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城市综合管廊监控与报警系统2016年07月一、城市综合管廊概述1建设背景随着城市经济的快速发展，综合管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现，一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响着生命、财产安全和城市运行秩序。全国综合管线事故平均每天高达5.6起，每年由于路面开挖造成的直接经济损失高达2000亿元。面对当前现状及存在的问题，中央适时出台《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》【国发〔2013〕36号】文件：在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程；中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进行开发建设。2城市综合管廊简介综合管廊（日本称“共同沟”、台湾称“共同管道”），就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。3综合管廊监控与报警系统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，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。二、监控与报警系统现状及需求1系统现状城市综合管廊监控与报警系统，由于依靠环境与设备监控、安全防范、通信、预警与报警子、地理信息等多个不同功能的系统，或者由于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”：（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。2需求分析（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。三、综合管廊监控与报警系统1城市综合管廊监控与报警系统综合管廊监控与报警系统是一个综合性非常强的管控系统。各系统之间由于技术体系不一，采用的标准各异，导致难以兼容互通，这不仅需要兼顾环境与设备监控、通信联络、地理信息等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全防范等方面对图像监控的需求，同时还需要考虑报警、门禁等配套系统的集成以及与广播系统的联动，因此在这些系统的互联过程中必然会出现系统异构的信息孤岛问题。要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的监控报警系统需要解决不同厂商、不同产品的兼容和多个系统相互集成的问题，需要考虑到平台的网络接入和资源的开发方式，还需要立足大型联网用户的角度去设计，把握好互利与共享的原则。物联网研发的基于物联网的监控与报警系统成功地解决了众多品牌相互兼容、各系统集成与融合、协议与接口标准不统一的难题，成为综合管廊监控与报警系统未来的发展方向，从而使信息孤岛难题成为历史。2系统设计原则根据用户现状和需求分析，综合管廊监控与报警系统依据以下原则设计：（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。3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》GB50166《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB50093《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T2054系统设计思路4.1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。4.2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。管廊数据标准化数据展示标准化电力通讯数据热力能源数据给排水数据用户个性化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。5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。四、系统组成城市管廊监控与报警系统由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、地理信息系统和统一管理信息平台六部分组成。监控与报警系统架构图系统建立基于物联网的“管、控、营”一体化的智能管控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，解决了管廊监控与报警建设中存在着内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的恢复效率，进而实现了监控中心应用“五大系统，一个平台，一根光纤，一组基站”即能对管廊内部设备的远程管理与联动控制。五、系统功能1环境与设备监控系统1.1系统简介环境与设备监控系统的功能是实现对综合管廊全域内环境和设备的参数和状态实施全程监控，将实时监控信息通过多功能基站准确、及时地传输到监控中心的统一管理信息平台，便于值班人员及时发现现场环境和设备问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证管廊正常运行。1.2系统组成环境与设备监控系统主要由智能传感器（环境监控、设备监控）、多功能基站和智能LED显示器等设备组成。系统架构图1.2.1环境监控根据规范要求，沿管廊纵长每隔200米应设置人员逃生安全孔、投料口、通风口、防火门和人员进出口各一个。智能LED显示器智能传感器通过在每个防火分区内出入口和通风口处安装气体（O2、CH4、H2S）、温度、湿度、烟雾、水位、水浸等监测传感器，可实现与风机、水泵的自动化控制与对接，检测信号就近送附属设备监控系统现场控制单元，并通过以太网送到监控中心计算机。在监控中心控制室显示屏上，以数字形式显示每个防火分区的氧气百分比含量和温度/湿度。环境参数监控传感器布置如下：舱室容纳管线类别给水管道、再生水管道、雨水管道污水管道天然气管道热力管道电力电缆、通信线缆温度●●●●●湿度●●●●●水位●●●●●O2气体●●●●●H2S气体▲●▲▲▲CH4气体▲●●▲▲环境参数监控内容表（注：●应监控；▲宜监控）此时，一旦探测器检测到危险气体，危险区域周边的作业人员会第一时间看到以数字形式显示每个防火分区的气体百分比含量和温度/湿度等报警提示信息，并获知报警位置。1.2.2设备监控对布置在每个防火分区内的排水泵、照明、风机、风道阀门、红外入侵报警装置、环境温度/湿度/氧检测仪表等仪表和设备进行数据采集，监测集水井内液位上限报警信号，通过相应的多功能基站向统一信息管理平台传送，多功能基站同时并接受监控中心的命令，实现远程控制