韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：智慧管廊綜合作為地下管線(xiàn)的關(guān)鍵性組成部分袁設計基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的監控系統對于其發(fā)展有重要意義，本文建立5G網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)引入綜合監控系統袁設計了智慧管廊綜合監控系統遙引入通信傳感網(wǎng)絡(luò )袁保證能夠全面監控袁同時(shí)引入信息管理平臺袁結合數字化監控和視頻監控袁并設置報警軟件袁完成數據的正確化顯示遙本文提出的系統能夠有效結合大數據內容和城市管理內容袁更好地延伸產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈袁確保能夠實(shí)現城市的智慧化管理。

關(guān)鍵詞：5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )；智慧管廊綜合監控；監控系統

0引言

       地下管廊是一個(gè)連續的隧道空間，該隧道具有電力、網(wǎng)絡(luò )、雨水、供熱等管線(xiàn)。同時(shí)，在地下管廊中，還設有通風(fēng)口、檢修口與投料口，地下管廊相當于城市市政地下的一個(gè)“網(wǎng)絡(luò )系統"。在智慧城市建設過(guò)程中，引入5G網(wǎng)絡(luò )，結合安全管理和指揮管理，設置傳感器節點(diǎn)，利用設置的傳感器節點(diǎn)對數據進(jìn)行感知和監測，并進(jìn)行感知，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )可協(xié)助地下管廊進(jìn)行綜合監測。

       目前，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )設備與數據流量的急劇增加，我們已經(jīng)開(kāi)始使用5G移動(dòng)通信技術(shù)。與4G技術(shù)相比，5G技術(shù)傳輸速率更高，整體性能更好，使地下管廊更加安全。此外，采用人工智能技術(shù)、大數據技術(shù)等建立地下管廊通風(fēng)、排水等系統，并通過(guò)大數據技術(shù)建立地下管廊綜合監控管理平臺，通過(guò)該平臺收集地下管廊內的有毒氣體、水壓、氣壓等環(huán)境變量，并對這些環(huán)境變量進(jìn)行分析與監測，一旦有毒氣體濃度超標或有其他危險情況發(fā)生時(shí)，能夠通過(guò)在線(xiàn)傳遞及時(shí)進(jìn)行預警與處置，努力打造“智慧管廊"。本文在采用以上技術(shù)的基礎上，設計了基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智慧管廊綜合監控系統。

1基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智慧管廊綜合監控體系設計

    我國建設地下管廊的時(shí)間較晚，與國外一些國家相比，無(wú)論在應用技術(shù)還是管理方式上都有較大的發(fā)展空間。近幾年來(lái)，我國多個(gè)城市對地下管廊進(jìn)行了建設。設計的智慧管廊綜合系統中具有多條管線(xiàn)，包括供熱管線(xiàn)、電力管線(xiàn)、排水管線(xiàn)等。建設地下管廊時(shí)，需要盡可能減少各方面的安全隱患，一定要確保頂層區域與底層區域分離，兩者處在兩個(gè)界面上，使頂層區域與底層區域分開(kāi)管理。底層區域具有多個(gè)功能，例如預警、位置定位、安全防范、環(huán)境監控等。頂層區域需要具有燃氣管理、電力生產(chǎn)管理、給水管理與供熱管理功能，底層區域將地下管廊的有毒氣體濃度信息、溫度信息、濕度信息等環(huán)境參數通過(guò)5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )傳輸到頂層系統中，使底層系統與頂層系統間建立聯(lián)系。5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )是智慧管廊綜合監控系統的基礎，它可以確保地下管廊底層系統與頂層系統的穩定性，使兩者可以穩定、可靠運行。

    本文設計的監控系統方案較為簡(jiǎn)單，建設單位應該根據智慧管廊的具體情況設計更為完整、準確、詳細的施工進(jìn)度方案，該施工進(jìn)度方案要明確施工準備工作、人員調配、施工設備的選擇等詳細內容，在實(shí)際建設過(guò)程中，要定期跟蹤進(jìn)度，根據實(shí)際情況及時(shí)更新數據與內容，保證在合同規定的時(shí)間內完成智慧管廊的建設。

    無(wú)線(xiàn)傳感器對地下管廊的監測范圍可達到80km，其設置在地下管廊的出口位置，這樣可以降低不可控因素對無(wú)線(xiàn)傳感器產(chǎn)生的影響。無(wú)線(xiàn)傳感器具有較高的計算能力，但傳輸性能較差，為了解決這一問(wèn)題，在地下管廊中設置了中繼節點(diǎn)，以確保環(huán)境數據的順利傳輸。

2智慧管廊綜合監控系統

監控系統結構如圖1所示。

圖1監控系統結構

2.1環(huán)境監控子系統設計

       環(huán)境監測子系統能夠監測周邊環(huán)境，在地下管廊的防火區域內，設置了通風(fēng)口、人員進(jìn)出口、逃生口；為了對地下管廊中的氧氣、甲烷、濕度、溫度等環(huán)境參數進(jìn)行更有效的監測，環(huán)境子系統中設有監測傳感器，以此完成與風(fēng)機、水泵的連接。監測傳感器監測的信號通過(guò)管線(xiàn)傳輸到控制監控系統內，通過(guò)5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送到監控終端內。在監控終端的顯示屏上，將顯示通過(guò)監測傳感器監測到的各類(lèi)環(huán)境參數數據，當溫度、濕度或甲烷等參數濃度數據超標時(shí)，監控中心人員將立即發(fā)送報警信息，并報告安全隱患位置，及時(shí)進(jìn)行處置。

2.2設備監控子系統設計

       采集地下管廊中的照明、風(fēng)機、環(huán)境參數檢測儀、排水泵等設備的參數，采集完成后，通過(guò)遠程傳輸的方式實(shí)現對采集數據的傳輸，采集這些設備參數數據的原因是為電氣設備、照明設備、通風(fēng)設備等儀器的穩定運行提供數據依據。通過(guò)5G基站發(fā)送的監控命令，根據采集的設備參數數據，對風(fēng)機、照明設備等進(jìn)行遠程監控，遠程控制排水泵與電氣等設備的開(kāi)停。

2.3視頻監控子系統設計

       通過(guò)地下管廊綜合系統的網(wǎng)絡(luò )攝像機來(lái)采集風(fēng)機、照明設備、排水泵等的圖像信息，在經(jīng)過(guò)監控系統的CPU處理后，可在監視器上顯示當前地下管廊各種設備的運行場(chǎng)景，在地下管廊中劃分出5G基站與防火區區域后，在出入口位置設置網(wǎng)絡(luò )攝像機，以便對進(jìn)出地下管廊的人員進(jìn)行監測.監測的視頻畫(huà)面通過(guò)監測器進(jìn)行處理與顯示，從而實(shí)現對整個(gè)地下管廊的監控。

2.4智能門(mén)禁系統

      智能門(mén)禁系統包括電子鎖、LED顯示器、讀卡器、識別器。智能門(mén)禁系統需要設置在地下管廊的出入口位置，以便對出入地下管廊的人員進(jìn)行身份控制。當地下管廊檢查人員在閘門(mén)外出示登記過(guò)的識別卡后，讀卡器進(jìn)行身份識別認證，智能門(mén)禁系統中的電子控制鎖自動(dòng)打開(kāi)閘門(mén)，此時(shí)LED顯示器會(huì )記錄進(jìn)入的時(shí)間與感應卡的身份信息。當地下管廊檢查人員離開(kāi)時(shí)，直接在門(mén)內觸摸放行鍵，電子控制鎖打開(kāi)閘門(mén)，LED顯示器記錄離開(kāi)時(shí)間。除了可以記錄進(jìn)入與離開(kāi)時(shí)間外，LED顯示器還可以實(shí)時(shí)顯示地下管廊中風(fēng)機、照明設備、排水泵等設備的運行數據，為檢查人員、維修人員的工作提供數據依據。智能門(mén)禁系統可有效防止為人員進(jìn)入地下管廊內。

2.5報警系統

       地下管廊內包含多種可燃物，其中電纜、管線(xiàn)、光纜數量較多，一旦地下管廊中出現猛烈火災，會(huì )造成重大的安全損失，報警系統包括傳感器、5G監測基站、通信基站與測溫光纖，在地上與地下監控終端安裝火災報警屏，通過(guò)光纜對出現的報警信息進(jìn)行接收、顯示，并對火災發(fā)生的位置進(jìn)行定位?；馂陌l(fā)生時(shí)，地下管廊中的報警器會(huì )馬上發(fā)出報警聲，監測終端調取火災區域視頻并傳輸到顯示器上，火災應急廣播立刻播報報警信息，門(mén)禁系統自動(dòng)開(kāi)門(mén)放行，確保被困人員迅速撤離。自動(dòng)滅火裝置開(kāi)啟，成功滅火后，風(fēng)機將地下管廊中的有害氣體排出。報警系統結構如圖2所示。

圖2報警系統結構

      報警系統建立過(guò)程中，施工部門(mén)要仔細審核、確認，按照建設成本的規定設置報警器，加大報警器數量的控制力度。

3 基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智慧管廊綜合信息管理平臺

       通過(guò)對環(huán)境監控子系統、設備監控子系統、視頻監控子系統、智能門(mén)禁系統、報警系統進(jìn)行集中綜合管理，完成地下管廊的“智慧化"目標。信息管理平臺包含大量的管廊信息，采用云計算、大數據、數據聚合技術(shù)，將智慧管廊綜合信息管理平臺中的傳感器信息、環(huán)境監測信息、設備運行狀態(tài)信息、火災預警報警信息等統一進(jìn)行分類(lèi)匯總，在地下管廊的監控終端顯示屏、傳感器終端、移動(dòng)智能設備上形成信息管理圖像，從而實(shí)現對地下管廊的指揮、調度、管控與監控。智慧管廊綜合信息管理平臺主要包括以下幾個(gè)需求：

       首先，在監控終端能夠顯示所有的業(yè)務(wù)信息，為地下管廊的正常運行與生產(chǎn)調度提供數據依據，解決地下管廊中潛在的安全隱患。采用5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )對管廊中的每個(gè)目標進(jìn)行身份識別驗證。利用5G技術(shù)對地下管廊進(jìn)行位置確定、電量抄表、業(yè)務(wù)勘察、日常巡檢等，將故障定位位置信息與監測終端顯示的故障圖像進(jìn)行回傳。為了對地下管廊進(jìn)行有效的維護，需要采用BIM等技術(shù)手段調用管廊中的大屏幕、監控顯示器等設備，根據業(yè)務(wù)流程進(jìn)行操作。通過(guò)搭建基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智慧管廊綜合信息管理平臺，實(shí)現各個(gè)子系統的自動(dòng)登錄，建立不同賬號，進(jìn)行權限管理，可向其他系統提出申請，進(jìn)行有針對性的日常保養維護，這樣可以簡(jiǎn)化審批環(huán)節，提升工作效率。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

      AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

      安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/0.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1電力監控

     電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

4.4.2環(huán)境監測

    環(huán)境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門(mén)禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時(shí)也可接入管廊艙室內的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設備集成的第三方系統完成管廊環(huán)境綜合監控。

4.4.3電氣安全

     AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2電氣火災監控系統

4.5.3消防設備電源監控系統

4.5.4防火門(mén)監控系統

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統

5結語(yǔ)

      智慧管廊綜合監控系統對地下管廊的維護與運行起著(zhù)關(guān)鍵性的作用，本文設計了環(huán)境監控子系統、視頻監控子系統、智能門(mén)禁系統等子系統，搭建了智慧管廊綜合信息管理平臺，通過(guò)本文系統，以期實(shí)現智慧管廊的安全、穩定運行。

參考文獻

【1】曹鵬，基于5G無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的智慧管廊綜合監控系統設計

【2】汪東平.基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的智能電網(wǎng)故障監控系統設計與實(shí)現[J].自動(dòng)化與儀器儀表.【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發(fā)展。