城市綜合管廊綜合監(jiān)控平臺功能設計

張東霞，潘峰

ZHANG Dong-xia, PAN Feng

(太極計算機股份有限公司）

（Taiji Computer Corporation Limited）

城市綜合管廊綜合監(jiān)控平臺功能設計

張東霞，潘峰

ZHANG Dong-xia, PAN Feng

(太極計算機股份有限公司）

（Taiji Computer Corporation Limited）

闡述了綜合管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計，重點包括系統(tǒng)架構(gòu)組成和系統(tǒng)功能。

綜合管廊；功能設計；綜合監(jiān)控平臺

1 引言

綜合管廊是指將電子通信、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(nèi)，進行綜合開發(fā)利用，以節(jié)約城市建設用地，美化城市景觀。

綜合管廊的綜合監(jiān)控平臺是將管廊內(nèi)的環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的信息采集與聯(lián)動控制有機地結(jié)合在統(tǒng)一的監(jiān)控中心平臺上，以實現(xiàn)對管廊內(nèi)部設備的遠程管理與控制。

2 平臺設計原則

子系統(tǒng)層、接口層、服務層、應用層、表示層

平臺采用面向服務的多層架構(gòu)模式，將面向管廊各種感知信息、IT資源、信息資源與平臺業(yè)務流程，按照基于服務的方式整合起來。

在子系統(tǒng)層和接口層充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術和理念，抽象出各種感知對象和接口，利用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關平滑接入各種應用。

在服務層充分運用云計算技術和云化思想，實行資源集中化，平臺能力云化，同時引入SOA（面向服務的架構(gòu)）思想，注重業(yè)務組件化+組件能力服務化，滿足城市管廊監(jiān)控的組件化松耦合要求。

管廊監(jiān)控管理中感知設備將采集大量的數(shù)據(jù)，處理這些數(shù)據(jù)的能力將是對平臺建設的一大考驗。采用基于多級數(shù)據(jù)處理的嵌入式中間件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)分級和分布式處理技術，實現(xiàn)實時信息處理的負載均衡，并提出當今流行的多種數(shù)據(jù)降維算法,從而盡可能多地保留原始信息的基礎上，減少信息處理的數(shù)據(jù)量，從而提高物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的整體效率。

在應用層以業(yè)務目標和價值實現(xiàn)作驅(qū)動，強調(diào)大數(shù)據(jù)技術應用，注重海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析、數(shù)據(jù)挖掘和價值發(fā)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)設計綜合考慮了綜合管廊的統(tǒng)一建設，多單位管理維護的特性，采用底層統(tǒng)一規(guī)劃設計，上層分別管理的思路。底層包含環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)5大系統(tǒng)。將屬于電力、燃氣、給排水、熱力等專屬檢測控制設備統(tǒng)一歸結(jié)到設備監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)底層的統(tǒng)一信號采集與控制，信息的統(tǒng)一傳輸?？紤]到系統(tǒng)使用維護的便捷性，在上層采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)支撐服務平臺加接口服務的設計方式，數(shù)據(jù)支撐平臺為中央監(jiān)控系統(tǒng)、電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)、燃氣管理系統(tǒng)等相關管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務。

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)基于微軟的.net平臺研發(fā)，編程語言使用C++。系統(tǒng)分為子系統(tǒng)層、接口層、服務層、應用層、表示層5層。

3.1 子系統(tǒng)層

子系統(tǒng)層為管廊各弱電系統(tǒng)，主要有環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡查管理系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等。

3.2 接口層

接口層實現(xiàn)了綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)與各弱電系統(tǒng)的通訊，是集成的基礎。接口層有多種接口協(xié)議轉(zhuǎn)換程序組成。系統(tǒng)支持RS232、RS422、RS485串行協(xié)議、TCP/IP網(wǎng) 絡 協(xié) 議、OPC、DDE、ODBC、WEBSERVICE、SOCKET、API、ACTIVEX等多種通信協(xié)議的通信方式、BacNet、LonWork等工業(yè)控制協(xié)議，能覆蓋目前市場上主流廠家產(chǎn)品。對于私有協(xié)議，可采用定制開發(fā)的方式解決。

3.3 服務層

服務層是綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的運行支撐平臺，包括了各類數(shù)據(jù)庫和基礎服務。數(shù)據(jù)庫包括3類：實時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的訪問統(tǒng)一通過數(shù)據(jù)服務中間件。接口管理服務中間件負責管理多個接口程序，通過接口程序采集子系統(tǒng)設備運行數(shù)據(jù)和進行設備回控。視頻服務中間件負責網(wǎng)絡視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)換。服務層還包括設備狀態(tài)服務、地圖服務、報警服務、視頻服務、設備控制服務、聯(lián)動服務、查詢服務、報表服務等基礎服務。服務的提供采用數(shù)據(jù)總線形式，采用SOA(Service-Oriented Architecture)技術封裝。

3.4 應用層

應用層負責實現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的各種軟件功能。應用層的各個軟件模塊通過組合調(diào)用服務層的基礎服務實現(xiàn)了強大的軟件功能。軟件模塊包括綜合監(jiān)控、集中告警、聯(lián)動管理、預案管理、設備查詢、數(shù)據(jù)分析、綜合報表、節(jié)能管理、系統(tǒng)管理、對外接口等。各軟件模塊是基于Windows Presentation Foundation(WPF)引擎開發(fā)的新一代圖像界面系統(tǒng)，提供友好便捷的UI界面。各軟件模塊是基于網(wǎng)絡的多用戶操作管理，可很好地支持多用戶操作管理界面，允許多個用戶操作管理界面，或者是不同的用戶根據(jù)管理需要制作不同的管理界面，這些不同的用戶可以具有不同的管理權(quán)限和管理范圍。

3.5 表示層

表示層則是綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的不同使用形式。綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)可以在PC工作站上安裝客戶端使用，這是最常規(guī)的用法。系統(tǒng)也支持B/S結(jié)構(gòu)，可以在瀏覽器上使用。系統(tǒng)可以在打印機輸出報警列表和事件列表。系統(tǒng)可以通過電話語音和手機短信實現(xiàn)報警。系統(tǒng)提供綜合后備盤，可以顯示報警信息以及進行緊急快速操作。系統(tǒng)還提供對外接口，能與第三方系統(tǒng)整合。

4 系統(tǒng)功能設計

4.1 模塊功能設計

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)支撐服務平臺是系統(tǒng)的核心，是管廊的匯聚地。綜合數(shù)據(jù)支撐服務平臺接收管廊內(nèi)部各區(qū)域控制器的數(shù)據(jù)(包括傳感器信息、故障報警信息、日志記錄及狀態(tài)變量等 )。

在綜合數(shù)據(jù)支撐平臺中按管理需求重新進行分組匯總，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)按功能權(quán)限訪問。中央監(jiān)控系統(tǒng)及各專業(yè)管理系統(tǒng)可以在統(tǒng)一界面下按需訪問各自的數(shù)據(jù)，按權(quán)限對設備進行控制，從而在管理上實現(xiàn)分別按需控制與管理的要求。

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐平臺不僅僅是數(shù)據(jù)的存儲倉庫，同時也是一個專業(yè)數(shù)據(jù)分析、邏輯處理服務平臺。數(shù)據(jù)在支撐平臺經(jīng)匯總后形成整個管廊系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)鏈路，可以通過既定策略的深層次分析，形成高級別的決策報警信息，為信息管理提供幫助。數(shù)據(jù)支撐平臺從全局角度對數(shù)據(jù)進行邏輯分析與處理，實現(xiàn)高級別、跨區(qū)域的設備聯(lián)動控制，提高系統(tǒng)的自動化與智能化。

4.2 模塊功能描述

4.2.1設備與環(huán)境實時監(jiān)控模塊功能

1）設備監(jiān)控

(1)以系統(tǒng)圖、設備原理圖的方式展示管廊設備運行狀況。

(2)系統(tǒng)圖、設備原理圖與設備的情況相符。

(3)對新風機組運行狀況進行監(jiān)控，包括溫度、濕度、PM2.5、開度等參數(shù)?？刹樵儏?shù)的歷史數(shù)據(jù)。

(4)對給排水系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)控，包括壓力、閥門開度等參數(shù)?？刹樵儏?shù)的歷史數(shù)據(jù)。

2）環(huán)境監(jiān)控

監(jiān)測綜合管廊區(qū)域內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、水位、氧氣、硫化氫、CH4等氣體含量值。

3）視頻監(jiān)控

(1)點擊管廊地圖的攝像機圖標，可以調(diào)出攝像機的實時視頻圖像。

(2)可以多窗口畫面方式顯示多路實時視頻圖像，窗口模式支持單窗口、2×2窗口、3×3窗口、4×4窗口、1大5小、1大7小等模式。

(3)可以設置多路視頻在多窗口定時輪換顯示。

(4)可控制攝像機云臺，控制左右移動、上下移動、遠焦近焦。

(5)可查詢視頻監(jiān)控存儲后臺的運行狀況，查詢剩余存儲空間。

(6)可查詢視頻的歷史數(shù)據(jù)，回放視頻錄像。

4）入侵報警監(jiān)控

(1)以管廊地圖、防區(qū)圖兩種方式展示管廊的入侵報警情況。

(2)可以監(jiān)控緊急按鈕、紅外雙鑒探測器的報警狀態(tài)。

(3)可以遠程手動布防和撤防。

(4)當發(fā)生入侵報警時，可以把報警信息、報警點地圖、關聯(lián)視頻圖像切換到監(jiān)控界面前臺。

5）門禁系統(tǒng)監(jiān)控

(1)以管廊地圖、門禁列表兩種方式展示園區(qū)的門禁運行情況。

(2)可以監(jiān)控門禁的運行狀態(tài)，包括門鎖狀態(tài)、門磁狀態(tài)、報警狀態(tài)。

(3)可以查詢門禁的刷卡記錄，可按時間查詢，也可以按用戶姓名或門禁卡號查詢。

(4)在接口支持及權(quán)限許可的前提下，可以遠程控制門鎖狀態(tài)，開鎖、上鎖。

(5)在接口支持及權(quán)限許可的前提下，可以對用戶門禁卡進行遠程授權(quán)和取消授權(quán)。

(6)在接口支持的前提下，可設置提醒名單。可以把某個門禁卡加入提醒名單，當該門禁卡被使用時，可以產(chǎn)生報警信息。

6）智能照明監(jiān)控

(1)以系統(tǒng)圖和點位圖兩種方式展示綜合管廊的照明狀況。

(2)對綜合管廊的照明系統(tǒng)開關狀態(tài)進行監(jiān)控。

(3)可遠程進行開關燈操作。

(4)可遠程調(diào)用照明場景模式。

7）火災報警監(jiān)控

(1)以列表方式和地圖兩種方式展示綜合管廊的火災報警情況。

(2)可監(jiān)控煙感探測器、手動報警器、溫度傳感器等報警設備的報警狀況。

(3)可監(jiān)控消防淋噴頭、氣體滅火系統(tǒng)的運行情況。

(4)當發(fā)生消防報警時，可以把報警信息、報警點地圖、關聯(lián)視頻圖像切換到監(jiān)控界面前臺。

4.2.2報警處理模塊功能

1)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)把來自各個弱電子系統(tǒng)的報警信息集中起來，然后根據(jù)權(quán)限劃分把報警信息推送到對應管理員的電腦、手機中。

2)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)客戶端界面常駐一個報警工具條，用于報警數(shù)據(jù)顯示，一旦有報警數(shù)據(jù)到達，則以紅色字體顯示出來，并有報警聲音。

3)在報警工具條雙擊文字鏈接，可以引導至報警設備的電子地圖，讓管理員迅速掌握報警設備所在的位置。

4)用戶可以在報警工具條快速處理報警信息，可以執(zhí)行確認操作，確認過的報警記錄將不再在工具條上提示。

5)報警可以分5個級別，用戶可以依據(jù)報警級別設置報警過濾，過濾不重要的報警。

6)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)還有專門的報警處理界面，在此界面可以填寫報警的處理結(jié)果。報警處理可以轉(zhuǎn)入設備運維模塊，做維修處理。

7)可以查詢歷史報警記錄?？梢愿鶕?jù)時間、子系統(tǒng)、設備類型、位置、設備名稱等條件組合查詢歷史記錄。

8)對于高級別的報警事件（如火災、入侵），綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)還提供綜合報警界面。綜合報警界面可同時顯示報警信息，報警設備所在的電子地圖，報警位置附近的攝像頭的視頻圖像，相關的預案和應急處理知識庫。

9)支持報警升級功能，即高級別的報警消息在規(guī)定的時間內(nèi)沒有處理，將向高一級的管理員發(fā)出報警。

4.2.3設備運維模塊功能

1)用戶可以錄入綜合管廊弱電子系統(tǒng)的設備基本信息，包括設備名稱、設備類型、品牌、型號、生產(chǎn)廠商、維修電話、購買日期、報廢年限、維護周期、采購價格等基本信息。

2)用戶可以刪除報廢設備的基本信息。

3)設備基本信息可以從綜合管廊的資產(chǎn)管理系統(tǒng)導入。

4)系統(tǒng)可以根據(jù)設備的維護周期和上次維護日期記錄，提醒維護人員進行設備維護。維護提醒可以轉(zhuǎn)入工單，作為工作任務來執(zhí)行。維護工作完成將自動更新上次維護日期。

5)本模塊可以接收報警模塊轉(zhuǎn)交的報修請求，并新建一條維修記錄，然后可以轉(zhuǎn)入工單模塊，作為工作任務來執(zhí)行。維修工作完成后自動更新維修記錄，變更維修狀態(tài)。

6)設備基本信息能夠與數(shù)據(jù)采集的點位信息進行匹配，支持在線盤點的功能。

7)用戶可進行設備盤點操作，可通過設備電子巡檢實現(xiàn)在線盤點，也可以轉(zhuǎn)入工單模塊，進行人工盤點。盤點完成后，自動更新設備的盤點記錄。設備的盤點記錄可導出到綜合管廊的資產(chǎn)管理系統(tǒng)中。

4.2.4工單管理模塊功能

本模塊主要用于記錄運維的人員的日常工作，主要功能有：

1)模塊中，工單分為報警檢查、日常維護、送修、盤點和其他幾種。

2)工單記錄可以來自其他功能模塊，也可以直接新建記錄。

3)工單記錄的基本內(nèi)容主要包括：工單名稱、創(chuàng)建時間、創(chuàng)建人、工作內(nèi)容、涉及的設備列表。

4)工單需要指派維護人員完成，指派時可以指定人員，也可以不指定。不指定人員的情況，默認指派給當班的值班人員。指派時需要設定預計完成時間。

5)工單的工作任務完成后，執(zhí)行人員要進入操作界面確認工單完成。

6)在預計完成時間到達時，工單沒有確認完成的情況下，系統(tǒng)會發(fā)消息催辦。

7)主界面提供未完工單的常駐提示小窗口，提醒用戶及時完成工作任務。

8)工單數(shù)據(jù)與值班排班模塊共享，值班人員可以在排班日歷看到工單任務。

9)可以查詢歷史工單。

4.2.5值班排班管理模塊功能

1)節(jié)假日維護。用戶可以指定哪些日期為節(jié)假日，并存入數(shù)據(jù)庫，用于排班。

2)班次維護。用戶可以編制值班班次，例如早班、中班、晚班。可以指定班次的起止時間。

3)排班管理。用于可以制定排班方案。排班方案的內(nèi)容包括，方案的有效時間、包括的班次、每個班次的值班人員、值班的工作任務等。

4)排班時，系統(tǒng)可以按照節(jié)假日規(guī)則、值班輪換規(guī)則進行自動排班，減輕管理員的工作量。

5)排班表可以按周、按月查詢，可以打印。

6)排班日歷。用戶進入排班日歷可以直觀看到自己的值班安排，以及值班的工作任務。

4.2.6知識庫模塊功能

1)綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的幫助文檔。

2)綜合管廊各弱電子系統(tǒng)的運維文檔。超級管理員可以對運維文檔進行增刪改操作。運維文檔支持文本、Word、pdf等格式。

3)綜合管廊各弱電子系統(tǒng)的圖紙。超級管理員可以對圖紙文檔進行增刪改操作。圖紙支持 pdf、dwg、tiff、jpeg等格式。

4)綜合管廊各弱電子系統(tǒng)及綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷及處理文檔。超級管理員可以對故障診斷及處理文檔進行增刪改操作。故障診斷及處理文檔可以與設備類型關聯(lián)，當設備類型故障時，在報警頁面上可以顯示故障的處理方式。

5)運維經(jīng)驗交流。運維人員可以把自己的工作心得錄入知識庫。超級管理員可以審核這些文檔，審核通過后，其他運維人員則可以看到這些工作心得。

4.2.7用戶及權(quán)限管理模塊功能

1)增、刪、改組織機構(gòu)數(shù)據(jù)。

2)增、刪、改用戶角色數(shù)據(jù)。

3)增、刪、改用戶數(shù)據(jù)?？梢灾付ㄓ脩羲鶎俨块T。

4)維護角色權(quán)限。權(quán)限是多維度的，有子系統(tǒng)權(quán)限、模塊權(quán)限、區(qū)域權(quán)限和報警處理權(quán)限4個維度。

5)可以指定用戶擁有哪些角色。一個用戶允許擁有多個角色。用戶的最終權(quán)限為擁有的角色權(quán)限總和。

6)超級管理員可以對用戶密碼進行初始化。

4.2.8系統(tǒng)日志模塊功能

1)系統(tǒng)日志分操作日志、運行日志、報警故障日志、聯(lián)動執(zhí)行日志4種。

2)操作日志記錄用戶在系統(tǒng)所做的關鍵操作，例如登錄、退出、刪除數(shù)據(jù)、設備回控等。主要用于發(fā)生安全問題后的行為審計。

3)運行日志記錄綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)后臺的運行過程信息。

4)報警故障日志記錄綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)后臺運行發(fā)生錯誤時的報錯信息，主要用于系統(tǒng)故障排除。

5)聯(lián)動執(zhí)行日志記錄聯(lián)動預案在后臺執(zhí)行的過程信息。

5 結(jié)束語

此系統(tǒng)的設計是在分析理解《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)工程技術規(guī)范》的基礎上，結(jié)合以往的工程實踐經(jīng)驗，提出的城市綜合管廊的綜合監(jiān)控平臺設計，該平臺已經(jīng)在多個項目實踐中運行，為管廊運營管理單位實現(xiàn)先進信息化管理提供了有力的技術支撐手段。

[1]曹茂春,張東霞.智慧管廊信息化建設探討[J].智能建筑與智慧城市，2016（11）：76-80.

[2]張春光，張東霞.淺析智慧環(huán)保系統(tǒng)在智慧園區(qū)中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2016（4）：62-65.

Function Design of Integrated Monitoring Platform for Urban Municipal Tunnel

This paper expounds the design of the integrated monitoring platform for corridor, including the system architecture , Design principle and system functions.

municipal tunnel; function design; integrated monitoring platform