)水泵控制

電力隧道綜合監控平臺軟件可通過以太環網系統控制現場水泵開啟、關閉?？刂菩盘栍涩F場ACU輸出。當水位傳感器檢測到積水坑內積水位太高，發出異常，綜合監控平臺軟件會自動控制開啟排水泵，排出過多積水；水位降低至某一設定的允許值之后，綜合監控平臺軟件自動控制關閉排水泵，停止排水作業。

5)風機控制

當環境監測系統檢測到氣體、濕度異常報警等時，可聯動相關區段的風機進行強制換氣。當火災報警系統發出火情警報時，可聯動確保相關區段的風機關閉。此外還可根據GB50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》中對通風系統的要求：“正常通風換氣次數不應小于2次/h，事故通風換氣次數不應小于6次/h”，在綜合監控軟件中提前設置好開啟、關閉風機的程序，實現系統定時自動進行隧道換氣。

6)照明控制

綜合管廊綜合監控平臺軟件通過以太環網系統控制管廊現場的照明設備啟閉。當工作員站（集中監控平臺）接收到非法入侵報警或者其他監測系統報警，需要輔助攝像頭做現場確認時，遠程開啟管廊現場照明設備，控制信號由當前區段ACU輸出。

7)設備控制說明

設備控制主要包括隧道現場防火門、風機、排水泵、照明等設備的控制，隧道現場相應設備配有各自的控制設備，系統能通過現場區域控制單元對控制設備發出相應控制信號，控制信號可以是RS485總線的MODBUS協議信號或者干接點信號。

8)氣體傳感器技術參數

（表略）

9)電力監測

綜合管廊的消防設備、監控與報警設備、應急照明設備應按現行國家標準

《供配電系統設計規范》GB50052 規定的二級負荷供電。

天然氣管道艙的監控與報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機應按二級負荷供電，且宜采用兩回線路供電；當采用兩回線路供電有困難時，應另設置備用電源。

其余用電設備可按三級負荷供電。

綜合管廊內針對供電系統的監控，一般通過RS485通信方式，并遵從IEC870-5-103通信規約，以信號總線方式將高壓配電柜中智能中繼保護模塊和低壓智能測控模塊連接成電力監控現場網絡，對電力系統進行遙控、遙信和遙測功能，能對全管廊實現電力調度自動化。

供配電系統的監測應符合下列規定：

（1） 應對變電所、配電單元的進線開關、主要饋線開關的狀態、故障跳閘報警信號進行監測；

（2） 宜對變電所、配電單元的進線電量和失壓、過電壓、過電流報警信號進行監測；

（3） 宜對變壓器的運行狀態和高溫報警信號進行監測；

（4） 應對EPS、UPS運行狀態及故障報警信號進行監測。

2.4.6系統配置說明

PLC主控制管理工作站負責對分站PLC系統的維護和管理，接收綜合管廊內H2S、CH4、O2、溫度和濕度檢測儀檢測數據，生成控制指令，并提供人工操作界面。每個分區設置1套PLC控制器（安裝于PLC控制箱內，詳見視頻監控與入侵報警系統平面圖），利用1000M工業級以太網絡為傳輸平臺，PLC控制器通過RJ45口就近接入同分區內的設備控制以太網絡環網交換機。各分區PLC控制負責接收H2S、CH4、O2、溫度和濕度檢測儀、風機污水泵電控箱及污水井液位數據，負責各分區風機、水泵的控制。H2S、O2、溫度和濕度檢測儀輸出信號為4～20mA,采用ZR-RVV-2X1.5mm2電纜接入同分區內PLC，CH4信號通過可燃氣體報警主機接入PLC，供電電纜采用ZR-RVV-2X1.5mm2，從同分區內PLC控制箱內取電。H2S、CH4、濕度檢測儀器安裝位置距離出風口10米左右，距離投料口20米左右，彼此安裝間距為0.2米，溝內吸頂安裝；O2離地1.6~1.8米安裝。

對綜合管廊內環境參數進行監測與報警。環境參數檢測內容應符合表3.1-1的規定，含有兩類及以上管線的艙室，應按較高要求的管線設置。氣體報警設定值應符合國家現行標準《密閉空間作業職業危害防護規范》GBZ/T20520的有關規定。

H2S、CH4、O2、溫度和濕度檢測儀應設置在管廊內人員出入口和通風口處。表3.1-2環境參數200米檢測內容中數量為2個的檢測儀均為出入口處安裝；水位檢測儀安裝在相應的集水坑內；燃氣艙內H2S和O2檢測儀除了出入口處各安裝1個外，還有1個安裝在分區中間通風口處，CH4檢測儀3個安裝在出入口和中間通風口，剩余2個安裝在通風口和出入口之間。

應對通風設備、排水泵、電氣設備等進行狀態監測和控制；設備控制方式宜采用就地手動、就地自動和遠程控制。

每個200米防火分區的點位預統計為（表略）

PLC應采用應采用先進、可靠、穩定的國際知名產品，例如西門子、歐姆龍、AB、ABB等國內應用較多的知名廠家，PLC的所有模塊的平均無故障時間（MTBF）均應達到或超過20萬小時，PLC站（包括遠程I/O站或分布式I/O站），要求I/O模塊、通訊模塊等均應與CPU模塊是同一系列的產品，并嚴格保持同等的規格等級和尺寸大小。

工作溫度：0~60°C

儲存溫度：-40~85°C

使用環境濕度：5~95%無凝露

抗振動：5 g @ 10~500 Hz

主站PLC為大型控制系統，掃描速度0.03us/字節，支持熱插拔，單處理器I/O能力為256000點數字量、8000點模擬量，背板采用Producer/ Consumer通訊技術，具有TUV的SIL2的安全等級認證。

主從站CPU應提供充足的內存以滿足應用本身和未來擴充的需要，CPU內置的用戶內存應不小于2兆（不包含擴展內存），并提供不小于1GB的閃存。程序區和用戶數據區采用完全的自動內存分配機制，也可由開發人員任意分配系統內存，分別用于系統運行，存儲應用邏輯程序和存儲工程應用文件；

控制系統通訊模塊、特殊模塊等均應與CPU模塊嚴格保持同等的檔次、尺寸及設計規格等，是同一系列的產品。

控制系統必須能夠提供包括梯形圖、功能圖塊、順序功能圖和結構化文本等在內的符合IEC61131-3標準的靈活的編程語言支持。

控制器應為基于變量或標簽（Tag）的控制器，數據的標記和引用方式應該是具有自說明性質的標簽。要求程序下載過程中標簽本身的信息不能丟失，從而保證用戶程序良好的可讀性和可維護性。

控制系統支持快速內存升級技術，處理器、I/O模塊、網絡模塊都應能夠在現場通過軟件升級至最新版本；

系統沒有定時器和計數器的數量限制，也沒有PID回路數的限制。

控制系統處理器和輸入輸出模塊應是完全的軟件可配置，包括模塊信息刷新時間、模擬量工程標定、上下限報警、斜率限制等；

環境條件：

工作溫度 ?0℃到60℃

儲存溫度 ?-40℃到85℃

相對濕度 ?5% 至 95%(無冷凝)

沖擊：11ms,15G

振動：10 至 500Hz 2g峰值加速度

控制系統電源要求：工作電壓：85～265VAC/47～63HZ；或18~32VDC

控制系統電源要求：

工作電壓：85～265VAC；

頻率范圍：47～63HZ；

工作溫度：0～60攝氏度；

保存溫度：－40～85攝氏度；

相對濕度：5～95％；

控制系統系統安全

為保證整個控制系統系統的安全，控制系統應滿足以下安全方面的考慮：

1) 密碼保護

2) 程序文件/數據表保護

3) 存儲器數據文件覆蓋/比較/改寫保護

4) 強制保護

5) 鑰匙開關

電源模塊

工作電壓：85～265VAC；

頻率范圍：47～63HZ；

工作溫度：0～60攝氏度；

保存溫度：－40～85攝氏度；

相對濕度：5～95％；

開關量輸入模塊

故障報告和現場級的診斷檢測；

完全軟件可配置；

模塊密度不超過32點；

故障鎖定功能；

認證 Class I/Division 2, UL, C-Tick,EC ATEX ；

環境條件：

工作溫度：0 to 60°C (-4 to 131°F)

儲存溫度：-40 to 85°C (-40 to 185°F)

相對濕度：5 to 95% 無冷凝

開關量輸出模塊

點級的故障報告和現場級的診斷檢測；

完全軟件可配置；

模塊密度不超過32點；

故障鎖定功能；

故障時標功能；

在編程和模塊故障時軟件可設定模塊輸出狀態；

認證 Class I/Division 2, UL, C-Tick,EC ATEX ；

環境條件：

工作溫度：0 to 60°C (-4 to 131°F)

儲存溫度：-40 to 85°C (-40 to 185°F)

相對濕度：5 to 95% 無冷凝

模擬量輸入模塊

定標、報警完全軟件可配置；

模塊分辨率：12位；

模塊密度不超過8個通道

故障鎖定功能；

開路檢測功能；

輸入過載保護功能；

認證 Class I/Division 2, UL, C-Tick,EC ATEX ；

環境條件：

工作溫度：0 to 60°C (-4 to 131°F)

儲存溫度：-40 to 85°C (-40 to 185°F)

相對濕度：5 to 95% 無冷凝

模擬量輸出模塊

定標、報警完全軟件可配置；

模塊密度不超過4點；

模塊分辨率：12~16位；

故障鎖定功能；

輸出過載保護功能；

輸出短路保護功能；

認證 Class I/Division 2, UL, C-Tick,EC ATEX ；

環境條件：

工作溫度：0 to 60°C (-4 to 131°F)

儲存溫度：-40 to 85°C (-40 to 185°F)

相對濕度：5 to 95% 無冷凝

串行通信模塊

端口類型：RS232/422/485

速率：110—115.2 Kbps

通訊協議：可支持Modbus RTU/ASCII 主從站模式

控制字：超過496個字的輸入輸出

2.4.7系統數據庫設計

支持PostgreSQL 9.2以上，可支持Mysql5.1以上、Oracle11g以上、SQL Server 2008。

2.4.8系統接口設計

標準化

l支持GB/T 28181-2011設備接入。

l支持基于國標（GB/T 28181-2011）和省標（DB33/T 629-2011）協議的平臺級聯。

l支持標準RTSP協議。

l支持SNMP協議的網管采集。

技術兼容

l接口后向兼容：PLC監控系統平臺接口提供四個版本的后向兼容。

l操作系統兼容性，兼容Windows Server 2008 R2 SP1 / Windows Server 2012 R2 / CentOS 6.2。

l應用服務器兼容：兼容Tomcat6以上。

l瀏覽器兼容：支持IE8，可支持IE6、IE11。

l設備接入兼容：兼容SDK、國標、e家、Onvif、PSIA等協議。

l視頻傳輸服務兼容支持第三方標準的RTSP協議。

l視頻傳輸管理服務兼容支持提供RTP、PS、國標封裝或者原始封裝的碼流。

2.4.9系統清單

（表略）

未完待續。。。。

有正公司為客戶提供地下綜合管廊BIM咨詢服務，綜合管廊監控系統、管廊運維管理平臺。歡迎致電400-029-3382咨詢

 

 

有正智慧管廊設計方案實例（2）

在 上張貼 由 hdm153886631

第2章?全段管廊各系統設計方案

2.1項目概況

略

從系統層次上分為控制中心和綜合管廊兩部分。

控制中心

控制中心的千兆工業以太網交換機通過單模光纖與管廊現場區域控制單元（ACU）組成千兆以太環網?？刂浦行脑O置大屏顯示系統，集中顯示管廊監控信息?？刂浦行牟俦O控平臺通過以太網絡與管廊內現場的區域控制單元（ACU）通訊，獲取現場各設備的狀態、儀表檢測數據的實時數據，必要時報警；同時，監控平臺還向現場設備發出控制命令，啟、停相關設備。

綜合管廊

管廊現場配置監控系統終端設備如監控攝像機、IP電話、通風機、排水泵、井蓋、氣體傳感器、紅外對射設備、消防報警設備等，通過現場ACU實現各種監控設備的集成、監控數據采集以及監控設備控制等。

?

2.2系統組成

（圖略）

  • 綜合信息管理平臺

研發定制的綜合管廊在線綜合信息管理平臺完全基于專業全面的智慧市政體系結構進行系統的架構和設計，系統以高度的開放性各類設備的物聯互通和跨系統、跨平臺的數據共享。

  • 管廊環境與設備監測系統

管廊內的區域控制單元（ACU）需采集管廊區間投料口及廊道的視頻影像、通風機運行工況、水泵運行工況、各種采集器的實時數據等，送至綜合管廊在線監控平臺軟件進行集中分析、管理、存儲與展示。管廊區域控制單元（ACU）還可接收綜合管廊在線監控平臺軟件或者相關報警控制設備所發來的控制指令，并根據指令要求控制管廊現場的風機、照明、井蓋、水泵等設備。

  • 視頻監控系統

在管廊重要部位及出入口處安裝視頻監控攝像機，全面覆蓋附近所有敏感區域，保證監控中心24小時處于監控狀態。

  • 應急通信系統

應急通信系統通過以太網可實現各電話（含控制中心處電話機管廊現場電話）之間的相互呼叫。

  • 人員定位系統

采用超高頻RFID射頻識別技術、計算機處理技術、互聯網通信技術等信息化技術，對人員相關的位置追溯、歷史行走軌跡查詢、巡檢計劃制訂與執行。

  • 地基自動化沉降在線監測系統

基于房屋周邊城市建設比較多，這些基建以及重型設備對地基房屋造成一定的影響，使地基發生不同程度的沉降、錯位等問題，為了防范于未然，使地基的損傷不超過臨界值，我們要時時對地基的沉降、錯位情況有詳細的了解，以便于日常的維護。

  • 紅外對射防入侵監測系統

紅外對射防入侵系統主要是對非法進出入隧道的人員進行監視和管理，目的在于防止非法入侵。如遇非法入侵能夠自動報警。配以視頻監控能實時而直觀的觀察和記錄現場的實際情況。

  • 電子巡查系統

電子巡查系統是對管廊現場巡查行為進行記錄并進行監管和考核的系統，是安防系統的重要組成部分，能有效地對管理維護人員的巡邏工作進行管理。

  • 出入口門禁系統

通過門禁控制，對監控中心、管廊艙室和管廊出入口等處實施出入管理，強化管廊安全防范功能。

  • 電子井蓋系統

通過無線云傳感網通訊系統平臺實現城市井蓋的實時監測與管理。該系統能夠穩定、可靠地監測城市井蓋的狀態（異常開啟、維修管理、異常閉合）。

 

2.3計算機網絡系統

2.3.1系統目標

所有設備務必是全連接網絡，按照安全、可靠、可運營、可擴展的原則，建設一套易于管理維護、滿足工業標準應用、技術領先的網絡系統。

 

2.3.2系統的設計原則與依據

  • 支持11a/n/ac和802.11b/g/n標準（wlan）；
  • 支持IETF 5415 CAPWAP協議（wlan）；
  • 防護等級≥IP67（wlan、路由器）；
  • 支持靜態路由，RIP-1/RIP-2，OSPF，BGP，IS-IS，路由策略、策略路由；
  • 支持IETF標準TRILL協議、VxLan協議；

2.3.3系統的設計思路

整體網絡本著以下原則進行建設：

1）先進性：采用先進的系統架構設計理念和解決方案，充分考慮未來業務的發展，系統設計和產品選擇要具有前瞻性，以適應科學決策和業務發展的需求，同時也是保護投資的重要措施。

2）標準性：系統設計時，所采用的技術手段必須遵循業界標準，特別是要提供標準接口，使系統具有較高的靈活性，方便擴展及與已有的系統互聯；同時，標準性也為今后的升級或引進新技術提供了保障。

  • 可擴展性：網絡將來覆蓋延伸方便，擴展成本小，后期新增設備可隨時、簡便的接入，新業務新用戶接入對整體網絡影響小。
  • 開放性：系統設計時，考慮提供豐富的二次開發接口，通過應用定制，其他外圍系統可通過二次開發包方便的調用平臺視頻資源，與平臺軟硬件設備實時交互，實現豐富的系統集成功能。

5）可靠性與安全性：建立完善、可靠的數據傳輸，系統多級訪問權限，備份與恢復機制，保證7*24小時穩定運行，達到高可用的要求。

2.3.4系統結構

（圖略）

1）出口層，主要用于實現管廊IT核心機房與政務網、互聯網的連通性和加強管廊內部IT系統的安全性。

2）核心層，用于數據中心、出口層、匯聚層設備的核心交換，支持數據中心常用的虛擬化、數據漂移的特性，能夠實現未來雙活數據中心。數據中心，用于管廊服務器、存儲等業務的數據交換，并且提供雙萬兆鏈路到核心，以供用戶訪問。網絡管理區，用于網管軟件的使用，不光要管理傳統的網絡設備，而且應該能夠管理服務器、存儲等IT設備。無線控制器，用于管理接入層的無線AP，實現AP的漫游，保證跨AP訪問時，不需要重新進行連接。

3）匯聚層，用于匯聚接入層上聯的業務，由于部署位置還是在管廊里，因此匯聚層設備應是工業級的交換機。

4）接入層，用于終端層設備的接入，如：監控攝像頭、物聯網終端等。由于部署位置還是在管廊里，因此匯聚層設備應是工業級的交換機。

5）終端層，用于此次管廊建設的監控、探測等終端儀器。

2.3.5系統功能介紹

下面是對各個層次網絡設備介紹。

2.3.5.1出口層介紹

管廊的內部網絡外聯互聯網和政務網，有以下幾個特點：

1）容易成為DDoS攻擊的目標，而且一旦攻擊成功，業務損失巨大。

2）對設備可靠性要求較高，需要邊界設備支持持續大流量運行，即使設備故障也不能影響網絡運轉。

基于以上特征，此次提供的防火墻提供如下功能：

  • 將終端層、數據中心、網絡管理區劃分到不同安全區域，對安全區域間的流量進行檢測和保護。
  • 根據對外提供的網絡服務的類型開啟相應的內容安全防護功能。文件服務器開啟文件過濾和數據過濾，針對郵件服務器開啟郵件過濾，并且針對所有服務器開啟反病毒和入侵防御。
  • 外網訪問建立VPN隧道，使用VPN保護公司業務數據，使其在Internet上安全傳輸。
  • 開啟DDoS防御功能，抵抗外網主機對內網服務器進行的大流量攻擊，保證企業業務的正常開展。
  • 對內外網之間的流量部署帶寬策略，控制流量帶寬和連接數，避免網絡擁塞，同時也可輔助進行DDoS攻擊的防御

6）采用雙機熱備部署，提高系統可靠性。單機故障時可以將業務流量從主機平滑切換至備機上運行，保證業務持續無間斷的運行。

2.3.5.2核心層介紹

核心層用于數據中心、管廊終端數據接入轉發的核心區域，外聯互聯網和政務網，實現網絡管理、無線控制等功能，設計應遵從以下幾點：

1）網絡架構無阻塞，適應橫向流量不斷增加場景。

傳統網絡的數據流量基本上都是縱向的，橫向的流量很少，很少存在多打一的流量場景，設備緩存小且無法根據流量動態分配，云數據中心服務器之間業務是全互聯的，任何兩個服務器節點之間都有可能建立連接并產生業務交互，這就要求在網絡帶寬規劃時，需要做到轉發性能的位置無關性，也就是通常所說的無阻塞，這就要求設備支持大緩存并且能在不同端口之間動態調度，低時延，組網上收斂比盡可能小。

2）動態打通二層網絡，網絡策略跟隨虛擬機一起遷移。

傳統方案在虛擬機遷移后，需要人工重新配置新虛擬機的IP和MAC，這會導致業務中斷，給用戶帶來巨大影響。分布式數據中心要求虛擬機在跨數據中心遷移前，能夠動態配置網絡；虛擬機遷移后，網絡能夠感知虛擬機新的位置，并自動生成拓撲。這就要求網絡支持大二層，即虛擬即遷移的過程中保證VLAN不變，IP不變，并且相應的ACL,QOS等網絡策略也跟隨一起動態遷移。

3）核心層實現無線控制器與接入層的無線AP的管理功能，網管對各個網絡子系統（數據中心、匯聚層、接入層、出口層）的管理。

2.3.5.3匯聚層介紹

此次網絡建設由于中心機房的光纖數量不夠，無法全部將接入層設備通過光纖直接連核心，因此在管廊內增加一個匯聚層，對通過接入層的設備千兆上聯進行匯聚，然后萬兆回傳到中心機房。

大致按照每兩公里部署一組匯聚，共需要5套匯聚，使用雙節點，共需要10臺匯聚，每臺匯聚下聯11臺接入層設備。

具備以下幾個特點：

  • 滿足工業級的防爆標準，普通交換機無法滿足需求。

2）由于存在多個接入層設備上聯情況，需要接入層設備具備多端口的接入能力和相對于接入層設備更大的處理能力。

2.3.5.4接入層介紹

管廊建設的終端層完成兩個功能：一個是監控、管廊檢測數據的回傳，一個是wifi的覆蓋。每200米部署一套工業交換機和一個室外型AP，滿足每套管廊的數據回傳的需求。

應具備以下幾個特點：

  • 滿足工業級的防爆標準，普通交換機無法滿足需求。

2）由于存在多個終端層設備上聯情況，需要接入層設備具備多端口的接入能力。

3）管廊內部wifi數據通道打通

 

2.3.6系統配置說明

2.3.6.1出口層

出口層應部署防火墻，上聯互聯網、政務網采用單模光纖，需要配置如下：

（表略）

2.3.6.2核心層

    • 核心層部署的數據中心交換機，應支持clos架構、信元交換，提高交換網板的效率，支持VxLan、Trill等大二層協議，能夠平滑實現數據遷移。
    • 核心層部署的TOR接入交換機分為兩種，一種是千兆TOR交換機，一種是萬兆TOR交換機，用于接入GE/10GE端口服務器及存儲。
    • 核心層部署的網管，應能管理機房和此次所用的網絡設備包括交換機、路由器和無線AP等。
    • 核心層部署的無線控制器，應能管理所有的管廊里的無線AP，實現無線漫游。

（表略）

2.3.6.3匯聚層

此次匯聚選擇的路由器，滿足工業級交換機的惡劣的環境使用標準，并且提供了高密端口匯聚功能。

（表略）

2.3.6.4接入層

接入層設備選擇路由器，滿足工業級交換機的惡劣的環境使用標準，并且提供了高密端口接入功能。

接入層設備選擇的AP，應滿足工業級的惡劣的環境使用標準，采用全向天線連接方式，提升整體覆蓋密度。

（表略）

2.3.7系統接口設計

支持標準POE、POE++等接口

（表略）

 

未完待續。。。。

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有正智慧管廊設計方案實例（1）

在 上張貼 由 hdm153886631

第1章?系統設計思想

1.1設計需求

略

管廊按不大于200米設一個防火分區,每個分區之間設一防火隔墻,隔墻設甲級防火鋼安全門。電力、通信線纜穿防火墻處設組阻火圈,給水、熱力管道穿防火墻處應采用不燃材料封堵。

為了便于對上述綜合廊道的運行進行科學而有效地管理，增強綜合廊道的安全性和防范能力，依據可靠、先進、實用、經濟的原則，規劃設計了綜合管廊信息化管理系統。為了便于方案說明，本方案整體劃分為四大部分進行介紹：

  • 全段管廊各系統設計（所有路段包括示范段需要配套的系統）
  • 示范段擴展功能設計
  • 綜合管廊開發有限公司預規劃大樓需要配套的設施設計
  • 地下綜合管廊綜合信息管理平臺（后端應用系統）

其中XX城市地下綜合管廊開發有限公司預規劃大樓需要配套的設施設計主要包括數據中心機房建設及指揮中心建設。由于城市地下綜合管廊目前還屬于一門新生事物，全國處在積極探索階段。XX市城市地下管廊建設在結合了前期各種調研與論證基礎上，同時秉承積極探索、資金節約角度，擬定在示范段水信倉內擴展部分功能以探索新系統的使用價值，以便于今后管廊建設推廣與利用。由于項目的特殊性，整體項目按照涉及國家秘密的信息系統分級保護技術要求參照秘密級建設。

全段管廊內主要包括以下系統：

  • 計算機網絡系統
  • 環境監控系統(含溫濕度、氣體、液位傳感器以及防火門、水泵、風機和照明聯動等)
  • 視頻監控系統
  • 應急通訊系統
  • 人員定位系統
  • 地基自動化沉降在線監測系統
  • 紅外對射防入侵監測系統
  • 電子巡查系統
  • 出入口門禁系統
  • 電子井蓋系統
  • 數據存儲系統
  • 網絡信息安全系統

示范段管廊內（水信倉）主要包括以下系統：

  • 管廊機器人系統
  • 單兵巡查系統

數據中心機房主要包括以下系統：

  • 機房裝修
  • 機房空調系統
  • 機房新風系統
  • 氣體消防系統
  • 機房配電系統
  • 防雷接地系統
  • UPS不間斷電源系統
  • KVM系統
  • 機房環境監控系統
  • 機柜冷通道節能系統
  • 機房布線系統
  • 屏蔽機房系統
  • 監控中心建設及輔助用房建設

指揮中心建設主要包括以下系統：

  • 裝修裝飾工程
  • 顯示系統工程
  • 坐席工位系統
  • 會議系統

綜合信息管理平臺主要包括以下平臺

  • 管廊建設管理平臺
  • 管廊日常綜合管理平臺
  • 管廊應急指揮平臺
  • 管廊運營管理平臺
  • 信息化支撐服務平臺
  • 統一數據交換平臺
  • 地下管廊分段管理中心平臺

1.2設計目標

針對此項目的特殊要求，我司特制訂如下設計目標：

  • 監控數據集中管理

綜合管廊在線監控系統所配置的綜合監控軟件為高開放性軟件，可實現對現場所有監控數據的集中管理。系統的應用軟件按其功能和對象采用模塊化設計，各功能模塊相互獨立，新增或修改應用軟件模塊不會影響其他應用軟件和系統整體運行。綜合監控軟件內置國際通用的技術協議（IEC61850、Modbus TCP等），具有高度開放性，既可兼容第三方廠家，方便業主根據需求后續添加新型監控設備；又可方便的與上層其他綜合管理系統實現無縫對接。

  • 集中監控界面友好、真實

以管廊組態監控管理系統和360度全景監控管理系統為基礎，在監控中心監控計算機的彩色大屏幕上可以非常真實地展示管廊的整體布置平面圖、管廊內各設備的分布圖、GIS的地理坐標定位、360度全景真實圖、儀表和設備監控的實時數據、儀表和設備的報警狀態及提醒標識等，讓用戶實時把控現場真實情況。

  • 現場設備聯動控制

當現場設備運行出現異常狀況時，自動聯動管廊內輔助設備，實現智能化控制。比如，根據國標GB50838-2015要求，“應對通風設備、排水泵、電氣設備等進行狀態奸惡和控制”；“應設置防火門監控系統”等。

1.3設計原則

  • 集中監控、統一管理：所有子系統通過光纖通訊網實時的將現場監控數據傳送至綜合管廊控制中心的集中監控平臺上，實現集中監控、統一管理。
  • 可靠性：系統采用模塊化設計，在關鍵環節上具有備份設計，在關鍵的設備上能消除單點失效，能實現系統中任何單一硬、軟件故障不致引起系統功能的喪失和數據丟失。系統的應用軟件按其功能和對象采用模塊化設計，各功能模塊相互獨立，新增或修改應用軟件模塊不會影響其他應用軟件和系統整體運行。
  • 靈活性：所有子系統，可隨意裁剪，可任意擴充，軟件具有高度開放性，內置國際通用的技術協議（IEC61850、Modbus TCP等），可方便與其它系統無逢對接。
  • 系統先進性：本系統在光纖測溫系統中采用了7項專利技術，“遠程泵浦光投送”、“受激拉曼抑制”、“采用光纖同步網實現局放精確定位”等等發明或技術都屬業界重大創新，處行業領先水平。
  • 可繼續開發性：系統具有硬、軟件逐步升級擴充能力，可以擴充數據庫而不必修改軟件。當硬件擴充后，軟件的互操作性和交互環境的兼容性可使軟件資源得到充分保護。配置的軟件應能支持新開發的應用軟件，和與其他系統接口匹配。
  • 安全性：系統采用分級用戶權限控制，數據庫支持備份，配備系統防火墻，硬件架構上專網專用，安全防護等級高。
  • 方便性：全智能化監控，實時掌握管廊運行狀態，無需定期日常巡檢。
  • 降低管理成本：做到多系統的綜合監控、集中管理，提高了系統的高效性，降低系統的管理成本。

1.4設計依據

  • 城市綜合管廊工程技術規范（GB50838-2015）
  • 國家電氣設備安全技術規范（GB19577-2009）
  • 國家電網公司電力電纜運行維護與管理規范
  • 國家電網公司電纜通道管理規范
  • 國家電網公司電力電纜運行規程
  • 線型光纖感溫火災探測器（GBT 21197-2007）
  • 電力工程電纜設計規范GB50217-1994
  • 電氣和電子測量和控制儀表的安全要求(ANSI-C39.5)
  • 工業控制裝置及系統的外殼(NEMA-ICS6)
  • 爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范（GB50058）
  • 可燃性氣體探測用電氣設備（GB 20936-2009）
  • 可燃氣體探測器技術要求及試驗方法 （GB15322-1994）
  • 自動化儀表工程施工及驗收規范（GB50093-2002）
  • 自動化儀表工程施工質量驗收標準（GB50131-2007）
  • 綜合布線系統設計規范（EIA/ITA568A、ISO/IEC11801、CECS72-79 ）
  • 電氣裝置安裝工程施工及驗收規范（GA/T75-94 GBJ232-92 ）
  • 安全防范工程技術規范（GB50348-2004）
  • 安全防范工程程序與要求 （GA/T75-94）
  • 安全防范系統驗收規則（GA308-2001）
  • 火災自動報警系統設計規范（GB50116-2013）
  • 電力系統數據標記語言—E語言規范（Q/GDW 215—2008 ）
  • 電力二次系統安全防護總體方案（電監安全[2006]34號）
  • 視頻安防監控系統工程設計規范（GB 50395—2007 ）
  • 視頻安防監控系統技術要求（GA/T367-2001）
  • 視音頻編解碼標準（ITU H.264 ）
  • 防盜報警控制器通用技術條件（GB12663-2001）
  • 出入口控制系統工程設計規范（GB50396-2007）
  • 入侵報警系統工程設計規范（GB50394-2007）
  • 其它相關現行的國家和行業標準規范。

未完待續。。。。

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如何設計管廊環境與設備監控系統

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綜合管廊環境與設備監控系統，其實也是對整個綜合管廊內部環境進行全方面監控的一種設置，在這種設計當中有更多的狀態和參數，然而在設計的同時，同樣也要對多功能基站準確及時地反映相關的信息，并且他們要把這一些信息集中到一些信息平臺當中，方便值班人員從這些信息里面發現一些環境與設備問題，及時地排除故障，這樣才能夠保證綜合管廊內部的平穩運行。

其實綜合管廊環境與設備監控系統在設置的過程當中，主要由一些不同的設備組成，包括環境監控，設備監控，多功能基站，智能led顯示器等等，這些設備在組成的同時，也有著嚴格的組成標準，根據目前整個綜合管廊的環境監控的一些規范性的要求，每一個綜合管廊每隔兩百米的范圍就應該設置一些相關的逃生口，通風口，防火門以及人員的進出口等等。

在每一個防火區域當中的出入口以及通風口當中，必須要安裝一些氣體的監測器，溫度的檢測器，水位的監測器，煙霧的監測器，同時這也要實現一些自動化控制的對接，而且要檢查一下整個信號就近的附屬單元，通過以太網對整個計算機進行全方位的監控。在監控的同時，把這些監控信息全部反映在一些監控中心的控制室上，然后，上面有具體的關于整個綜合管廊內部的一些溫度的含量，包括一些濕度的含量。

一旦整個探測器在設置的過程當中探索到了一些比較危險的氣體，那么周圍的一些作業人員會在第一時間看到這些警告，然后在每個防火區都會有一些信息提示，并且這些信息提示是以報警的方式來提醒周圍的人群。

在整個綜合管廊環境與設備監控系統當中，每一個防火區域在布置一些照明系統，風機系統，排水泵，紅外線入侵這些報警裝置的過程當中，他們都會對一些數據進行有效的采集，對儀表和設備進行有關的信息采集，并且監測一些報警信號，通過多功能機載平臺統一的進行傳送，多功能平臺在接受這些命令的同時，能夠有效地對所有的信息進行反應，并且，他也能夠通過遠程控制的方式有效地來對相應的防火分區進行照明設備的控制。來對他們的開關進行分合。

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室內定位系列（一）——WiFi位置指紋

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來源：網絡

摘要

GPS難以解決室內環境下的一些定位問題，大部分室內環境下都存在WiFi，因此利用WiFi進行定位無需額外部署硬件設備，是一個非常節省成本的方法。然而WiFi并不是專門為定位而設計的，傳統的基于時間和角度的定位方法并不適用于WiFi。近十年來，在室內WiFi場景下的定位中，位置指紋法被廣泛研究和采用。本文對WiFi位置指紋法進行綜述，提出了這個領域面臨的挑戰，介紹最新的研究，以及提供一些實際的指導。

介紹

室內環境下的定位一直是一個很多問題未被解決的領域。由于信號的嚴重衰減和多徑效應，通用的室外定位設施（比如GPS）并不能在建筑物內有效地工作。定位準確性也是一個問題，GPS也許可以指出移動設備在哪一個建筑物，但是室內場景下，人們希望得到更精確的室內位置，這需要更精密的地圖信息和更高的定位精度。

我們可以在室內搭建一套完整的基礎設施用來定位，但是這樣需要很大的代價，包括定位信號占用的頻譜資源、用于感知定位信號的嵌入在移動設備中的額外硬件、安裝在固定位置的用來發送定位信號的錨節點。因此，大家傾向于使用那些已有的被廣泛部署的無線設備去實現室內定位。

基于無線信號的定位方法首先考慮的是使用WiFi（基于IEEE802.11標準的WLAN）作為基礎定位設施?，F在，包括智能手機、筆記本電腦在內的大部分移動通信設備都內嵌了WiFi模塊。實際上，WiFi已經被廣泛地在室外定位與導航中使用（通過智能手機以及被維護的wifi熱點位置與其對應的mac地址的數據庫進行查找，很多公司有維護這樣的數據庫，包括Google、Apple、Microsoft，以及Skyhook這樣的定位服務提供商等等）。其他還有一些技術，比如用藍牙、RFID、移動電話基站信號等，也可以用來實現室內定位，但是它們不像WiFi這樣到處都有，因此流行程度不如WiFi。移動電話信號并不能在所有的室內場景下都能穩定傳播，使用RFID需要額外的安裝硬件的花費，此外，基于超聲波的定位技術使用在一些實驗性的工作中，而實際利用超市波的商用設備很少，因此實際應用并不多。

WiFi廣泛使用在家庭、旅館、咖啡館、機場、商場等各類大型或小型建筑物內，這樣使得WiFi成為定位領域中一個最引人注目的無線技術。通常，一個WiFi系統由一些固定的接入點（AP）組成，它們部署在在室內一些便于安裝的位置，系統或網絡管理員通常知道這些AP的位置。能連接WiFi的移動設備（比如筆記本電腦、移動電話）相互之間可以直接或間接地（通過AP）通信，因此可以考慮在通信功能外同時實現定位功能。但是WiFi信號并不是為定位而設計的，通常是單天線、帶寬小，室內復雜的信號傳播環境使得傳統的基于到達時間/到達時間差（TOA/TDOA）的測距方法難以實現，基于到達信號角度的方法也同樣難以實現，如果在WiFi網絡中安裝能定向的天線又需要額外的花費。因此，近年來大家詳細研究的主要是位置指紋方法。

本文涉及的是在室內環境下的定位，提供一些使用WiFi的接入點和移動設備進行位置指紋法定位的指導。本文包括：WiFi位置指紋法的基本概念，WiFi如何用于定位，使用WiFi的位置指紋算法，存在的挑戰和性能方面的問題，以及WiFi位置指紋法中其他的一些事項。

位置指紋法的基本概念

“位置指紋”把實際環境中的位置和某種“指紋”聯系起來，一個位置對應一個獨特的指紋。這個指紋可以是單維或多維的，比如待定位設備在接收或者發送信息，那么指紋可以是這個信息或信號的一個特征或多個特征（最常見的是信號強度）。如果待定位設備是在發送信號，由一些固定的接收設備感知待定位設備的信號或信息然后給它定位，這種方式常常叫做遠程定位或者網絡定位。如果是待定位設備接收一些固定的發送設備的信號或信息，然后根據這些檢測到的特征來估計自身的位置，這種方式可稱為自身定位。待定位移動設備也許會把它檢測到的特征傳達給網絡中的服務器節點，服務器可以利用它所能獲得的所有信息來估計移動設備的位置（翻譯存疑…），這種方式可稱為混合定位。在所有的這些方式中，都需要把感知到的信號特征拿去匹配一個數據庫中的信號特征，這個過程可以看作一個模式識別的問題。

位置指紋由什么組成？

位置指紋可以是多種類型的，任何“位置獨特”的（對區分位置有幫助的）特征都能被用來做為一個位置指紋。比如某個位置上通信信號的多徑結構、某個位置上是否能檢測到接入點或基站、某個位置上檢測到的來自基站信號的RSS（接收信號強度）、某個位置上通信時信號的往返時間或延遲，這些都能作為一個位置指紋，或者也可以將其組合起來作為位置指紋。下面我們介紹兩種最常用的信號特征（Bahl and Padmanabhan, 2000; Pahlavan and Krishnamurthy 2002）：多徑結構、RSS。

多徑結構

載頻比較大（比如大于500Mhz）的無線電信號的傳播可以近似看作是光學射線的傳播（Pahlavan and Krishnamurthy 2002）。無線電信號傳播時，這些“射線”可以在光滑的平面（比如建筑物的墻壁、地板）上進行反射，遇到銳利的邊緣會發生衍射，遇到小型的物體（比如樹葉）會發生散射。發射源發出的無線電信號可以通過多條路徑傳播到同一位置，因此在一個位置上會接收到多條射線，每條射線有不同的能量強度和時延。時延取決于射線傳播的距離，強度取決于距離和具體的傳播情況（反射、衍射等）。每條到達接收器的射線稱為一個多徑分量，信道的多徑結構指的是這一組（多條射線）信號強度和時延。多徑結構也稱作功率時延分布，圖1是一個典型的功率時延分布的例子，其中，有6個有效的多徑分量，功率和時延分別為???

，???，???，???，???，???和???，???，???，???，???，???。

圖1 功率時延分布

如果信號的帶寬足夠大（比如使用直接序列擴頻技術或者超寬帶技術），那么在接收器上可以分解和處理各個多徑分量。某個位置上得到的多徑結構取決于實際的環境，是獨特的，能夠被用來作為位置指紋。Ahonen and Eskelinen (2003）提出了這種方法定位3G UMTS網絡中的手機，他們的研究結果指出，使用這樣的多徑結構作為位置指紋可以達到67%的情況下25m以內的定位精度，以及95%的情況下188m的定位精度，這樣的定位性能滿足了FCC的關于手機定位的E-911要求。

接收信號強度（RSS）

信號的RSS或者接收功率取決于接收器的位置。RSS的獲取很簡單，因為它是大多數無線通信設備正常運行中所必需的。很多通信系統需要RSS信息用來感知鏈路的質量，實現切換，適應傳輸速率等功能。RSS不受信號帶寬的影響，沒必要高的帶寬（大多數通信方式的信號帶寬都比較窄），因此RSS是一個很受歡迎的信號特征，并廣泛應用于定位中。

假設有一個固定的信號發射源，在離它不同距離的位置上的平均RSS的衰減（in db）和距離的對數成正比，在最簡單的情況下，RSS可以表示為：

?????

其中，?稱為路徑損耗指數，???為發送功率，?

是一個取決于環境和頻率的常數。RSS可以被用來計算移動設備與AP（或基站）之間的距離，那么這個提取出來的距離是否可以用來做移動設備的三邊角測量從而定位呢，可以，但是定位誤差可能會很大，因為RSS的變動范圍可能會很大（注意上面的公式中RSS指的是某個距離的可能RSS的平均），這是由實際環境的影響造成的（稱為陰影衰落）。因此這種基于RSS測距的三邊角方法并不是一個好的解決方案。

然而，如果一個移動設備能接收到來自多個發射源的信號，或者固定的多個基站都能感知到同一個移動設備，那么我們也許可以使用來自多個發射源或者多個接收器的RSS組成一個RSS向量，作為和位置相聯系的指紋。這個就是本文描述的典型的WiFi位置指紋。大多數WiFi的網卡可以測得來自多個AP的RSS（可能是依次測量）?，F在在大多數室內場景，移動設備常?？梢詸z測到多個AP，因此使用來自多個AP的RSS作為位置指紋是有意義的，后文以此方法為基礎。

注意到RSS本身就是在一段時間內計算或測得的，因此只采集一個RSS樣本是不合理的。在WiFi網絡中，AP常常要發送一個beacon幀，包含了一些網絡信息、服務組ID（無線網絡的名字）、支持的傳輸速率，以及一些其它的系統信息。這個beacon幀是用在WiFi中的很多的控制幀之一，它大約100ms發送一次，RSS通常是使用這個beacon幀來測量的。beacon幀是未加密的，所以即使是一個封閉的網絡（移動設備未能連接上）也能用來定位。beacon幀接近于周期性地被發送，但并不是完全周期性的，當檢測到傳輸媒介阻塞的時候需要延遲發送，一旦檢測到不阻塞的時候就發送，下一次發送還是會在之前預計的100ms時刻，即使離上一次發送還不足100ms。更進一步，如果AP工作在多個信道上，為了避免沖突，在測量RSS之前，移動設備必須花時間掃描各個信道。WiFi標準（IEEE 802.11）指定了2.4GHz頻帶的11個信道以及更多的5GHz頻帶的信道。盡管在一個地理區域中使用多個信道的情況并不罕見，但實際WiFi僅僅使用2.4GHz頻帶中三個不重疊的信道。關于WiFi和IEEE 802.11標準的更多細節可以參閱（Perahia and Stacey 2008）。

由測量值和指紋庫估計位置

使用位置指紋進行定位通常有兩個階段：離線階段和在線階段。在離線階段，為了采集各個位置上的指紋，構建一個數據庫，需要在指定的區域進行繁瑣的勘測，采集好的數據有時也稱為訓練集。在在線階段，系統將估計待定位的移動設備的位置。接下來我們將對這兩個階段進行更詳細的描述。需要注意的是，室內定位中所得到的位置坐標通常是指在當前環境中的一個局部坐標系中的坐標，而不是經緯度。

離線階段

位置和指紋的對應關系的建立通常在離線階段進行。最典型的場景如圖2.2所示，地理區域被一個矩形網格所覆蓋，這個場景中是4行8列的網格（共32個網格點），2個AP。這些AP本來是部署在這里用來通信的，也可以用來做定位。在每一個網格點上，通過一段時間的數據采樣（5到15分鐘，大約每秒采集一次）得到來自各個AP的平均RSS，采集的時候移動設備可能有不同的朝向和角度。這個例子中，一個網格點上的指紋是一個二維的向量???? ，其中???是來自第i個AP的平均RSS。在后面會看到，我們也可以記錄RSS樣本的分布（或者其他的一些統計參數，比如標準差）作為指紋。簡單起見，后文沒有特別說明的情況下都認為指紋是RSS樣本的均值。

這些二維的指紋是在每個網格點所示的區域（如圖2）采集到的，這些網格點坐標和對應的指紋組成一個數據庫，這個過程有時稱為標注階段（calibration phase），這個指紋數據庫有時也稱為無線電地圖（radio map）（譯者注：后面都簡稱為指紋庫），表1是這個指紋庫的一個局部。圖2右邊的部分在二維向量空間（后文都統一稱作信號空間）中展示了這些指紋。在更一般的場景下，假設有?個AP，那么指紋?是一個?維的向量，這在信號空間中就難以畫出來了。

盡管RSS樣本的坐標點是實際物理空間中的直角網格點，但是位置指紋在信號空間中不會這樣有規律。我們之后會看到，呈直角網格的位置點轉換到信號空間中后變成了一些沒有規律的模式。有些信號向量即使在物理空間中離得很遠，在信號空間中卻有可能很近，這會增加錯誤的幾率。因此，指紋采集的有些部分也許沒有什么用，甚至有時會對定位效果不利。

在線階段

在在線階段，一個移動設備處于這個地理區域之中，但是不知道它的具體位置，它甚至不太可能正好處于網格點上。假設這個移動設備測量到了來自各個AP的RSS（在圖2的例子中，僅僅能測量到兩個AP的RSS）。這里我們假設只測量到一個樣本，當來自各個AP的RSS都被測量到的時候，RSS向量的測量值被傳輸到網絡中。設圖2中的例子中RSS向量的為???? 。要確定移動設備的位置，就是要找到在指紋庫中找到和?最匹配的指紋?。一旦找到了最佳的匹配，那么移動設備的位置就被估計為這個最佳匹配的指紋所對應的位置。比如，如果?，那么最匹配的樣本是表1中的第一項，移動設備被定位在坐標 。在更一般的情況下，向量?是 維的。

以上的討論對坐標、指紋、測量值、匹配向量 和?做了很多的簡化。后文我們考慮一些更詳細的問題。首先從匹配?和?的算法開始。

基于位置指紋的定位算法

基于位置指紋的定位通常分為兩種類型。一種是確定性的算法，比較信號特征（比如向量?

）和存在指紋庫中的預先計算出來的統計值。另一種是是概率性的算法，計算信號特征屬于某個分布（存儲在指紋庫中）的可能性。下面介紹一些基本的方法，但并不進行詳盡的綜述。

確定性的定位算法

微軟在2000年最早開始進行WiFi位置指紋法定位的研究工作（Bahl and Padmanabhan 2000），他們使用RSS向量?

與指紋向量?的歐氏距離去確定移動設備的位置。假設位置指紋是?維的，也就是說有?個可見的AP，M個網格點，這樣指紋庫里面有M個指紋。

這樣的話，最簡單的定位算法可以描述如下：在指紋庫中的M個指紋中，找到在信號空間中與RSS觀測值的歐氏距離最近的指紋，然后將它所對應的位置坐標作為移動設備的位置。這個使用歐氏距離的方法也叫做在信號空間中找到最近鄰，因為目標是在信號空間中找到一個離RSS觀察值最近的指紋。圖2的右邊展示了這個方法的基本原理，其中，五角星代表RSS觀測值，圓代表信號空間中的位置指紋。決策邊界可以使用泰森多邊形的方法畫出來，信號空間中每個泰森多邊形包含的區域距離這個位置指紋最近。RSS觀測值所處的泰森多邊形區域中的位置指紋的位置，作為定位結果。

后文我們將看到，不是所有的位置指紋都是可靠的，一個更復雜的指紋庫可能還包括了RSS的標準差信息，或者給了每個AP不同的權值，這樣的話，我們可能要使用加權的歐氏距離，有時可能要對整個指紋加一個權值，有時需要對指紋的每個元素分別加一個權值。此外，其他的距離度量（比如曼哈頓距離或者馬氏距離）也常常被用來做定位。

概率性的定位算法

最早的基于WiFi位置指紋的概率性定位算法是Youssef et al. (2003).提出的，基本的思路是，如果簡單地使用一個RSS樣本的統計量（比如RSS的均值）可能會帶來誤差，因為實際的RSS值應該是一個分布。因此，我們可以使用聯合概率分布（有多個AP，所以是聯合概率分布）來作為指紋。通過采集RSS樣本獲取聯合概率分布并不是一個簡單的事情，因為來自各個AP的RSS之間的相互關系不明顯。他們假設這是獨立的（這種假設是合理的），然后簡單地使用RSS的邊緣分布的乘積作為聯合分布。假設觀測到的RSS向量為?????????

，估計位置時將選擇一個網格點，這個網格點上有最大的概率可能產生這個?。對于給定的?，可以使用貝葉斯準則來估計移動設備的位置，計算出所有的網格點這個概率，然后選擇最大概率的那個網格點作為移動設備的位置。

指紋的聚類

以上有一個問題沒有考慮到，并不是所有的網格點上都總能能檢測到同樣的一組AP。Youssef et al. (2003)最早對這個問題進行的描述
，Swangmuang and Krishnamurthy (2008b)考慮了不同的一些聚類的方式。Youssef et al. (2003)的工作基于各個AP的平等性來給網格點分組。分享同一組AP的網格點被認為是一個簇，簇的確定是基于各個網格點上能看到這些AP的概率，因此這個方法也叫做“聯合聚類”或者作者所稱的JC技術。Swangmuang and Krishnamurthy在信號空間中對指紋進行聚類，可以減少指紋搜索的復雜度，因此，他假設所有的位置都能看到同樣的一組AP。

其他

其他很多模式匹配算法都可以應用于WiFi位置指紋法。包括貝葉斯推理、統計學習理論、支持向量機、神經網絡等。(參考文獻很多，比如Battiti et al. 2002).

位置指紋法的性能

這一部分，我們考慮位置指紋法的定位性能（精度和準確度），分析指紋數據采集的工作量以及如何去減少工作量。我們首先分析為什么使用位置指紋法定位會存在誤差，然后描述一些論文中報告的誤差性能分析的結果。

造成誤差的原因

在最理想的情況，觀測RSS應該和它匹配到的指紋非常接近，同時這個指紋所對應的位置和移動設備的實際位置非常接近。但實際情況往往不是如此，有幾個原因會造成顯著的誤差。

無線電傳播的復雜性

無線電的傳播很容易受到環境影響，特別是在室內區域或者城市的高樓之間。圖3顯示了連續測得的一組RSS樣本，這個例子使用的是一個筆記本電腦，當用戶正常坐著工作的時候它測得某個AP的RSS，持續幾分鐘。很顯然，RSS隨時間變化，而且有時變化得很顯著。不過在五分鐘內RSS的變化基本不會超過20dB。人的朝向對移動設備測量到的RSS有顯著的影響。來自不同供應商的網卡計算RSS的方式也有些不同，這個也會造成RSS測量上的不一致。RSS的分布可能是不平穩的，因此，當測量到觀測向量?

時，它有可能會匹配到離真實位置較遠的位置指紋，這一點超過了本文要描述的RSS特性的范圍。感興趣的讀者可以參考Kaemarungsi and Krishnamurthy (2004b, 2011)，其中針對室內定位詳細地分析了WiFi的RSS的特性。

刪失數據（Censored Data）

之前提到過，并不是在所有的位置都總能檢測到所有的AP。比如，在采集數據的時候，在一個網格點上只有三個AP是可見的，但是在在線定位階段移動設備檢測到了4個或5個AP。在這種情況下，增加指紋的維度是有益的，因為可以使得網格點在信號空間中互相區分開。然而有些信號的不可靠會使得定位算法這樣難以準確定位。當然，指紋庫也可以有AP的一些其他信息（比如每個AP的Mac地址），但是刪失數據的處理并不簡單。Youssef et al. (2003）嘗試每次都只使用?

個AP，忽略掉其他可見的AP。這?個AP通過信號的可靠性來選擇。這樣，如果一旦選擇了不合適的?

個AP，定位誤差可能會很大。

誤差分析

首先，我們總結一些文獻中報導的誤差性能分析的結果。大多數結論通過仿真或實驗來確定。在Bahl and Padmanabhan的開創性工作中，AP個數為3，使用的是確定性的定位算法（最近鄰），他們的中值誤差在3m到6m之間，具體誤差取決于使用的網格點的個數。Swangmuang and Krishnamurthy (2008a)使用了一個類似的確定性的定位算法，采用誤差的累計分布函數來展示定位誤差的可能性，在辦公室區域內，25個網格點，3個可見的AP，90%的可能性定位誤差小于4m。Youssef et al. (2003),采用了一個聯合聚類的概率性的定位方法，實驗場景的尺寸大約為68m*26m，構建指紋庫共使用了110個網格點，大多數指紋是隨著走廊采集的，cdf曲線顯示90%的概率誤差小于2.1m。

接下來討論的問題中，對于位置指紋定位誤差的分析考慮很少。最早分析位置指紋法的定位性能的是Kaemarungsi and Krishnamurthy (2004a)，他們假設RSS樣本服從正態分布，樣本的均值就是正態分布的均值，不同AP的RSS的正態分布的方差是一樣的。這種假設使得性能分析變得簡單。實際中，RSS的分布不是高斯分布（(Kaemarungsi and Krishnamurthy 2004b, 2011).）。圖4顯示了兩個RSS的直方圖，一個距離AP比較近，一個距離AP比較遠。第一個分布是左偏的，第二個分布更加對稱，可以近似建模成一個高斯分布。RSS分布的方差也并不是一樣的。Kaemarungsi and Krishnamurthy 2011的工作表明：距離AP越遠，方差越大。因此，上面那個簡單的假設在現實中不一定有效。Kaemarungsi and Krishnamurthy 2004a的工作對（Swangmuang and Krishnamurthy 2008a）做了進一步的延伸，其中的分析結果和仿真實驗的誤差cdf是匹配的，特別是當定位誤差為幾米的時候。因此，即使這些假設做了一些簡化，分析結果也可能是有用的。這些分析可以用來評估增加位置指紋的維度帶來的邊邊際效益，以及簡單場景下（(Kaemarungsi and Krishnamurthy 2004a).）路徑損耗指數的影響。

 

其他的一些問題

這部分我們簡單地考慮一些之前沒有談到的和WiFi位置指紋法相關的其他問題，包括減少能力消耗、吞吐量問題、延遲和安全。

多種技術的使用

隨著移動設備（特別是智能手機）越來越多地被安裝多種無線技術（比如，有些設備同時有藍牙、RFID、近場通信），使用多種技術來定位是合理和可行的。有一些文章考慮同時使用GSM和室內的WiFi，但在使用多種技術融合位置指紋定位中還沒有全面的研究。

減少能量損耗

通過有效的通信協議來減少移動設備通信的能耗是這幾年的一個研究領域（Pahlavan and Krishnamurthy 2002）。因為GPS在手機上消耗了很多的能量，最近有一些工作試圖讓定位過程更加節能。Paek et al. (2010)提出了智能手機的GPS速率自適應的定位，這里的想法是通過減少GPS的忙閑度，這樣降低了定位準確性，但是能夠節省能耗。但是GPS并不能在各種地方都能定位準確（比如，在城市區域定位精度會降低），在室內可能根本不可用。系統通過檢測是否室內或城區，可以關掉GPS或者降低忙閑度來延長手機中電池的壽命。Lin et al. (2010)建議使用低能量的定位模式（比如使用WiFi而不是GPS）來減少能耗，但是同樣也可能會帶來準確度的降低。

吞吐量

當WiFi被用來定位的時候，移動設備要花費很多時間來掃描WiFi信號，這會暫時中斷數據的傳輸，從而影響吞吐量。King and Kjaergaard (2008）研究發現，在用戶沒有移動的時候減少掃描WiFi的周期，使得吞吐量增加到了122%，丟包率為原來的73%。將掃描速度與用戶是否移動聯系起來，當檢測到用戶移動的時候，讓掃描速度增加，否則設備就不掃描，因為我們假設沒有檢測到移動的時候用戶的位置不會改變。

延遲

當有很多的定位請求的時候，WiFi定位系統的容量和延遲也是一個需要考慮的問題，但目前這個方面似乎還沒有相關的研究工作。time-to-first-fix（首次定位時間）這樣的度量在WiFi指紋定位中不存在（GPS定位中，首次定位時間比較長）。當請求的數量較小的時候，WiFi中粗粒度的位置估計速度比GPS快很多，GPS通常需要幾秒有時甚至需要幾分鐘得到一個位置。

安全性

大量的設備都支持WiFi，而且WiFi信號的監控非常簡單，如果為了惡意目的而創建監控這些設備的網絡，則可以基于它們的MAC地址和RSS值來跟蹤大量設備，這將導致嚴重的用戶隱私問題。Husted and Myers (2010)的工作中就嘗試了創建一個“惡意網絡”來跟蹤移動設備。

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綜合管廊人員定位—WIFI定位法

在 上張貼 由 hdm153886631

來源：網格

WIFI定位方法基本上可以分為兩大類：

1.不基于RSSI
TOA（time ofarrival）
TDOA（time difference of arrival）
AOA（angle of arrival）
但是這些值的獲取需要特殊的wifi模塊，在智能機上無法獲取，因此這類方法無法使用。

2.基于RSSI

在智能手機上，可以通過系統SDK獲取到周圍各個AP（Access Point）發送的信號強度RSSI及AP地址，利用RSSI來定位目前看來是最可行的方法，因此下面著重介紹,基于RSSI定位主要有兩個算法:三角定位算法,指紋算法。
三角定位:
如果我們已經知道了這些AP的位置，我們可以利用信號衰減模型估算出移動設備距離各個AP的距離,然后根據智能機到周圍AP距離畫圓，其交點就是該設備的位置。很容易發現，三角定位算法需要我們提前知道AP的位置，因此對于環境變化較快的場合不適合使用。
指紋算法
指紋算法類似于機器學習算法，分為兩個階段:
離線訓練階段
將需要室內定位區域劃分網格，建立采樣點（間距1~2m）
使用wifi接受設備逐個采樣點采樣，記錄該點位置、所獲取的RSSI及AP地址。
對采樣數據進行處理（濾波、均值等）
在線定位階段
用戶持移動設備在定位區域移動，實時獲取當前RSSI及AP地址，將該信息上傳到服務器進行匹配（匹配算法有NN、KNN、神經網絡等） 得到估算位置。
匹配算法有NN、KNN、神經網絡等。
比較：
指紋算法相比較三角定位算法精度更高。
三角定位算法需要提前知道所有AP的位置
指紋算法需要提前繪制一幅信號Map。

總結:
智能手機基于WIFI的室內定位應用，更適合使用基于RSSI信號的指紋算法，原因在于我們不需要提前知道所有AP的位置，而且指紋算法可以應對AP位置或狀態的改變?？梢蕴崆皩y繪指紋數據庫儲存到服務器上，移動設備在定位區域將自己得到的周圍AP信息實時發送給服務器，由服務器進行匹配并返回坐標位置給客戶端。一旦AP狀態或位置變化，只需要更新定位區域數據庫而并不需要在客戶端作出改變。

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