淺談某項目綜合管廊運維管理平臺的設(shè)計

任國華，姜 川

(中國城市發(fā)展規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，北京 100120)

0 引言

綜合管廊工程是美化城市環(huán)境、節(jié)約土地資源、促進(jìn)城市一體化快速發(fā)展、提高城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的設(shè)施。相對于傳統(tǒng)的地下管線建設(shè)及管理工作，管廊運維存在多種管線入廊、設(shè)備種類繁多、地下環(huán)境及內(nèi)部空間復(fù)雜、控制系統(tǒng)繁多等特點，這些都給管廊建設(shè)及后期維護(hù)管理工作帶來運維成本高、管理工作分散、安全管理難度大等問題。目前大多數(shù)管廊運管中心一體化平臺建設(shè)，基本都能完成多系統(tǒng)的統(tǒng)一接入，其中包括環(huán)境、消防、 視頻、對講、巡查等，但是各個系統(tǒng)獨立，未能實現(xiàn)應(yīng)用聯(lián)動，導(dǎo)致運管中心所需操作人員多、所需學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)多，培訓(xùn)成本高的同時系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)用繁瑣復(fù)雜。

因此，運維管理平臺的建設(shè)需要利用先進(jìn)成熟的計算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、定位技術(shù)、通訊技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對綜合管廊的進(jìn)行全面的智慧化管理，實現(xiàn)對綜合管廊的實時監(jiān)控、動態(tài)管理，為綜合管廊運維工作提供完整、準(zhǔn)確的信息支撐。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

管廊內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵、環(huán)境監(jiān)測傳感器、設(shè)備監(jiān)控傳感器等設(shè)備接入配控間的PLC中，使用工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與管廊內(nèi)配控間PLC相連，通過環(huán)網(wǎng)接入到主控室核心交換機(jī)，與上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于采集配控間PLC 設(shè)備中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行儲存和轉(zhuǎn)發(fā)給管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺。其中，火災(zāi)自動報警子系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、防爆手機(jī)直接通過各自的專用網(wǎng)絡(luò)接入管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺，所有系統(tǒng)由平臺進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測、控制、分析和管理。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 方案系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 管廊監(jiān)控運維管理軟件平臺

系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)都要從整體和系統(tǒng)的角度考慮其角色和作用，有效地利用最新三維引擎技術(shù)、BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，實現(xiàn)項目基本信息與空間數(shù)據(jù)的結(jié)合，建成信息共享、集成的、綜合的管廊管理信息化作業(yè)管理平臺，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會效益的最大化。系統(tǒng)的設(shè)計框架基于三層體系結(jié)構(gòu)——感知傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層。這種體系結(jié)構(gòu)無論從平臺的角度還是從開發(fā)的方面，均是一個結(jié)構(gòu)靈活、便于調(diào)整的應(yīng)用體系。而對整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問、共享等通過組件層進(jìn)行封裝，各個應(yīng)用可以基于組件迅速搭建。系統(tǒng)框架見圖2。

服務(wù)應(yīng)用層：應(yīng)用層為各業(yè)務(wù)模塊系統(tǒng)，為整體管廊的運維運營工作提供應(yīng)用服務(wù)支撐。其中Web應(yīng)用采用響應(yīng)式前端框架進(jìn)行開發(fā)，因此可適用于PC、Pad、手機(jī)等不同設(shè)備。

服務(wù)接口層：通過業(yè)務(wù)服務(wù)接口向上為應(yīng)用，如可視化監(jiān)控系統(tǒng)、決策分析、運營中心、運維中心、運行監(jiān)控、巡檢APP、決策APP等提供接口支撐，并通過數(shù)據(jù)交換接口為智慧城市平臺以及各管線單位提供數(shù)據(jù)共享與交換服務(wù)。

融合層：將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合處理，其中業(yè)務(wù)融合引擎將各子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行融合處理，數(shù)據(jù)融合引擎將各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，可視化融合引擎將空間數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理。

數(shù)據(jù)層：采用高速數(shù)據(jù)緩存和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲，其中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為各子系統(tǒng)中需要進(jìn)行融合處理的業(yè)務(wù)型數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)主要包括BIM數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場接口層：通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口向下連接現(xiàn)場子系統(tǒng)。其中，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口服務(wù)可接收來自子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，事件接口服務(wù)可接收來自子系統(tǒng)的事件告警數(shù)據(jù)，現(xiàn)場控制接口可對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3 管廊控制中心硬件系統(tǒng)

綜合管廊管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)，SCADA系統(tǒng)是管理系統(tǒng)的前端，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為后臺為分析管理提供數(shù)據(jù)支撐。管理系統(tǒng)將各地分散的數(shù)據(jù)集中匯總，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲、展示、報警預(yù)警、智能聯(lián)動等綜合監(jiān)控和運營維護(hù)功能。系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖3。

圖3 功能架構(gòu)圖

(1)數(shù)據(jù)采集：搭建統(tǒng)一的信息平臺，采集匯總環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控、安防監(jiān)控、有線通訊和火災(zāi)自動報警等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。部署的監(jiān)控軟件支持不同生產(chǎn)商制造的硬件設(shè)備，可實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的通訊，同時支持特殊設(shè)備、系統(tǒng)通訊接口的開發(fā)。

(2)數(shù)據(jù)存儲：工業(yè)數(shù)據(jù)庫對各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行高性能的壓縮和存儲，對海量的基礎(chǔ)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，為科學(xué)管理決策提供支持。

(3)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控：將防火分區(qū)和I/O站作為監(jiān)控單元，繪制管廊3D效果圖，動畫模擬每個防火分區(qū)設(shè)備運行狀況。將從各個子系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，結(jié)合防火分區(qū)的視頻監(jiān)控，讓值班人員能夠直觀地查看系統(tǒng)運行信息，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，提高對整個管廊維護(hù)管理的效率。

(4)數(shù)據(jù)匯總：通過數(shù)據(jù)列表的方式實時對各防火分區(qū)和I/O站重點監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，值班人員可隨時查看系統(tǒng)重要監(jiān)測信息列表，并可將當(dāng)前時刻監(jiān)測信息列表保存為電子文檔或直接打印，從而實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的保存。

(5)安防入侵：作為防盜報警入侵系統(tǒng)，可防止非法入侵或禁止未授權(quán)進(jìn)入。每個防火分區(qū)入孔處均設(shè)有紅外報警探頭，I/O站設(shè)紅外報警探頭。報警系統(tǒng)布防后，若有人進(jìn)入管廊、I/O站，則觸發(fā)報警，以便管理人員及時獲知報警信息，并通知現(xiàn)場巡查人員及時處理。

(6)消防報警：消防系統(tǒng)主要探測管廊內(nèi)有無火災(zāi)發(fā)生，并形成報警信息。以單個防火分區(qū)為例，每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)有多個手報、感溫電纜、一個聲光報警器(警鈴)。感溫電纜用于自動探測管廊內(nèi)電力電纜的溫度，在溫度過高或發(fā)生火災(zāi)時，形成報警信息傳送給消防主機(jī)。當(dāng)巡查人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)警情時，可按下手報將報警信息傳送給報警主機(jī)。

(7)人員定位：當(dāng)管廊內(nèi)管線發(fā)生緊急事件時，利用廊內(nèi)實時高精度定位設(shè)備，能準(zhǔn)確判斷故障點位置，便于對其進(jìn)行及時搶修及制定解決方案。通過定位標(biāo)簽與定位終端的集成，根據(jù)標(biāo)簽標(biāo)識輸入人員信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；當(dāng)人員進(jìn)入定位區(qū)域，定位標(biāo)簽通過定位基站將實時定位數(shù)據(jù)傳回后臺服務(wù)中心，后臺服務(wù)中心通過優(yōu)化的高精度定位算法，解算出設(shè)備和人員精確的實時位置信息及運動軌跡，并將位置信息在室內(nèi)地圖上顯示。

(8)巡查管理：結(jié)合地圖查看巡查路線，并可對巡查路線進(jìn)行設(shè)置和更改。通過通訊系統(tǒng)可實時對巡查人員下達(dá)指令，調(diào)取歷史數(shù)據(jù)分析可以對巡查人員進(jìn)行考核，判斷其工作質(zhì)量。

(9)無線通訊系統(tǒng)：該系統(tǒng)能實現(xiàn)廊下無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為智慧管廊建設(shè)、無線可視對講、數(shù)據(jù)傳輸提供硬件基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)將提供管廊內(nèi) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)模塊，實現(xiàn)管廊內(nèi)無線局域網(wǎng)信號的均勻分布，便于移動巡檢、移動辦公業(yè)務(wù)的順利開展。無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋系統(tǒng)主要由無線AP、無線AC、工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、工業(yè)POE交換機(jī)以及電源、機(jī)柜等組成。無線通信系統(tǒng)與人員定位系統(tǒng)相結(jié)合，組成基于“智慧線”安防通信一體化系統(tǒng)。

智能手機(jī)可就近接入到智慧線，通過專用信道實現(xiàn)全雙工的語音通信，保證通信質(zhì)量，同時不占用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶。系統(tǒng)采用多點服務(wù)的移動性管理策略，實現(xiàn)手機(jī)的全網(wǎng)無縫漫游，形成語音通信“專網(wǎng)”，系統(tǒng)可對智能手機(jī)實現(xiàn)精確定位。

(10)電子井蓋：顯示井蓋基本信息和狀態(tài)，并進(jìn)行井蓋資產(chǎn)管理，異常狀態(tài)可進(jìn)行報警，提醒相關(guān)人員處理。

(11)視頻監(jiān)控：在各防火分區(qū)、I/O站、監(jiān)控中心都安裝有視頻攝像機(jī)，系統(tǒng)可嵌入視頻監(jiān)控信息，可選擇查看對應(yīng)區(qū)域的視頻監(jiān)控，并可對攝像機(jī)云臺進(jìn)行控制。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生報警時，根據(jù)報警類型和報警級別自動彈出對應(yīng)區(qū)域視頻監(jiān)控，方便值班人員及時對報警進(jìn)行確認(rèn)和處理。

(12)智能聯(lián)動：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生報警時，系統(tǒng)自動判斷發(fā)生報警的類型和位置，對報警級別較高的報警信息，根據(jù)預(yù)定預(yù)案進(jìn)行視頻聯(lián)動和相應(yīng)的聯(lián)動控制。

4 結(jié)束語