談市政地下管線遠(yuǎn)程探測設(shè)備的配置要求

張 勝 國

(煙臺市地理信息中心，山東 煙臺 264002)

0 引言

市政地下管線探測涉及城市地下給排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信、工業(yè)(油氣)、化糞池等等管線及其附屬設(shè)施的氣體濃度、管道泄漏與第三方破壞等方方面面。做好市政地下管線的探測工作意義重大。市政地下管線探測需要借助探測設(shè)備，探測設(shè)備的配置和性能在其中起著舉足輕重的作用，尤其是遠(yuǎn)程探測設(shè)備。下面就市政地下管線遠(yuǎn)程探測設(shè)備配置問題談?wù)剛€人的一些淺陋的看法和認(rèn)識。

1 探測設(shè)備的架構(gòu)要求

系統(tǒng)部署架構(gòu)應(yīng)合理，系統(tǒng)應(yīng)由感知終端設(shè)備與管控平臺構(gòu)成。系統(tǒng)部署架構(gòu)涉及用戶群體U；市政地下管線遠(yuǎn)程探測設(shè)備管控平臺P；地下管線云計算中心C；負(fù)載系統(tǒng)L；集群服務(wù)器(S1，S2)；數(shù)據(jù)庫B1；數(shù)據(jù)傳輸(有線+無線)D1；感知終端設(shè)備(T1，T2，T3，T4，T5)。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)應(yīng)合理，系統(tǒng)軟件架構(gòu)應(yīng)該由感知層、基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層以及用戶層組成[1]。系統(tǒng)軟件架構(gòu)涉及用戶層UL；公眾用戶UP；市政用戶UM；應(yīng)急用戶UE；決策用戶UD；應(yīng)用層AL；市政地下管線遠(yuǎn)程探測設(shè)備管控平臺S1；WebAPI(供第三方軟件調(diào)用)W1；消息中間件數(shù)據(jù)整合(如RabbitMQ或其他中間件)R1；數(shù)據(jù)層D1；濃度數(shù)據(jù)DC；光纖感知數(shù)據(jù)DP；環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)DE1；水位監(jiān)測數(shù)據(jù)DW；設(shè)備報警數(shù)據(jù)DE2；基礎(chǔ)層BL；云服務(wù)器硬件SH；數(shù)據(jù)庫軟件DS；網(wǎng)絡(luò)設(shè)施NF；安全設(shè)施SF；感知層PL；甲烷濃度監(jiān)測MM；硫化氫濃度監(jiān)測MH；氧氣濃度監(jiān)測MO；一氧化碳濃度監(jiān)測MC；氨氣濃度監(jiān)測MA；氯氣濃度監(jiān)測MC2；二氧化碳濃度監(jiān)測MC3；光纖振動傳感器SS；光纖溫度傳感器ST；光纖應(yīng)變傳感器SO；環(huán)境參數(shù)監(jiān)測MP；水位監(jiān)測MS；氣體濃度監(jiān)測MG；光纖傳感監(jiān)測主機(jī)HO。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)應(yīng)基于Hadoop體系的大數(shù)據(jù)架構(gòu)，其通過感知層捕獲各類異構(gòu)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)層；經(jīng)過數(shù)據(jù)層的各類數(shù)據(jù)清洗和消息中間件處理工作；應(yīng)用層通過數(shù)據(jù)接口或服務(wù)方式調(diào)取應(yīng)用；最終提供給用戶層使用。

系統(tǒng)安全應(yīng)符合相關(guān)要求。系統(tǒng)安全的基本要求包括以下8個方面，即應(yīng)在中央調(diào)度室中建立監(jiān)控中心，以集中管理整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營。應(yīng)建立各種完美的規(guī)則和規(guī)定，配置一個負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的特殊人員，及時更新網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)動態(tài)跟蹤和網(wǎng)絡(luò)安全程序。應(yīng)加強(qiáng)安全維護(hù)，并巡邏檢查網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。局域網(wǎng)應(yīng)分為多個VLAN，控制網(wǎng)絡(luò)流量，增加網(wǎng)絡(luò)效率，并防止網(wǎng)絡(luò)竊聽。不同的VLAN，安全級別可以不同，網(wǎng)絡(luò)管理VLAN應(yīng)該設(shè)置網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)管理設(shè)備，并且訪問控制表應(yīng)用于訪問權(quán)限限制。用于為用戶提供服務(wù)的重要服務(wù)器應(yīng)關(guān)閉不需要打開的服務(wù)端口，應(yīng)限制用戶操作權(quán)限以防止非法操作。應(yīng)限制用戶的權(quán)限，以便非法用戶無法訪問系統(tǒng)管理員的密碼進(jìn)而防止非法用戶損壞系統(tǒng)。用戶的安全意識應(yīng)注重培養(yǎng)，應(yīng)加強(qiáng)密碼管理，限制用戶使用易解密的密碼，使非法用戶無法猜測用戶名。

傳輸線路應(yīng)符合相關(guān)安全要求。系統(tǒng)傳輸線路安全涉及以下三方面問題，即應(yīng)保證前端采集子系統(tǒng)的傳輸采用專網(wǎng)線路傳輸穩(wěn)定；核心層與匯聚層應(yīng)采用千兆光網(wǎng)絡(luò)對接；核心層交換機(jī)應(yīng)采用2臺交換機(jī)做雙熱備，保證傳輸網(wǎng)絡(luò)的冗余備份及不間斷傳輸。

數(shù)據(jù)安全應(yīng)符合相關(guān)要求。數(shù)據(jù)安全涉及以下4方面問題，即應(yīng)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行周期性數(shù)據(jù)備份；應(yīng)采用專業(yè)存儲的方式，在核心匯集層中心節(jié)點(diǎn)，對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余備份；對于存儲的數(shù)據(jù)應(yīng)采用加密的方式，確保信息的完整性；應(yīng)建立完整的與本地系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫浞輵?yīng)用系統(tǒng)[2]。

軟件安全應(yīng)符合相關(guān)要求。軟件安全涉及以下四個方面，即應(yīng)由中央平臺進(jìn)行身份驗(yàn)證并轉(zhuǎn)發(fā)控制指令和合法用戶操作說明，前端設(shè)備僅接收來自中央平臺的法律指令，并且其他設(shè)備發(fā)送的控制指令被拒絕以防止其他設(shè)備接收和篡改非法設(shè)備控制的說明。遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)采用完美的密碼權(quán)限認(rèn)證系統(tǒng)，通過客戶端特殊軟件，權(quán)限集中認(rèn)證管理，驗(yàn)證用戶的合法性，阻斷未授權(quán)用戶訪問，防止非法使用和操作，并應(yīng)打開第三方認(rèn)證界面以滿足特殊行業(yè)用戶的需求。遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)采用數(shù)字水印技術(shù)，以確保真實(shí)的圖像數(shù)據(jù)，確保其不被篡改、假冒。系統(tǒng)應(yīng)具有完整的日志管理功能，并記錄系統(tǒng)中所有設(shè)備的操作記錄，并且無法更改所有日志記錄。

機(jī)房安全應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。機(jī)房安全涉及以下四方面問題，即機(jī)房應(yīng)該采用專門的監(jiān)控系統(tǒng)并接入整個監(jiān)控專網(wǎng)；應(yīng)該在機(jī)房設(shè)立空調(diào)，對機(jī)房進(jìn)行裝修，保證機(jī)房的環(huán)境；應(yīng)通過指紋門禁系統(tǒng)，對機(jī)房進(jìn)行統(tǒng)一管理；應(yīng)該設(shè)立專門的UPS，保證系統(tǒng)電源的穩(wěn)定及不間斷地運(yùn)行。

2 探測設(shè)備的基本技術(shù)要求

探測設(shè)備應(yīng)滿足必要的條件，這些條件可概括為以下9個方面，即設(shè)備應(yīng)滿足兩種及兩種以上氣體監(jiān)測要求；探測光纖的物理特性指標(biāo)應(yīng)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；在進(jìn)行地下管線探測工作時不應(yīng)對管線進(jìn)行開挖；應(yīng)滿足環(huán)境的溫度、濕度、腐蝕性等要求；設(shè)備氣路部分的防爆形式應(yīng)采用本質(zhì)安全型或本質(zhì)安全兼隔爆型；設(shè)備使用期限一般是三年，當(dāng)環(huán)境苛刻或在特殊情況時，可以適當(dāng)調(diào)整。設(shè)備設(shè)置應(yīng)該是打開的，符合某些特權(quán)的用戶可以根據(jù)需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)。設(shè)備應(yīng)具有可擴(kuò)展功能，以滿足監(jiān)測指標(biāo)的擴(kuò)展需求。該設(shè)備應(yīng)根據(jù)規(guī)定的程序和國家授權(quán)檢查機(jī)構(gòu)制造。設(shè)備的外觀和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合相關(guān)要求。設(shè)備顯示的數(shù)字、符號應(yīng)清楚并完整,不應(yīng)該有腐蝕、涂層或涂覆的泡沫、裂縫、劃痕、毛刺和其他機(jī)械損傷。該設(shè)備應(yīng)合理耐用。應(yīng)該有適用于懸浮或載體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。每個部件應(yīng)可靠、堅(jiān)固，緊固部件應(yīng)沒有松動。纖維振動傳感器和信號處理器的連接器應(yīng)無松動地固定。插件和零件應(yīng)采取防腐措施，涂層和電鍍層應(yīng)均勻、堅(jiān)固和匹配。印刷電路板應(yīng)涂有三個防御(防腐、防霉菌和防潮)涂料。遠(yuǎn)程傳輸符合相關(guān)要求。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用具備檢查功能的通信協(xié)議，并且能夠可以及時校正發(fā)送錯誤的分組?？梢灾С蛛娎|通信(ADSL/ISDN/光纖等)和無線通信(GSM-SMS/CDMA/GPRS,LoRa,NB-IOT,ZigBee、無線電臺，衛(wèi)星通訊等)。設(shè)備采用GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸時，應(yīng)用2G/3G/4G/5G專用無線基帶通訊模塊，支持4頻：GSM850/900MHz/1 800 MHz/1 900 MHz頻率。設(shè)備應(yīng)具備模擬量、數(shù)字量、標(biāo)準(zhǔn)串行口(RS485/RS232)接口、并行數(shù)據(jù)接口、USB數(shù)據(jù)通訊接口等。

設(shè)備功能應(yīng)符合相關(guān)要求。氣體監(jiān)測功能應(yīng)符合以下2條要求，即設(shè)備應(yīng)根據(jù)實(shí)際接入的氣體傳感器類型及對應(yīng)預(yù)警閾值/報警閾值進(jìn)行配置,當(dāng)設(shè)備監(jiān)測到氣體傳感器濃度超預(yù)警閾值或報警閾值時應(yīng)發(fā)出報警；設(shè)備在氣體傳感器超預(yù)警閾值時應(yīng)密集采集信息，啟動抽排裝置或生物原液投放裝置，降低毒害易爆氣體濃度。圖像采集功能應(yīng)對設(shè)備周邊環(huán)境進(jìn)行視頻監(jiān)控、錄像。人臉抓拍功能應(yīng)符合要求，當(dāng)有人員進(jìn)入設(shè)備監(jiān)視范圍時，應(yīng)對其人臉進(jìn)行抓拍，存儲。一鍵報警功能應(yīng)可靠，在設(shè)備附近有人員違法犯罪活動，受害人員/求助人員可以通過一鍵報警裝置進(jìn)行報警，取得平臺人員幫助。語音雙向?qū)χv功能應(yīng)通暢，設(shè)備向平臺發(fā)起對講請求時，管理平臺人員接通呼叫線路，智能設(shè)備和管理平臺可進(jìn)行雙向語音對講，管理平臺同時具備視頻監(jiān)控功能。設(shè)備語音交互功能應(yīng)滿足要求，授權(quán)人員可對智能設(shè)備進(jìn)行語音交互，交互功能包括設(shè)備自檢信息、控制操作、環(huán)境信息等。水位監(jiān)測功能應(yīng)可靠，設(shè)備應(yīng)可進(jìn)行地下水位監(jiān)測。斷電掉線報警功能應(yīng)符合要求，設(shè)備應(yīng)具備停電報警功能。管線監(jiān)測功能應(yīng)符合要求，應(yīng)通過光纖振動(溫度、應(yīng)變)傳感器采集各類管線的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)管線泄漏的精確定位、報警和運(yùn)行狀態(tài)評估，并實(shí)現(xiàn)管線安全預(yù)警與全壽命管理。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測功能應(yīng)完善，應(yīng)通過光纖振動(應(yīng)變)傳感器采集管線本體、管線溝的荷載等狀態(tài)參數(shù)，對地層沉降、坍塌、挖掘等進(jìn)行預(yù)測，并能夠精確定位及自動告警。管線環(huán)境監(jiān)測與處理功能應(yīng)滿足要求，應(yīng)對管線內(nèi)環(huán)境參數(shù)(水位、溫濕度、氧氣、硫化氫、甲烷等)進(jìn)行監(jiān)測與報警?？陕?lián)動控制消防、風(fēng)機(jī)等電氣裝置[3]。

3 探測設(shè)備的性能要求

氣體分辨率及報警誤差值應(yīng)符合要求，設(shè)備采用數(shù)字顯示，各種氣體分辨率及報警誤差值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。檢測方法和范圍應(yīng)符合相關(guān)要求，各種氣體檢測方法和范圍應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。輸出端子應(yīng)符合相關(guān)條件要求，應(yīng)帶有控制排氣扇操作的輸出端子，終端輸出功率應(yīng)不小于370 W。設(shè)備的基本誤差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的相關(guān)要求。響應(yīng)時間T90應(yīng)達(dá)標(biāo)并符合相關(guān)要求，涉及硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)、甲烷(CH4)、氯氣(Cl2)、一氧化碳(CO)、氧氣(O2)、二氧化硫(SO2)。振動傳感器性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，涉及探測距離、探測頻率范圍、采樣分辨率、定位精度、測量時間。溫度傳感器性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。應(yīng)變監(jiān)測性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，涉及應(yīng)變測量范圍、測量距離、應(yīng)變測量精度、應(yīng)變分辨率、空間分辨率、定位精度、測量時間[4]。

4 探測裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求

氣候環(huán)境適應(yīng)性應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定和要求，設(shè)備應(yīng)按照相關(guān)規(guī)則進(jìn)行選擇，設(shè)備應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的氣候環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后的入侵報警功能應(yīng)該是正常、安全、可靠的。機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性應(yīng)符合要求，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定對設(shè)備進(jìn)行機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后設(shè)備不應(yīng)產(chǎn)生永久性的結(jié)構(gòu)變形，機(jī)械損傷、電氣故障且入侵報警功能應(yīng)正常?？垢蓴_能力應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定對設(shè)備進(jìn)行抗風(fēng)干擾實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)期間不應(yīng)產(chǎn)生誤報警和漏報警，定位型設(shè)備的定位精度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定對設(shè)備進(jìn)行抗雨干擾實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)期間不應(yīng)產(chǎn)生誤報警和漏報警，定位型設(shè)備的定位精度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

電磁兼容性要求應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定，靜電放電抗擾度限值應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，實(shí)驗(yàn)中設(shè)備不應(yīng)有誤報警發(fā)生，實(shí)驗(yàn)后應(yīng)能夠正常工作。射頻電磁場輻射抗擾度限值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，實(shí)驗(yàn)中設(shè)備不應(yīng)有誤報警發(fā)生，實(shí)驗(yàn)后應(yīng)能夠正常工作。電快速瞬變脈沖群抗擾度限值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，實(shí)驗(yàn)中設(shè)備不應(yīng)有誤報警發(fā)生，實(shí)驗(yàn)后應(yīng)能夠正常工作。浪涌(沖擊)抗擾度限值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，交流電源線3級:直流、信號及其他輸電線2級的浪涌(沖擊)干擾，實(shí)驗(yàn)中設(shè)備不應(yīng)有誤報，實(shí)驗(yàn)后應(yīng)能正常工作[5]。

防爆應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。設(shè)備應(yīng)采用本質(zhì)安全型或者本質(zhì)安全兼隔爆型的防爆結(jié)構(gòu)且符合相關(guān)規(guī)范。它應(yīng)被合理指定，且至少應(yīng)達(dá)到ⅡA型電氣設(shè)備要求。任何與基本安全性能相關(guān)的組件應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。在正常操作和故障中，不應(yīng)超過由組件安裝條件和溫度范圍指定的最大電流，電壓和功率額定值不超過2/3，且應(yīng)與環(huán)境條件匹配。設(shè)備外殼的保護(hù)應(yīng)符合保護(hù)水平IP55的規(guī)定。當(dāng)設(shè)備為塑料外殼時，外殼的絕緣電阻不應(yīng)超過1 GΩ。當(dāng)設(shè)備使用塑料外殼時，殼體的阻燃性能應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。該設(shè)備應(yīng)能夠通過涉及點(diǎn)燃的相關(guān)規(guī)范的要求，滿足指定的火花點(diǎn)火條件的測試要求。該裝置在正常和故障狀態(tài)下應(yīng)不超過135 ℃。設(shè)備的殼結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的電氣間隙以及攀爬距離均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的基本要求。

安全性應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求?？闺姀?qiáng)度應(yīng)該符合相關(guān)要求，電網(wǎng)電源的電源引入和外殼的裸金屬部件之間的電力強(qiáng)度應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)范要求。絕緣電阻應(yīng)滿足電網(wǎng)電源以及電源引入的要求，外殼的裸機(jī)部件之間的絕緣電阻應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。泄漏電流應(yīng)該滿足要求，采用交流電網(wǎng)電源供電設(shè)備工作時的泄漏電流應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。阻燃應(yīng)滿足要求，設(shè)備的阻燃應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。

穩(wěn)定性應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。設(shè)備在正常工作條件下連續(xù)工作15 d的基本誤差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。設(shè)備的可靠性應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

5 其他方面的要求

在設(shè)備體上應(yīng)該有以下5種類型的標(biāo)記，即激光警告標(biāo)志；制造商名稱及商標(biāo)標(biāo)識；產(chǎn)品名稱和型號標(biāo)記；額定工作電壓標(biāo)志；出廠日期或編碼標(biāo)識。如果在設(shè)備主體上無法標(biāo)記上述內(nèi)容，則應(yīng)在使用說明書中給出。產(chǎn)品的終端和界面應(yīng)標(biāo)有相應(yīng)的字符。產(chǎn)品外包裝上應(yīng)有以下3種類型的徽標(biāo)，即制造商的名稱、商標(biāo)和體量大??；產(chǎn)品的名稱及型號；出廠的日期或生產(chǎn)編碼。包裝應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品應(yīng)以適合長途運(yùn)輸?shù)牟牧习b，包裝盒中應(yīng)該有防水或防火措施。包裝盒中應(yīng)該有附帶的文件，比如產(chǎn)品證書、產(chǎn)品說明手冊、包裝清單。儲存應(yīng)遵守相關(guān)規(guī)定，產(chǎn)品應(yīng)儲存在通風(fēng)環(huán)境中，環(huán)境應(yīng)干燥且無酸堿和腐蝕性氣體，周圍還應(yīng)沒有強(qiáng)大的機(jī)械振動以及強(qiáng)磁場的干擾。運(yùn)輸應(yīng)遵守相關(guān)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，包裝產(chǎn)品可以用常規(guī)工具運(yùn)輸。運(yùn)輸過程應(yīng)避免劇烈的振動、雨雪、陽光、暴曬，應(yīng)避免接觸腐蝕性氣體，應(yīng)防止出現(xiàn)機(jī)械性損壞。

6 結(jié)語

地下管線類型繁多，涉及敷設(shè)于地下的管線，用于傳送能源、信息和排泄廢物等的管道(溝、廊)、線纜等及其附屬設(shè)施，按功能可分為給水、排水、燃?xì)狻崃?、電力、通信、工業(yè)等，包括長輸管線和城市管線。遠(yuǎn)程探測中前端設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)通過有線或者無線的方式傳輸?shù)皆O(shè)在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集計算機(jī)，設(shè)在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集計算機(jī)也可以發(fā)送相應(yīng)的指令給前端設(shè)備執(zhí)行。探測設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)的氣體濃度、圖像采集、溫度、聲頻/振動、溫度、應(yīng)變、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測。合理進(jìn)行相應(yīng)的配置對確保市政地下管線遠(yuǎn)程探測質(zhì)量具有舉足輕重的作用，務(wù)必全面思考、認(rèn)真對待。