基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

徐偉 沙萬里 封立林

摘? 要：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是保障工廠健康運行和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，本文對基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)進行研究應(yīng)用。本文從感知層布設(shè)、網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置、應(yīng)用層設(shè)計三個方面對基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用進行論述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使管與控相結(jié)合，建立起智能化、便利化的遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);地下管網(wǎng);系統(tǒng)應(yīng)用

1 引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實等新技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域也在跟隨時代發(fā)生驚人的變革，數(shù)字化工廠的建設(shè)需求越來越迫切。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，建立涵蓋工廠規(guī)劃與設(shè)計、工廠運行與運營管理的數(shù)字化系統(tǒng)是必然趨勢。信息化管理讓地下管網(wǎng)的科學管理變?yōu)楝F(xiàn)實，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將給地下管管的信息化管理插上一對有力的翅膀，產(chǎn)生更大的飛躍?；诠I(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是一種針對地下管網(wǎng)監(jiān)測管理及應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用三維GIS可視化平臺，對各種管線及管井運行狀態(tài)及環(huán)境情況進行實時監(jiān)測，通過與巡檢及各管線單位既有應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合，建立安全隱患預(yù)警系統(tǒng)和安全應(yīng)急管理系統(tǒng)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡稱“IOT Tech”，是通過射頻識別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器，溫度、壓力、流量、震動、位移采集器，紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將“物”或研究目標與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，通過各種無線和（或）有線的長距離和（或）短距離通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)互聯(lián)互通、實時在線監(jiān)測、調(diào)度指揮、報警聯(lián)動、遠程控制、遠程維保、在線升級等管理和服務(wù)功能。

3 基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實踐，首先要建立起比較合理的應(yīng)用模型架構(gòu)（如圖3-1），然后再細化設(shè)計和布設(shè)各個環(huán)節(jié)和流程。針對工廠管網(wǎng)信息化管理，重點是根據(jù)實際要求，有針對性地或者個性化地合理設(shè)計“感知層”和“應(yīng)用層”：

3.1感知層布設(shè)

要想把基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)納入物聯(lián)網(wǎng)平臺，首先要把基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)測、管控對象變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)的“物”，使其能夠與物聯(lián)網(wǎng)建立連接和對話（數(shù)據(jù)通信）。通過加入各種傳感器把普通的“物”升級為物聯(lián)網(wǎng)中的“物”。因此，關(guān)鍵是如何恰當?shù)夭荚O(shè)傳感器，完成對被監(jiān)控管線的布局走向、定時（實時）狀態(tài)信息的采集。各種管線監(jiān)控的傳感層布設(shè)原理架構(gòu)基木類似，區(qū)別是：不同的管線需要關(guān)注和監(jiān)測的信息不一樣，根據(jù)不同的需求布設(shè)相應(yīng)的傳感器（采集設(shè)備）。布設(shè)位置要合理，還要結(jié)合在實際使用中測量的經(jīng)驗值，理論聯(lián)系實際地設(shè)定監(jiān)測報警限值;有些參數(shù)要通過定期檢定，并結(jié)合流向、流量等因素來判斷其狀態(tài)是否完好。在管線的不同位置合理布設(shè)這些設(shè)備，并對它們統(tǒng)一編號（可識別的唯一網(wǎng)絡(luò)ID號）。如果布設(shè)的是智能采集設(shè)備，它可能自帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和傳輸功能，可以直接聯(lián)網(wǎng);如果布設(shè)的是簡單的傳感器，就需要配備專門的智能模塊或者把信號接人數(shù)據(jù)采集終端統(tǒng)一處理，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和傳輸，連接到互聯(lián)網(wǎng)，從而建立起管線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置

處于“感知層”和“應(yīng)用層”之間的是“網(wǎng)絡(luò)層”，作為“監(jiān)控目標”與“監(jiān)控中心”（或“監(jiān)控者”）之間的通路，主要完成通路兩端之間的數(shù)據(jù)傳輸。目前，數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式和收發(fā)、傳輸流程設(shè)計成行業(yè)標準化的模式，并嚴格遵守標準通訊協(xié)議，就可以成功接人幾種通用的網(wǎng)絡(luò)平臺進行數(shù)據(jù)傳輸。針對基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)，也是如此。

網(wǎng)絡(luò)層的近距離數(shù)據(jù)傳輸主要是指數(shù)據(jù)采集終端（“感知層”）的數(shù)據(jù)發(fā)送，通過有線或無線通信方式將采集到的信息發(fā)送到標準的網(wǎng)絡(luò)平臺。網(wǎng)絡(luò)層的遠距離數(shù)據(jù)傳輸主要以廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)中標準化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強、最成熟的部分。運用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使信息可以按照設(shè)計要求遠距離傳輸，并順利到達指定的應(yīng)用系統(tǒng)中。我國無線通信網(wǎng)絡(luò)主要有4G、WLAN、LTE、GPRS。網(wǎng)絡(luò)層的遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、功耗、正確率、保密性、抗干擾性等由網(wǎng)絡(luò)平臺自身的性能來保障，并受限于其在當今社會的技術(shù)發(fā)展水平。

3.3應(yīng)用層設(shè)計

“感知層”是管網(wǎng)信息化監(jiān)控管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)，不僅要“管”，更要“控”;不能僅僅滿足于GIS地理信息系統(tǒng)和資源網(wǎng)的被動查詢方式，而是要把管理功能體現(xiàn)為主動（自動）的“查”、“管”、“控”、“維”、“升”等方面，實現(xiàn)對所關(guān)注的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)對象進行在線監(jiān)測、實時（定時）查詢、在線控制、在線維護、在線升級等功能，和對一些管網(wǎng)故障和災(zāi)情進行預(yù)警、報警等功能。并不是所有管線的所有信息都可以非常恰當?shù)夭荚O(shè)相應(yīng)的傳感器來監(jiān)測，要考慮監(jiān)測的需求、監(jiān)測的必要性和監(jiān)測成本，以及客觀的物質(zhì)條件和技術(shù)條件。要充分利用管線中原有的設(shè)備，比如，調(diào)壓器、流量計、控制閥等。在應(yīng)用實踐中，不斷地積累經(jīng)驗，提高技術(shù)水平，不斷地改進和完善，使感知層布設(shè)、應(yīng)用層設(shè)計，以及整個智能化監(jiān)控系統(tǒng)的完善逐漸達到比較理想的狀態(tài)。

總結(jié)

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是保障工廠健康運行和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可是，目前我國基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)工作存在很大缺陷，必須盡快對它進行科學、有效的管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以讓地下管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的飛躍，管與控相結(jié)合，建立起智能化、便利化的遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。但是新技術(shù)的應(yīng)用要以成本和效率優(yōu)先，以客觀條件和現(xiàn)實需要為出發(fā)點，不能只是噱頭。

參考文獻

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