物聯(lián)網技術在綜合管廊智慧化中的應用研究

梁仕賢，羊保品

（中冶京誠工程技術有限公司）

1 引言

綜合管廊負責容納多種城市綜合管線，一旦失控將對城市生產、生活造重大經濟損失，嚴重影響城市運營。所以應在綜合管廊內設置管廊智慧化系統(tǒng)，為管廊以及廊內管線與人員提供基本的安全保護。當前這些系統(tǒng)依舊采用獨立的系統(tǒng)進行集成，而海量的多種類設備所產生的龐大信息數(shù)據(jù)，結合對外通訊的復雜性、信息數(shù)據(jù)接入方式傳統(tǒng)等因素，為數(shù)據(jù)的采集、處理和信息的集成帶來困難。同時，設備缺乏自處理能力，其功能的實現(xiàn)對通訊依賴度高；各子系統(tǒng)自成一體，大量的自用纜線占據(jù)綜合管廊有限空間；信息孤島現(xiàn)象明顯，系統(tǒng)間不能實現(xiàn)跨系統(tǒng)設備聯(lián)動，系統(tǒng)反應遲緩，應急措施受限。

2 物聯(lián)網技術應用分析

從2018年開始，高校、科研院所、市政設計院陸續(xù)加大了物聯(lián)網技術在管廊智慧化中的應用研究。例如上海市政院發(fā)表論文《基于物聯(lián)網和BIM的管道滲漏預警系統(tǒng)、方法和應用》；山西省信息產業(yè)技術研究院有限公司發(fā)表論文《物聯(lián)網架構的管廊綜合監(jiān)控管理平臺》；重慶市勘測院發(fā)表論文《物聯(lián)網和BIM技術在地下綜合管廊建設運維中的應用研究》；京投公司開展基于物聯(lián)網技術的融合通訊設備研究，北京建工開發(fā)邊緣計算管廊區(qū)域控制單元；蘇交科開發(fā)BIM+物聯(lián)網結合建立基于云的城市管網智慧監(jiān)控平臺。這些公司通過探索和研究，嘗試找到物聯(lián)網技術，解決管廊智慧化的建設的某些問題。

物聯(lián)網技術在設備連接、大數(shù)據(jù)量承載方面具有獨特的優(yōu)勢。通過對物聯(lián)網技術進行創(chuàng)新應用，優(yōu)化管廊管控系統(tǒng)網絡架構，解決管廊設備數(shù)據(jù)量大、通訊協(xié)議多樣、集成難度大、跨系統(tǒng)聯(lián)動響應遲緩等問題，保障海量設備并發(fā)接入，提高數(shù)據(jù)安全性和響應速度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，降低統(tǒng)一管理平臺信息集成難度，提高設備自處理能力，確保智慧管控系統(tǒng)安全高可用，并降低事故風險，同時減少建設中電纜、光纜的使用，預留出更多寶貴的廊內空間。

3 物聯(lián)網技術應用

本文中的綜合管廊智慧化系統(tǒng)將從云、邊、端對物聯(lián)網技術進行全方位的研究和應用。

3.1 物聯(lián)網云平臺的研究與開發(fā)

3.1.1 物聯(lián)網云平臺功能設計

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物聯(lián)網軟件平臺主要功能包括設備物聯(lián)、資產管理和應用使能。設備物聯(lián)實現(xiàn)平臺和設備的泛在連接、數(shù)據(jù)采集和設備控制等，資產管理實現(xiàn)設備資產采購、安裝、維護和報廢的全生命周期管理，應用使能實現(xiàn)對業(yè)務系統(tǒng)的應用支撐。

3.1.2 物聯(lián)網云平臺架構設計

物聯(lián)網軟件平臺的開發(fā)采用微服務架構，微服務核心組件通過調用HTTP、MQTT、CoAP三種通訊微服務實現(xiàn)和設備、網關的設備連接、遙感數(shù)據(jù)采集、控制指令發(fā)送等。引入規(guī)則鏈進行業(yè)務邏輯編制，數(shù)據(jù)通訊采用消息隊列。物聯(lián)網軟件平臺作為業(yè)務系統(tǒng)（綜合管廊智慧管控平臺）的數(shù)據(jù)和應用支撐。引入Zookeeper架構，實現(xiàn)平臺的集群部署和高可用（見圖1）。

圖1 智慧管廊物聯(lián)網平臺架構示意

3.1.3 物聯(lián)網云平臺開發(fā)

參考國內外物聯(lián)網平臺的功能實現(xiàn)，采用java語言開發(fā)適合智慧管廊應用場景的物聯(lián)網平臺（見圖2）。

圖2 智慧管廊物聯(lián)網平臺界面

3.2 物聯(lián)網邊緣計算的研究和應用

通過在管廊現(xiàn)場（防火分區(qū)設備間）設置管廊邊緣計算控制器，實現(xiàn)就地化數(shù)據(jù)采集、設備聯(lián)動、數(shù)據(jù)上傳，可以大大提高數(shù)據(jù)效率，并節(jié)省電纜。

管廊邊緣計算控制器主要匯總環(huán)境和設備監(jiān)控、安防、通訊、結構監(jiān)測等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，常用協(xié)議為MQTT、OPC UA、Modbus、ODBC、視頻（碼流）等，實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的設備聯(lián)動。數(shù)據(jù)上傳將采集的數(shù)據(jù)上傳給物聯(lián)網平臺（見圖3）。

圖3 綜合管廊邊緣計算網關

3.3 物聯(lián)網終端的應用

采用物聯(lián)網技術，對綜合管廊進行全方位的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。針對環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范、通信、火災自動報警、可燃氣體報警、電子標簽、巡檢機器人、結構檢測、管線監(jiān)測、其他智能終端都采用物聯(lián)網終端設備進行采集。配置原則如表1所示。

4 結語

通過物聯(lián)網技術在綜合管廊智慧化中云、邊、端的全方位應用，大大提高了綜合管廊的信息感知能力，降低了綜合管廊數(shù)據(jù)采集的難度，避免了數(shù)據(jù)孤島，提高了系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)的承載能力，從而間接提高了綜合管廊的智能化管控水平與運行效率，降低了運維管理成本，保障了綜合管廊、市政管線和人員的安全。