智慧地下綜合管廊管理平臺(tái)建設(shè)研究

葉延磊 邢方亮

摘 要 地下綜合管廊是統(tǒng)籌利用地下空間、提高城市綜合承載力、改善人居環(huán)境的重大舉措。其作為一種集合多種類型地下管線于一體的城市基礎(chǔ)設(shè)施工程，被稱作城市的“血管”和“神經(jīng)”，日夜擔(dān)負(fù)著輸送介質(zhì)、能量和傳輸信息的功能，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是城市的“生命線”。 面對(duì)地下管廊這一百年大計(jì)工程的逐步落地，如何把智能化系統(tǒng)和目前的空間技術(shù)（GIS）、建筑信息模型（BIM）、自動(dòng)化控制、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、知識(shí)管理[1]等新技術(shù)融合應(yīng)用到綜合管廊建設(shè)中，打造智慧管廊，實(shí)現(xiàn)管理便捷化、應(yīng)急響應(yīng)快速化、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，是當(dāng)前綜合管廊建設(shè)的重大課題，也是智能化系統(tǒng)企業(yè)值得關(guān)注的熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 智慧；地下綜合管廊；管理平臺(tái)

智慧地下綜合管廊是以各類智能化監(jiān)控設(shè)備為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)融合分析應(yīng)用為手段，結(jié)合智能傳感、3S（GIS、GPS、RS）和三維建模等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊各類信息的快速、準(zhǔn)確、可靠的收集與處理，并在統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)上展現(xiàn)和操作。

2015年8月10日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》，明確提出到2020年建成一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的地下綜合管廊并投入運(yùn)營(yíng)的工作目標(biāo)。近兩年，地下綜合管廊在我國(guó)發(fā)展迅速，試點(diǎn)城市管廊項(xiàng)目依照新的設(shè)計(jì)規(guī)范，建設(shè)逐步落地。

1 智慧地下綜合管廊關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于SOA架構(gòu)的系統(tǒng)技術(shù)框架。SOA基于業(yè)務(wù)需求對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用?；赟OA構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)，能夠同時(shí)支持Java EE和.NET等平臺(tái)和相應(yīng)的Java、C#等多種開發(fā)工具，有效地解決了與原有應(yīng)用的有效銜接，能迅速、可靠地架構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從而解決不同行業(yè)之間數(shù)據(jù)以及國(guó)土等部門的不同的格式數(shù)據(jù)的共享交換和管理。

（2）地理信息技術(shù)。利用地理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱GIS），通過聚合和疊加將各類資源數(shù)據(jù)整合在一張地圖上，利用系統(tǒng)的空間查詢定位能力、空間統(tǒng)計(jì)分析能力和直觀生動(dòng)的信息展現(xiàn)能力，為輔助決策分析、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、管廊資源查看分布等提供更為豐富的信息服務(wù)支持，從而能夠提高管理的高效性和科學(xué)性。

（3）信息安全技術(shù)。地下綜合管廊信息涉及敏感信息，從宏觀管廊資源位置信息，到總體管廊管線布局，有必要采用信息安全技術(shù)進(jìn)行處理，以防信息泄露。

（4）大數(shù)據(jù)技術(shù)。管廊各種設(shè)施資源和運(yùn)行數(shù)據(jù)既包括關(guān)系型數(shù)據(jù)，也包括各種等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)量大，查詢分析復(fù)雜等特點(diǎn)，需要采用大規(guī)模并行處理、數(shù)據(jù)挖掘、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)以及可擴(kuò)展的存儲(chǔ)系統(tǒng)等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以滿足地下綜合管廊智能化管理業(yè)務(wù)的需要。

（5）移動(dòng)通信技術(shù)。通過移動(dòng)通信技術(shù)手段，業(yè)務(wù)人員可使用智能終端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并及時(shí)將信息回傳給服務(wù)端，極大方便業(yè)務(wù)人員開展工作。

2 智慧市政綜合監(jiān)管平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧地下綜合管廊管理平臺(tái)建設(shè)以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集為基礎(chǔ)，結(jié)合綜合業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)與管理，保證綜合管廊健康穩(wěn)定的運(yùn)行，為突發(fā)事故的響應(yīng)與決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，降低因管廊事故造成的人員生命與財(cái)產(chǎn)的損失。項(xiàng)目體系結(jié)構(gòu)采用分層的模式，從下至上的分層分別是：

（1）物聯(lián)網(wǎng)層。物聯(lián)網(wǎng)層主要為傳感設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)，傳感設(shè)備包括管廊管線運(yùn)行監(jiān)測(cè)所需的傳感器（壓力傳感器、溫濕度傳感器、泄露傳感器、流量傳感器、視頻傳感器、紅外傳感器、在線沉降傳感器等）以及相應(yīng)配套終端，感知管廊的運(yùn)行狀態(tài)，收集管廊內(nèi)的各種數(shù)據(jù)[2]。通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)調(diào)研情況采用多種網(wǎng)絡(luò)混合模式傳輸，以達(dá)到節(jié)省、方便的目的。物聯(lián)網(wǎng)層設(shè)計(jì)堅(jiān)持實(shí)用、適度的原則，根據(jù)管廊管線的分布情況，精心選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能和性能，發(fā)揮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值。

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層包括六大專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、管廊數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、三維模型庫(kù)、分析數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）應(yīng)用支撐層。應(yīng)用支撐層建立于數(shù)據(jù)層之上，是對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、物聯(lián)網(wǎng)接入的統(tǒng)一管理和提供上層的各種服務(wù)，應(yīng)用支撐層設(shè)計(jì)的原則是開放、統(tǒng)一、共享、交換，是一次性的投入，可支持不同物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)的接入，也可在此基礎(chǔ)上搭建目前設(shè)計(jì)的應(yīng)用展示層兩個(gè)平臺(tái)外的其他平臺(tái)。

（4）應(yīng)用展示層。應(yīng)用展示層是指在滿足地下管廊和智慧管網(wǎng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上而開發(fā)部署的信息管理系統(tǒng)，包括：地下管廊智能化監(jiān)控平臺(tái)和智慧管網(wǎng)綜合監(jiān)管平臺(tái)。地下管廊智能化監(jiān)控平臺(tái)主要對(duì)地下管廊的運(yùn)行情況監(jiān)控管理，及時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行日常的巡查養(yǎng)護(hù)，分析預(yù)警，對(duì)預(yù)警事件進(jìn)行日常處理和應(yīng)急處置；智慧管網(wǎng)綜合監(jiān)管平臺(tái)是指對(duì)新區(qū)排水、供水、井蓋、燃?xì)獾刃袠I(yè)管網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)新區(qū)整體管網(wǎng)運(yùn)行和維護(hù)情況綜合分析和安全預(yù)警。

3 智慧管廊管理平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)管廊區(qū)域進(jìn)入口、周界、閥門控制區(qū)等重點(diǎn)部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保各區(qū)域場(chǎng)所情況進(jìn)行全面有效的掌控，總控中心根據(jù)需要可以隨時(shí)查看轄區(qū)內(nèi)任意一路或多路視頻，實(shí)現(xiàn)視頻的錄制、回放、抓拍等功能。當(dāng)出現(xiàn)意外情況時(shí)能翔實(shí)清晰的記錄所有的事件經(jīng)過，以便日后查對(duì)和取證。

（2）溫濕度傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。溫濕度傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換部分和監(jiān)控中心組成。轄區(qū)內(nèi)安裝溫濕度傳感設(shè)備，采用專業(yè)溫濕度傳感器，溫濕度傳感器感應(yīng)管廊環(huán)境溫濕度，通過數(shù)據(jù)通信模塊將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心解析溫濕度數(shù)據(jù)，并溫濕度是否正常；若溫濕度異常，則發(fā)送報(bào)警信息，異常報(bào)警。

（3）水位傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水位傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由水位傳感器、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換部分和監(jiān)控中心組成。管廊內(nèi)安裝水位傳感設(shè)備，通過 PLC將水位數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心解析水位數(shù)據(jù)，并水位是否正常；若水位異常，則發(fā)送報(bào)警信息， 異常報(bào)警。

（4）氣體傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。氣體傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有由氣體傳感器、數(shù)據(jù)集控器、通信平臺(tái)和監(jiān)控中心等幾個(gè)部分組成。主要檢測(cè)氣體包括：氧氣、硫化氫、甲烷等。

（5）火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以在第一時(shí)間監(jiān)測(cè)預(yù)警管廊內(nèi)火災(zāi)發(fā)生情況，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)火災(zāi)位置。管廊內(nèi)火災(zāi)監(jiān)控一般屬于長(zhǎng)距離、狹窄空間內(nèi)火災(zāi)監(jiān)測(cè)，廊內(nèi)高壓電力管線屬于火災(zāi)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域；另外，如果燃?xì)夤芫€入廊，燃?xì)庑孤┰斐傻幕馂?zāi)危害巨大，必須考慮火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：光纖測(cè)溫系統(tǒng)、溫度傳感系統(tǒng)、煙霧傳感系統(tǒng)等。

（6）入侵監(jiān)控系統(tǒng)。入侵監(jiān)控系統(tǒng)主要是智能化管理管廊內(nèi)和監(jiān)控管理中心人員進(jìn)出情況，防止非法入侵。包括管廊進(jìn)出口處井蓋設(shè)備監(jiān)控和監(jiān)控中心門禁系統(tǒng)；同時(shí)，監(jiān)控中心門禁系統(tǒng)可與人員上下班考勤系統(tǒng)整體考慮，統(tǒng)一建設(shè)。

（7）環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行有其需要的環(huán)境，管廊內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)，影響設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和使用壽命；另外，燃?xì)夤芫€泄漏的天然氣有可能發(fā)生火災(zāi)隱患，污水堆積反應(yīng)產(chǎn)生的有毒有害氣體，有可能對(duì)進(jìn)入管廊的人員造成人身傷害。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)控管廊內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，了解設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，保證進(jìn)入管廊人員人身安全。環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括溫度、濕度、有害氣體、氧氣含量等。

（8）標(biāo)簽定位系統(tǒng)。標(biāo)簽定位系統(tǒng)提供管廊內(nèi)標(biāo)簽定位、關(guān)鍵設(shè)備RFID標(biāo)簽定位，為管廊業(yè)務(wù)巡檢提供位置信息。標(biāo)簽系統(tǒng)采用符合管線管理單位要求的標(biāo)志、標(biāo)識(shí)進(jìn)行區(qū)分，標(biāo)志、標(biāo)識(shí)應(yīng)設(shè)置在醒目位置，標(biāo)明管線屬性、規(guī)格、產(chǎn)權(quán)單位名稱、緊急聯(lián)系電話。

（9）智能機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)。智能化監(jiān)控機(jī)器人搭載攝像設(shè)備、氣體傳感器，可進(jìn)入比較危險(xiǎn)的事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，或者在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)作業(yè)人員的工作起到監(jiān)督作用。智能機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)提供移動(dòng)智能監(jiān)控服務(wù)，通過在智能機(jī)器人上加裝不同在線監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)部智能巡查。智能機(jī)器人監(jiān)測(cè)信息可以通過管廊內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

（10）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)真實(shí)展示管廊情況，實(shí)現(xiàn)管廊PC端直觀可視化展示，包括管廊艙室架構(gòu)、入廊管線、閥門、儀表設(shè)備等真三維立體展示。搭建綜合管廊三維管理平臺(tái)，為后續(xù)新建管廊模型接入、管廊數(shù)據(jù)更新提供統(tǒng)一平臺(tái)環(huán)境。并且可以查看各種傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)。

（11）應(yīng)急指揮響應(yīng)系統(tǒng)。應(yīng)急指揮響應(yīng)系統(tǒng)為滿足排查管廊安全隱患、管廊發(fā)生緊急事故快速反應(yīng)的需要，實(shí)現(xiàn)人員、資源、設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)綜合控制管理，輔助分析決策、指揮調(diào)度的信息化系統(tǒng)，包括隱患排查、事故確定、事故分析、事故處理和事故總結(jié)的全系列處理流程，需要集成管廊及周邊環(huán)境空間數(shù)據(jù)、危險(xiǎn)源數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)影像數(shù)據(jù)，以及應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行綜合處置。

4 結(jié)束語

管理機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立是智慧地下管廊建設(shè)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，如何在管理部門和業(yè)務(wù)部門之間進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，需要各部門之間達(dá)成共識(shí)，形成管理機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指導(dǎo)各有關(guān)部門共同遵循?？紤]到現(xiàn)實(shí)中重建設(shè)、輕運(yùn)維的實(shí)際情況，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)既要為系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)在資金、人力等資源投入上做明確規(guī)劃，也要有系統(tǒng)投入運(yùn)行后的相關(guān)安排。只有這樣才能確保智慧地下綜合管廊管理平臺(tái)建設(shè)的最后成功。

參考文獻(xiàn)

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