綜合管廊一體化監(jiān)控管理平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

包曉琴 楊肖杭 石建義 付彩虹

(浙江快達(dá)建設(shè)安裝工程集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

我國(guó)地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還嚴(yán)重滯后于目前的城市發(fā)展速度，傳統(tǒng)的管線埋設(shè)方式不僅造成道路的反復(fù)開(kāi)挖，交通阻塞，增加了后期維護(hù)的費(fèi)用，也加劇了城市地下空間的浪費(fèi)。與此同時(shí)，因地下燃?xì)夤鼙岩鸬臑?zāi)害層出不窮，暴雨造成城市道路排水困難等問(wèn)題亟待解決。為有效加快城市地下綜合管廊的進(jìn)程，需要通過(guò)密集分布地下管線網(wǎng)絡(luò)的方式，來(lái)有效降低管線事故的發(fā)生率。這種處理方式可以提高城市的綜合承載能力，加快城鎮(zhèn)化的發(fā)展速度。地下綜合管廊對(duì)于城市建設(shè)具有重要意義，可以防止管線破裂，杜絕反復(fù)開(kāi)挖路面，有效緩解交通擁堵，解決以往綜合管廊的管理混亂問(wèn)題。在一定程度上改善了城市內(nèi)澇引起的交通堵塞、地下空間利用率低等一系列問(wèn)題。

城市地下綜合管廊前期建設(shè)投入成本高、空間利用率低、后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理難度大[1]。因此管廊一體化監(jiān)控管理平臺(tái)在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中有著舉足輕重的地位。通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外城市地下綜合管廊，對(duì)比了各式各樣的城市地下綜合管廊建設(shè)管理模式，分析了我國(guó)綜合管廊建設(shè)目前的狀況。提出了符合我國(guó)城市地下綜合管廊一體化監(jiān)控管理平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案。國(guó)內(nèi)目前地下綜合管廊形式如圖1所示。

2 需求分析

城市綜合管廊俗稱共同溝，是指城市地下建造的可容納電力、通訊、供水、熱力、燃?xì)獾仁姓霉芫€，并擁有完備照明、監(jiān)控、排水、通訊功能的隧道空間，最終按照專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及后期的維修養(yǎng)護(hù)[2]。由此可以集約化使用地下空間，提高城市地下空間利用率，節(jié)約土地資源，改善市容市貌，提升城市的綜合影響力，挖掘城市發(fā)展的潛力。

2.1 管廊監(jiān)控需求

管廊綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括安全防范子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)、預(yù)警與報(bào)警子系統(tǒng)等一系列安全系統(tǒng)以及地理信息子系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)等管理系統(tǒng)。

2.2 管廊運(yùn)營(yíng)管理需求

綜合管廊后期的養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)交由相關(guān)的專業(yè)單位，地下綜合管廊的運(yùn)營(yíng)管理模式見(jiàn)圖2。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

通過(guò)綜合分析城市管廊監(jiān)控管理的基本建設(shè)要求以及后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理要求，應(yīng)同時(shí)運(yùn)用多種技術(shù)解決現(xiàn)有問(wèn)題，應(yīng)有效避免因技術(shù)管理體制要求不同而同時(shí)安裝多個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)管廊的結(jié)構(gòu)、分布以及監(jiān)控任務(wù)的綜合分析，采用一體化監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)遵循城市管廊的建設(shè)思路，這樣一來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)在各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上獲得最佳效果的目標(biāo)。

3.1 綜合一體化設(shè)計(jì)

城市綜合管廊監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)緊緊圍繞“綜合一體化”的設(shè)計(jì)理念。將各個(gè)不同的分系統(tǒng)整合到一起，以達(dá)到提高管廊整體性能和降低成本的最終目標(biāo)[4]。它們共同的部分包含一致的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，適合所有物聯(lián)網(wǎng)的綜合接入設(shè)備，基于大數(shù)據(jù)和服務(wù)器系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備和用戶界面等等。綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

城市管廊綜合監(jiān)控管理平臺(tái)可以通過(guò)云計(jì)算融合不同架構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、管理模式的系統(tǒng)，而最終使它們形成統(tǒng)一管理的綜合系統(tǒng)。

所謂“一體化”，主要針對(duì)管廊監(jiān)控這種典型的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，在“綜合”的指導(dǎo)思想下，連接各子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光纜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化連接。系統(tǒng)的核心設(shè)備是具備模塊化、智能化、擴(kuò)容性特點(diǎn)于一身的綜合通信分站，一體化分站示意圖見(jiàn)圖4。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)遵循“綜合一體化”的建設(shè)路線，其中包括通風(fēng)、供電、供水、安全防范、報(bào)警及地理信息系統(tǒng)等應(yīng)用。系統(tǒng)將建立統(tǒng)一的傳輸平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用平臺(tái)，綜合一體化建設(shè)系統(tǒng)具體如圖5所示。

3.3 感知平臺(tái)設(shè)計(jì)

城市綜合管廊監(jiān)控管理平臺(tái)以“智能感知”為總設(shè)計(jì)方針，設(shè)計(jì)適合所有小型化且模塊化的準(zhǔn)入設(shè)備。包含城市管廊中所提及的三大應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)：監(jiān)測(cè)、控制和通訊。

3.3.1 監(jiān)控類

監(jiān)控需要實(shí)現(xiàn)：地表沉降、環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度的在線監(jiān)測(cè)；設(shè)備如通風(fēng)、排水、電氣等工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)；以及與其他專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)如火災(zāi)報(bào)警、通風(fēng)、供電等設(shè)備的監(jiān)管[3]。

如圖6所示，監(jiān)控類系統(tǒng)的物理連接由數(shù)字信號(hào)模擬和信號(hào)接口模塊構(gòu)成。接口模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收并經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成其他信號(hào)，由以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)至總服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用類場(chǎng)景的監(jiān)測(cè)。

3.3.2 控制類

控制需要實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)、電氣、排水等設(shè)備的管理控制，包括手動(dòng)、自動(dòng)及遠(yuǎn)程控制三大類別[3]。具體示意如圖7所示。

控制類的物理系統(tǒng)連接主要包括參數(shù)輸入以及信號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出兩大類別。系統(tǒng)主要由自動(dòng)化模塊構(gòu)成，提供繼電器型、晶體和晶閘管型輸出三種典型的輸出控制方式。

3.3.3 通訊類

通訊類主要完成通信固定式和無(wú)線對(duì)講的系統(tǒng)整體建設(shè)[3]。

通訊類系統(tǒng)主要通過(guò)電話交換系統(tǒng)的語(yǔ)音通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體流程如圖8所示。固定式通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音調(diào)配、遠(yuǎn)程視頻通訊等功能的自由切換；無(wú)線遠(yuǎn)程對(duì)講系統(tǒng)使用WiFi通訊模塊并提供遠(yuǎn)程接入模式，在WiFi終端或語(yǔ)音對(duì)講的手機(jī)APP軟件基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙通訊。

3.4 傳輸平臺(tái)設(shè)計(jì)

城市綜合管廊監(jiān)控管理傳輸平臺(tái)主要由信號(hào)交換機(jī)和通信分站組成。根據(jù)管廊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及各設(shè)備的分布情況，可拓?fù)錇槊總€(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。綜合通信分站具有多功能業(yè)務(wù)的特點(diǎn)且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的功能。任意數(shù)量的綜合交換機(jī)和通信分站的隨意組合，都極大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和管理，在邏輯上都等同于一臺(tái)交換機(jī)。

在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上建立網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議制度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的快速拓?fù)錁?gòu)建、故障定位及診斷、節(jié)點(diǎn)檢索功能，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木唧w方式如圖9所示。此外，每個(gè)模塊組件均采用獨(dú)立的CPU從而實(shí)現(xiàn)模塊的智能化管理運(yùn)營(yíng)。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)、智能化端口管理，并具有可視化功能。綜合一體化傳輸平臺(tái)由監(jiān)控節(jié)點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)管理組成。

3.5 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的根本所在，秉承“應(yīng)用性分布、存儲(chǔ)集中化”的設(shè)計(jì)理念，自主負(fù)責(zé)建設(shè)和維護(hù)機(jī)房的信息化運(yùn)營(yíng)，集中存儲(chǔ)所有收集的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。隨著云存儲(chǔ)、云計(jì)算等一系列新技術(shù)在其他領(lǐng)域的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心未來(lái)的建設(shè)也應(yīng)朝著“云端存儲(chǔ)”的理念發(fā)展。由于前期技術(shù)開(kāi)發(fā)不夠完善，可租用云存儲(chǔ)公共計(jì)算平臺(tái)。隨著后期業(yè)務(wù)量的不斷增多，數(shù)據(jù)分析、計(jì)算等進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、挖掘，可同時(shí)采用區(qū)域化、業(yè)務(wù)區(qū)別化等方式建立數(shù)據(jù)私有云中心，為整個(gè)城市管廊的后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

城市化進(jìn)程正如火如荼地深入，與之相關(guān)的管線布置問(wèn)題也日漸凸顯。作為地下管線布防形式之一，城市配備的綜合管廊可在根本上改進(jìn)不規(guī)范的管線鋪設(shè)方式。從長(zhǎng)遠(yuǎn)視角來(lái)看，綜合管廊一體化監(jiān)控管理平臺(tái)表現(xiàn)出其他形式所不具備的全方位優(yōu)勢(shì)，大大方便了城市管廊的集中管理，同時(shí)也達(dá)到未來(lái)建設(shè)高質(zhì)量城區(qū)要求。目前，有關(guān)建設(shè)綜合管廊平臺(tái)的資料仍舊匱乏，有待長(zhǎng)足的不斷改善。在未來(lái)的實(shí)踐中，應(yīng)繼續(xù)摸索并歸納平臺(tái)建立的珍貴經(jīng)驗(yàn)，以提升城市整體管線布置的品質(zhì)。