城市地下綜合管廊監控與報警系統

    城市地下綜合管廊又稱共同溝，它是實施統一規劃、設計、施工和維護，建于城市地下用于敷設市政公用管線的市政公用設施，是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道，設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。
    城市地下綜合管廊避免了由于敷設和維修地下管線頻繁挖掘道路而對交通和居民出行造成影響和干擾，綜合管廊自動化控制系統是城市基礎設施建設發展的新方向，是城市地下空間開發的重要形式之一。它作為一種集約化、可持續性的管線敷設方式，通過合理利用城市用地，綜合確定城市工程管線在城市地上、地下空間位置，避免工程管線之間及其相關建筑物相互干擾，為各管線工程的規劃管理提供了依據，保持路容完整和美觀，便于各種管線的敷設、增減、維修和日常管理，提高了城市管理效率，減少了人力、財力、物力的巨大浪費，促進城市不斷向著現代化、智能化方向發展。
    城市地下綜合管廊監控與報警系統是采用計算機技術、通信技術、控制技術構建，對管廊各專業管線（電力電纜、給排水管、燃氣管道）運行安全、管廊環境（有害氣體、淹積水、溫濕度、風機水泵、照明）安全及人員安全（出入口管理、人員定位、遠程廣播、應急通信）進行監控和管理，使地下管廊內設備的運行狀態和管廊的環境狀態一目了然，實現“自動化監控、智能化管理”。

1.設計依據
    國務院高度重視推進城市綜合管廊建設，2013年以來先后印發了《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發[2013]36號）、《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（國辦發[2014]27號）、《關于推進城市綜合管廊建設的指導意見》（國辦發[2015]61號），全面推進城市綜合管廊建設。
GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》
GB 50289-98《城市綜合管線規劃規范》 
GB 50028《城鎮燃氣設計規范》
GB 50052《供配電系統設計規范》
GB 50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》
GB 50093《自動化儀表工程施工及質量驗收規范》
GB50116《火災自動報警系統設計規范》
GB50140《建筑滅火器配置設計規范》
GB50166《火災自動報警系統施工及驗收規范》
GB50174《電子信息系統機房設計規范》
GB50208《地下防水工程質量驗收規范》
GB50243《通風與空調工程施工質量驗收規范》
Gb50268《給水排水管道工程及驗收規范》

2.系統設計

城市綜合管廊管理系統建立基于物聯網的“管、控、營”一體化的智能管控系統，從數據采集、通信網絡、系統架構、智能聯動和綜合數據服務等方面的設計，解決了管廊監控與報警建設中存在著內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，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、環境和設備的恢復效率，進而實現了監控中心應用“五大系統，一個平臺，一根光纖，一組基站”即能對管廊內部設備的遠程管理與聯動控制。
城市綜合管廊管理系統是針對無人值守的地下綜合管廊、管網的集成管理軟件，該軟件可將整個管廊的機電設備、安全防范、通信管理、環境監視、GIS定位系統納入到整體平臺進行采集、監視、控制、管理等，集成了狀態監測、視頻監控、設備控制等功能于一體，可對各類數據、信息、設備、環境等進行集中監測與控制，實現管控一體化。各子系統集成在同一個監控平臺上，實現監測數據統一展示、分析、存儲。監控平臺可集成各監控系統，設置地理信息系統，留有與其它配套設施監測與控制通信的接口，可與智慧城市有關平臺通信的接口，為地下管廊的業務管理以及安全應急指揮提供決策依據。

3.系統構成

城市地下綜合管廊監控與報警系統是將環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統、地理信息系統和統一管理平臺系統的整合，它是智慧型城市管廊的神經中樞，是所有管線數據的統一承載平臺。城市地下綜合管廊監控與報警系統遵循集約建設、融合共享的建設理念，實現物聯網概念和硬件設備環境的協同整合，提供安全和運維的統一保障，打造集數據感知、采集、傳輸和處理等多種類型服務應用為一體的城市管廊云基礎架構服務平臺，城市地下綜合管廊監控與報警系統集成了多種數據感知傳感器，以物聯網的概念構建系統，其深度定制的組成方式，可滿足不同用戶的需求，增強了差異化服務能力和自我管理能力。

4.系統特點

4.1多網融合
    本系統將環境與設備監控、安全防范、通信、預警與報警、地理信息、統一管理信息平臺和監控中心進行了有機融合成為一個整體，避免了各個系統之間的各自為政，有利于整個信息系統的管理和維護。
4.2模塊化結構
    模塊化結構，一個防火區只需一臺多功能基站控制，即可對數據信息進行無線采集，并對設備進行無線遠程控制，大大減少調試時間，節約安裝、培訓、維護和人工監護成本。
4.3支持工業環網技術
    本系統支持工業環網技術，具備毫秒級解環，單個設備或某一段線路出現故障時，系統首先會自動切換數據鏈路，保障數據傳輸的穩定性，而后會在系統中有相應的顯示，提示維護，從而避免因單個設備或某一段線路出現故障而對整個系統造成影響。
4.4高帶寬和擴展性
    本系統中構建了貫穿地上與地下的千兆光纖以太環網，為多個系統提供高達百兆的數據帶寬，保障各系統的數據鏈路。同時，設計采用了標準開放的TCP/IP協議，留有各種相應的接口，具有靈活性和延展性，采用國際標準的協議，以方便與其它廠家設備的互通。

5.系統組成及功能

5.1環境與設備監控系統
    環境與設備監控系統的功能是實現對綜合管廊全域內環境和設備的參數和狀態實施全程監控，將實時監控信息通過多功能基站準確、及時地傳輸到監控中心的統一管理信息平臺，便于值班人員及時發現現場環境和設備問題，排除故障以及對警情的及時處理，保證管廊正常運行。
5.1.1系統組成
環境與設備監控系統主要由智能傳感器（環境監控、設備監控）、多功能基站和智能LED顯示器等設備組成。
5.1.2環境監控
    根據規范要求，沿管廊縱長每隔200米應設置人員逃生安全孔、投料口、通風口、防火門和人員進出口各一個。
    通過在每個防火分區內出入口和通風口處安裝氣體探測器（O2、CH4、H2S、SO2）、溫濕度變送器、液位開關、水浸等監測傳感器，可實現與風機、水泵的自動化控制與對接，檢測信號就近送附屬設備監控系統現場控制單元，并通過以太網送到監控中心計算機。在監控中心控制室顯示屏上，以數字形式顯示每個防火分區的氧氣百分比含量和溫度/濕度。
5.1.3設備監控
    對布置在每個防火分區內的排水泵、照明、風機、風道閥門、紅外入侵報警裝置、環境溫度/濕度/氧檢測儀表等儀表和設備進行數據采集，監測集水井內液位上限報警信號，通過相應的多功能基站向統一信息管理平臺傳送，多功能基站同時并接受監控中心的命令，實現遠程控制風機的開停及相應防火分區內照明設備總開關的分合。
5.2安全防范系統
5.2.1系統簡介
    安全防范系統的功能是實現對綜合管廊全域內人員的全程監控，將實時視頻信息和電子巡查信息通過多功能基站及時、準確地傳輸到監控中心，便于值班人員及時發現現場問題，排除故障以及對警情的及時處理，保證管廊正常運行。
5.2.2系統組成
    安全防范系統主要包含視頻監控系統、門禁系統、防入侵系統和無線巡更系統四部分。
5.2.3 視頻監控系統
    要打破信息孤島的局面，復雜異構方式的視頻監控系統需要解決產品兼容與多個系統的相互集成，以及平臺網絡接入和資源開發方式等問題。
視頻監控系統結構由前段部分、信號傳輸部分、中央控制顯示部分、數字圖像檢索回放部分以及數據存儲、IP承載網。前段系統采用點位設計；信號傳輸系統設計內容主要分傳輸方式和傳輸管道兩部分；中央控制顯示部分的設計采用數字化監控中心管理系統；數字圖像檢索回放部分以加大容量模塊化矩陣切換設備作為核心設備，以數模結合方式，實現對快球的遠程控制、權限管理，并采用外置儲存方式進行集中式數據存儲。
    系統通過系統前端監控點網絡攝像機采集圖像信息，系統主機處理后在相連的監視器上反映監控場景。綜合管廊每200米為一段防火分區，每段防火分區設置1臺多功能基站，在每段防火分區內設置3臺網絡攝像機（區段出入口）：檢測卸料口1臺、防火門的兩邊各1臺，監測任何進入防火分區內的人員情況。所有的視頻監控畫面都可以通過智能安全管控平臺控制、顯示，實現全范圍監控，并且可在監視器上切換顯示各防火分區的監控畫面。
    同時，系統采用EPON技術組建匯聚網絡，在網絡匯聚機房部署OLT，鋪設光纖到監控前端，在光纖線路上部署分光器，靈活接入各前端控制點。前端視頻編碼器通過ONU接入光纖，實現“樹形分叉”式的前端接入，可有效節約光纖資源，減少建設成本，后期擴容也更為方便。
5.2.4門禁系統
    智能門禁系統由讀卡器、控制器、電鎖和智能LED顯示器組成。
在管廊出入口設置智能門禁控制系統，門禁處設置智能LED顯示器。當巡查人員在閘門外出示經過授權的感應卡，經讀卡器識別確認身份后，控制器驅動打開電鎖放行，并記錄進門時間；當使用者離開所控房間時，在門內觸按放行開關，控制器驅動打開電鎖放行，并記錄出門時間。
智能LED顯示器實時顯示管廊內環境信息，為巡檢、維修人員出、入管廊情況提供安全確認數據記錄，能夠有效防止未經許可人員進入。
系統采用全IP通信設計，配備工業級處理系統，具有系統自動修復、自我健康管理和線路質量容錯設計等特點，讓出入管理更安全和更穩定。
5.2.5防入侵系統
    在投料口及機械通風口安裝紅外防入侵探頭，一旦有非法入侵，數據經過系統自動識別、判斷后通過多功能基站傳送給報警控制裝置，監控中心模擬顯示屏上會顯示出入侵的區段及進出人數，并及時記錄入侵的時間、地點，同時通過報警設備發出報警信號。
因為紅外防入侵系統對監測區域內的照明沒有任何特殊要求，甚至在完全黑暗的環境下基站也能正常工作。
5.2.6無線巡更系統
    無線巡更系統由多功能能基站（WI-FI）、便攜式巡檢儀和無線定位標等設備組成。
    無線巡更系統是一種基于物聯網的巡檢系統，它將視頻監控技術與電子巡檢技術有機結合起來，既保證了現場巡檢工作有效進行，又充分利用現有的成熟網絡，使移動監控成為可能。
    便攜式巡檢儀實時傳輸沿路巡檢畫面、巡檢員對設備的檢查畫面、設備的運行畫面到控制中心，圖像清晰、位置信息精準、視頻數據可備份、存儲，由此實現現場巡檢與移動視頻監控的有效管理。
    無線巡更系統可以對重點部位巡檢情況進行全程錄像，并定時傳輸到監控中心，實現監控無死角。安全值班長、各級領導可以隨時監察現場巡檢人員的工作情況，以便及時、直接地掌握各部門、人員、設備的運行情況，及時對發生的情況做出反應，同時又有效提高了巡檢人員的責任心。
5.3通信系統
5.3.1系統簡介
    通信系統的功能是實現管理、巡檢和施工人員的通信聯絡，管廊配備各區間工作人員之間、現場工作人員與監控中心之間保持信息通暢，確保前端巡檢人員信息及時上報，監控中心命令及時下達。
5.3.2系統組成
    通信系統主要由廣播對講基站、WIFI無線手機和語音調度服務器等設備組成。
5.3.3系統功能
    智能廣播系統是一套基于物聯網的純數字化音頻對講、廣播系統。
在物理結構上與標準IP網絡完全融合，不僅真正實現基于TCP/IP網絡的數字化音頻的對講、廣播、直播、點播，并借助TCP/IP網絡的優勢，突破了傳統模擬廣播系統的內容局限、空間局限和功能局限等。
    智能對講、廣播系統不僅能夠完全取代固定式電話和傳統的模擬音頻廣播系統功能，更有傳統模擬廣播所沒有的自主交互式功能：
（1）用戶可以在總控室內用IP話機或WIFI話機撥打廣播基站的分機號碼對單個廣播基站進行通話；也可以通過調度系統來對一組廣播終端進行廣播呼叫。
（2）在廣播基站上支持一鍵對講功能，可以設置呼叫組或分機號碼，當出現緊急事件時候，用戶可以按下相應的功能鍵，呼叫事件相關人員。
（3）廣播基站也可以被看作是一個IP話機，數字鍵盤是選配的，用戶如果接有數字鍵盤可以通過數字鍵盤來撥打對方的分機號碼進行通話。
（4）廣播基站支持后備電源供電，在沒有IP PBX 的情況下，支持脫網通信，支持進行廣播呼叫。
（5）支持WIFI AP功能，提供WIFI無線信號的接入。
5.4預警與報警系統
5.4.1系統簡介
    預警與報警系統的功能是實現對綜合管廊的全程監測，系統將預警和報警信息通過多功能基站及時、準確地傳輸到監控中心，實現災情預警、報警、處理及疏散，同時通過廣播系統，向綜合管廊內的工作人員廣播，使他們及時撤離現場，保證人身安全等功能。5.4.2系統組成
    預警與報警系統由火災報警系統、防火門監控系統、分布式光纖測溫系統和可燃氣體探測報警系統兩部分組成。
5.4.3火災報警系統
    火災報警系統主要由趨于火災報警主機、感溫探測器手動報警按鈕、多功能監測基站和智能廣播基站等設備組成。
    在每段防火分區內設置智能煙感探測器、手動報警按鈕、火災電話、多功能廣播基站和聲光報警器等設備。煙感探測器設置間距為10m，手動報警按鈕設置在卸料口、兩邊的防火門處。基站與基站之間采用可插拔光纖連接。
5.4.4防火門監控系統
5.4.5分布式光纖測溫系統
    光纖測溫主機連接多條線性測溫光纜，測溫光纜主要監測管廊內電力電纜的溫度是否在正常的范圍內運行，對于管廊內110kv的電力電纜，每根配置一條測溫光纜監測其溫度的變化；對于10kv的電力電纜，每層橋架上敷設如正弦波般走向的測溫光纜。該系統溫度監測精度為1℃，可任意設置多級溫度報警值，光纖測溫主機可提供一組繼電器輸出報警信號。
5.4.6可燃氣體探測報警系統
    可燃氣體探測報警系統主要由智能傳感器、分布式測溫光纖、多功能監測基站和智能廣播基站等設備組成。
    為使系統有效工作，在每段防火分區內設置智能天然氣探測器、手動報警按鈕、報警電話、多功能廣播基站和聲光報警器等設備。天然氣探測器設置間距為10m；手動報警按鈕設置在卸料口、兩邊的防火門處。基站與基站之間采用可插拔光纖連接，可實現無線采集數據信息，并對設備進行無線遠程控制。
    監控中心可按需設定天然氣報警濃度的上限值（小于其爆炸下限值的20%），天然氣探測器接入多功能監測基站，當天然氣管道艙天然氣濃度超過報警濃度設定上限值時，由多功能監測基站啟動天然氣艙事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備，且緊急切斷濃度設定的上限值要小于其爆炸下限值的25%，并通過可燃氣體報警系統解決燃氣泄漏或危險氣體累積帶來的爆炸隱患，確保燃氣管廊設施正常、穩定運行。
5.4.5聯動功能
（1）消防聯動：探測器發出檢測信號，報警裝置聯動視頻系統，跳出該防區的視頻畫面，確認報警。
（2）聯動排煙/氣系統：每段防火分區設置有排風及排煙/氣系統，正常時用于排風。當確認探測到火災/可燃氣體時，監控中心可通過多功能基站傳輸指令實現遠程啟動風機排煙/氣。
（3）聯動電源：災情探測信息確認后，監控中心可通過多功能基站進行指令傳輸以切斷非消防電源。
（4）聯動廣播系統：災情探測信息確認后，監控中心啟動廣播切換模塊進行災情信息廣播，特別針對災情確認區、相鄰分區進行廣播疏散。
（5）聯動電話系統：監控中心可啟動專用模塊與任一廣播基站通話；現場任一廣播基站或電話通過監控中心確認后實現與調度主機通話錄音。
5.5地理信息系統
5.5.1系統簡介
    地理信息系統的功能是實現對綜合管廊人員、設備和巡檢車輛的位置坐標數據的采集、存儲、管理、分析和表達，將信息通過多功能基站及時、準確地傳輸到監控中心，實現對通風線路、避災路線、監測設備、巡檢人機坐標等信息的GIS瀏覽。
5.5.2系統功能
    地理信息系統基于“一張圖”模式展示地下管廊和內部各專業管線基礎數據管理、圖檔管理、管線拓撲維護、數據離線維護、維修與改造管理、基礎數據共享等功能信息，能為監控與報警系統提供簡潔、美觀、統一、友好的人機交互界面，具有視覺沖擊力；指令簡單、準確、無異議，能直觀展現“五系統、一平臺/中心”信息。
    同時，系統具有豐富的地圖展示效果，同時支持二維、三維地圖的在線展示、流暢切換，支持旋轉、縮放、平移等基本操作，且具有統一坐標系，為監控人員與決策人員提供準確的地理信息，確保信息統一可視，同時在應急救援時提供有效的安全分析鏈。
5.6統一管理信息平臺
5.6.1系統簡介
    統一管理信息平臺的功能是實現對大數據的綜合分析和交互，將信息通過多功能基站及時、準確地傳輸到監控中心，以GIS模式實現位置坐標的可視化追蹤。
5.6.2系統集成
    由于統一管理信息平臺依靠多個不同功能的系統，為了有效消除各系統間的信息孤島，我們從門戶集成、應用集成、通信集成、數據集成、安全集成和管理集成六個方面構建一個全局SOA架構和多系統集成互聯網的數字化、網絡化、集成化和智能化的統一管理信息平臺。
（1）門戶集成。實現環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統、地理信息系統及其它所有系統在統一門戶上的集成化統一管理。
（2）應用集成。基于網絡架構、以電子地圖為導航的綜合集成管控平臺，實現集成系統之間的信息交換和共享，并對集成信息進行綜合應用。
（3）通信集成。集成平臺通過建立起一套統一的信息體系，利用XML語言，在各個前端采集設備與平臺之間按照統一的標準接口，通過消息服務進行信息交換和控制信息交換。
（4）數據集成。通過對多系統數據采集和分析，可以實現系統之間的關聯和統計，并可以輸出不同的報表。
（5）安全集成。建立統一的權限管理體系，以密碼技術為基礎，在網絡環境中實現統一用戶管理、身份認證及單點登錄、統一授權管理、安全審計與責任認定、統一門戶管理功能等，為各系統提供完善的安全支撐。
（6）管理集成。通過統一的管理平臺實現對五大系統的管理，包括對設備和軟件的注冊、配置、維護和更新。
5.6.3系統特點
（1）通過數據采集系統及實時數據庫對各系統的數據進行采集和保存。
    以采集整理后的各生產自動化及管理系統數據信息為基礎，建立不同層面面向現場的運營指揮調度平臺，實時監測管廊運營現場狀況，實現通風、人機、工作面等多種安全運營分析模型。
同時，整合各類數據，為各級各類管理、技術、監控人員、單位提供分析、決策的支持。主要包括綜合監測、運營調度、安全管理、數據分析等功能。
（2）綜合管廊統一的權限管理模塊。
    開發統一的權限管理模塊，包含角色劃分、權限分配等功能，將綜合管廊各系統權限無縫的集成在一起，實現統一的權限分配。通過綜合調度分析平臺，不同的人員就有不同的配置和權限，根據他們的權限進入系統后功能界面也不一樣。
（3）靈活的配置模塊。
    包含個性化設置、軟件擴展功能配置、功能模塊配置等多種靈活配置，實現無需修改程序就能靈活的配置需要的功能，增加的功能模塊會在左邊的菜單欄體現出來。
（4）監控數據的采集、歸類、長期存儲。
    對于運營中涉及到的環境、指標、故障、時間等對于監管、運營有價值的數據，都將作長期的存儲。
    同時，應實現以下功能：實時預警及報警功能、基礎手工數據的錄入、系統間的聯動功能、系統數據在線監視無縫集成、視頻的無縫集成等。
（5）綜合數據監測
    系統能夠將巡檢工作面、管廊供電、通風、供排水、設備等工作情況與監控信息在大屏幕上顯示，實現集中監控，同時，上級單位指揮調度中心可以調閱管廊監控的相應信息。
該模塊要求將各系統單位的監測系統（環境監控、人員定位、語音通信、工業電視等）進行綜合集成，同時實現各監控系統之間的數據融合，在此基礎上，提供各類聯動報警、聯動提示、綜合監測等。
（6）系統可通過GIS管理綜合管廊數據信息，可實現通風線路、避災路線、監測設備、巡檢人機坐標等GIS瀏覽。

6.監控項目

6.1各專業管線監控
6.1.1電力電纜狀態監測：高壓電纜護層接地環流、電纜運行電流監測，高壓電纜接頭溫度監測，超限或異常狀況自動告警。歷史曲線、柱狀圖展示、電纜健康狀態分析，保證電纜安全運行。
6.1.2給水管網漏水、流量監測。
6.1.3燃氣管網漏氣監測。
6.2管廊環境監控
6.2.1有毒有害氣體監測。管廊內一氧化碳、硫化氫、甲烷及空氣含氧量的遠程監測，并通過現場的LED屏實時顯示相應區域的氣體含量，超標時實現與風機的聯動控制。
6.2.2管廊內溫濕度實時監控
6.2.3積水深度監測。管廊內積水井水位監測，水泵聯動控制。
6.2.4超標報警。管廊環境參數超標自動報警，在監控平臺的圖形展示界面上閃爍顯示，并可以通過語音、短信方式自動通知值班人員。
6.2.5管廊內供電設施監控。
6.3人員安全管理
6.3.1遠程井蓋開啟。管廊出入口安裝電控井蓋/電控鎖，監控中心、電話語音、短信開啟井蓋/電控鎖。
6.3.2非法入侵報警。 管廊井蓋/出入口非法開啟告警，監控中心對井蓋/出入口的異常狀況發出視聽告警，集中監控平臺的圖形界面上閃爍顯示，并通過語音、短信方式自動通知值班人員。
6.3.3人員定位。對出入地下管廊的人員進行授權管理，只有經授權的人員在授權時間內可進入綜合管廊，并采用人員定位系統實現對進入管廊內的人員進行位置定位及人員軌跡跟蹤，實時掌握管廊內人員的實際位置，既方便運維單位對進入人員的管理，又有效的保障進入人員的人身安全。
6.3.4應急電話。在管廊內建設通信系統，設置固定電話，實現管廊內與監控中心之間的應急通信。
6.3.5公共廣播。在管廊內設置公共廣播，緊急情況下，通知管廊內人員安全疏散。
6.4視頻監控
6.4.1出入口監控。在管廊井蓋/出入口安裝攝像機，實現與井蓋/出入口監控系統的聯動，攝像機在井蓋/出入口開啟時自動啟動LED燈并傳送視頻信號。
6.4.2重要設備監控。在管廊內主要設備處安裝攝像機，實時監視現場設備的狀況。
6.4.3視頻偵測。視頻監控系統除了具備數字化攝像監控系統自身的視頻采集、存儲、報警、聯動等基本功能外，還具備圖像分析處理能力，對于進入禁區的非法闖入行為自動報警。