5G無線網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在智慧管廊應(yīng)用及設(shè)計

任運業(yè)

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的關(guān)鍵性組成部分袁設(shè)計基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)對于其發(fā)展有重要意義，本文建立5G網(wǎng)絡(luò)，同時引入綜合監(jiān)控系統(tǒng)袁設(shè)計了智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)遙引入通信傳感網(wǎng)絡(luò)袁保證能夠全面監(jiān)控袁同時引入信息管理平臺袁結(jié)合數(shù)字化監(jiān)控和視頻監(jiān)控袁并設(shè)置報警軟件袁完成數(shù)據(jù)的正確化顯示遙本文提出的系統(tǒng)能夠有效結(jié)合大數(shù)據(jù)內(nèi)容和城市管理內(nèi)容袁更好地延伸產(chǎn)業(yè)價值鏈袁確保能夠?qū)崿F(xiàn)城市的智慧化管理。

關(guān)鍵詞：5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)；智慧管廊綜合監(jiān)控；監(jiān)控系統(tǒng)

0引言

地下管廊是一個連續(xù)的隧道空間，該隧道具有電力、網(wǎng)絡(luò)、雨水、供熱等管線。同時，在地下管廊中，還設(shè)有通風(fēng)口、檢修口與投料口，地下管廊相當(dāng)于城市市政地下的一個“網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)"。在智慧城市建設(shè)過程中，引入5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合安全管理和指揮管理，設(shè)置傳感器節(jié)點，利用設(shè)置的傳感器節(jié)點對數(shù)據(jù)進行感知和監(jiān)測，并進行感知，無線傳感網(wǎng)絡(luò)可協(xié)助地下管廊進行綜合監(jiān)測。

目前，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與數(shù)據(jù)流量的急劇增加，我們已經(jīng)開始使用5G移動通信技術(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(shù)據(jù)技術(shù)等建立地下管廊通風(fēng)、排水等系統(tǒng)，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)建立地下管廊綜合監(jiān)控管理平臺，通過該平臺收集地下管廊內(nèi)的有毒氣體、水壓、氣壓等環(huán)境變量，并對這些環(huán)境變量進行分析與監(jiān)測，一旦有毒氣體濃度超標或有其他危險情況發(fā)生時，能夠通過在線傳遞及時進行預(yù)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(chǔ)上，設(shè)計了基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

1基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合監(jiān)控體系設(shè)計

我國建設(shè)地下管廊的時間較晚，與國外一些國家相比，無論在應(yīng)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，我國多個城市對地下管廊進行了建設(shè)。設(shè)計的智慧管廊綜合系統(tǒng)中具有多條管線，包括供熱管線、電力管線、排水管線等。建設(shè)地下管廊時，需要盡可能減少各方面的安全隱患，一定要確保頂層區(qū)域與底層區(qū)域分離，兩者處在兩個界面上，使頂層區(qū)域與底層區(qū)域分開管理。底層區(qū)域具有多個功能，例如預(yù)警、位置定位、安全防范、環(huán)境監(jiān)控等。頂層區(qū)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(qū)域?qū)⒌叵鹿芾鹊挠卸練怏w濃度信息、溫度信息、濕度信息等環(huán)境參數(shù)通過5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)巾攲酉到y(tǒng)中，使底層系統(tǒng)與頂層系統(tǒng)間建立聯(lián)系。5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)是智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它可以確保地下管廊底層系統(tǒng)與頂層系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使兩者可以穩(wěn)定、可靠運行。

本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)方案較為簡單，建設(shè)單位應(yīng)該根據(jù)智慧管廊的具體情況設(shè)計更為完整、準確、詳細的施工進度方案，該施工進度方案要明確施工準備工作、人員調(diào)配、施工設(shè)備的選擇等詳細內(nèi)容，在實際建設(shè)過程中，要定期跟蹤進度，根據(jù)實際情況及時更新數(shù)據(jù)與內(nèi)容，保證在合同規(guī)定的時間內(nèi)完成智慧管廊的建設(shè)。

無線傳感器對地下管廊的監(jiān)測范圍可達到80km，其設(shè)置在地下管廊的出口位置，這樣可以降低不可控因素對無線傳感器產(chǎn)生的影響。無線傳感器具有較高的計算能力，但傳輸性能較差，為了解決這一問題，在地下管廊中設(shè)置了中繼節(jié)點，以確保環(huán)境數(shù)據(jù)的順利傳輸。

2智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計

環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)能夠監(jiān)測周邊環(huán)境，在地下管廊的防火區(qū)域內(nèi)，設(shè)置了通風(fēng)口、人員進出口、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(shù)進行更有效的監(jiān)測，環(huán)境子系統(tǒng)中設(shè)有監(jiān)測傳感器，以此完成與風(fēng)機、水泵的連接。監(jiān)測傳感器監(jiān)測的信號通過管線傳輸?shù)娇刂票O(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，通過5G無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控終端內(nèi)。在監(jiān)控終端的顯示屏上，將顯示通過監(jiān)測傳感器監(jiān)測到的各類環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度、濕度或甲烷等參數(shù)濃度數(shù)據(jù)超標時，監(jiān)控中心人員將立即發(fā)送報警信息，并報告安全隱患位置，及時進行處置。

2.2設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計

采集地下管廊中的照明、風(fēng)機、環(huán)境參數(shù)檢測儀、排水泵等設(shè)備的參數(shù)，采集完成后，通過遠程傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的傳輸，采集這些設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)的原因是為電氣設(shè)備、照明設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等儀器的穩(wěn)定運行提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過5G基站發(fā)送的監(jiān)控命令，根據(jù)采集的設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，對風(fēng)機、照明設(shè)備等進行遠程監(jiān)控，遠程控制排水泵與電氣等設(shè)備的開停。

2.3視頻監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計

通過地下管廊綜合系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機來采集風(fēng)機、照明設(shè)備、排水泵等的圖像信息，在經(jīng)過監(jiān)控系統(tǒng)的CPU處理后，可在監(jiān)視器上顯示當(dāng)前地下管廊各種設(shè)備的運行場景，在地下管廊中劃分出5G基站與防火區(qū)區(qū)域后，在出入口位置設(shè)置網(wǎng)絡(luò)攝像機，以便對進出地下管廊的人員進行監(jiān)測.監(jiān)測的視頻畫面通過監(jiān)測器進行處理與顯示，從而實現(xiàn)對整個地下管廊的監(jiān)控。

2.4智能門禁系統(tǒng)

智能門禁系統(tǒng)包括電子鎖、LED顯示器、讀卡器、識別器。智能門禁系統(tǒng)需要設(shè)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行身份控制。當(dāng)?shù)叵鹿芾葯z查人員在閘門外出示登記過的識別卡后，讀卡器進行身份識別認證，智能門禁系統(tǒng)中的電子控制鎖自動打開閘門，此時LED顯示器會記錄進入的時間與感應(yīng)卡的身份信息。當(dāng)?shù)叵鹿芾葯z查人員離開時，直接在門內(nèi)觸摸放行鍵，電子控制鎖打開閘門，LED顯示器記錄離開時間。除了可以記錄進入與離開時間外，LED顯示器還可以實時顯示地下管廊中風(fēng)機、照明設(shè)備、排水泵等設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，為檢查人員、維修人員的工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)。智能門禁系統(tǒng)可有效防止為授權(quán)人員進入地下管廊內(nèi)。

2.5報警系統(tǒng)

地下管廊內(nèi)包含多種可燃物，其中電纜、管線、光纜數(shù)量較多，一旦地下管廊中出現(xiàn)猛烈火災(zāi)，會造成重大的安全損失，報警系統(tǒng)包括傳感器、5G監(jiān)測基站、通信基站與測溫光纖，在地上與地下監(jiān)控終端安裝火災(zāi)報警屏，通過光纜對出現(xiàn)的報警信息進行接收、顯示，并對火災(zāi)發(fā)生的位置進行定位?；馂?zāi)發(fā)生時，地下管廊中的報警器會馬上發(fā)出報警聲，監(jiān)測終端調(diào)取火災(zāi)區(qū)域視頻并傳輸?shù)斤@示器上，火災(zāi)應(yīng)急廣播立刻播報報警信息，門禁系統(tǒng)自動開門放行，確保被困人員迅速撤離。自動滅火裝置開啟，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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

報警系統(tǒng)建立過程中，施工部門要仔細審核、確認，按照建設(shè)成本的規(guī)定設(shè)置報警器，加大報警器數(shù)量的控制力度。

3 基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合信息管理平臺

通過對環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、報警系統(tǒng)進行集中綜合管理，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(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)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(jiān)測信息、設(shè)備運行狀態(tài)信息、火災(zāi)預(yù)警報警信息等統(tǒng)一進行分類匯總，在地下管廊的監(jiān)控終端顯示屏、傳感器終端、移動智能設(shè)備上形成信息管理圖像，從而實現(xiàn)對地下管廊的指揮、調(diào)度、管控與監(jiān)控。智慧管廊綜合信息管理平臺主要包括以下幾個需求：

首先，在監(jiān)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(diào)度提供數(shù)據(jù)依據(jù)，解決地下管廊中潛在的安全隱患。采用5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)對管廊中的每個目標進行身份識別驗證。利用5G技術(shù)對地下管廊進行位置確定、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(jiān)測終端顯示的故障圖像進行回傳。為了對地下管廊進行有效的維護，需要采用BIM等技術(shù)手段調(diào)用管廊中的大屏幕、監(jiān)控顯示器等設(shè)備，根據(jù)業(yè)務(wù)流程進行操作。通過搭建基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合信息管理平臺，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的自動登錄，建立不同賬號，進行權(quán)限管理，可向其他系統(tǒng)提出申請，進行有針對性的日常保養(yǎng)維護，這樣可以簡化審批環(huán)節(jié)，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(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)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(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)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(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/0.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)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行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(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(diào)、事故報警及記錄等。

4.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

4.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結(jié)語

智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)對地下管廊的維護與運行起著關(guān)鍵性的作用，本文設(shè)計了環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)等子系統(tǒng)，搭建了智慧管廊綜合信息管理平臺，通過本文系統(tǒng)，以期實現(xiàn)智慧管廊的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

【1】曹鵬，基于5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智慧管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

【2】汪東平.基于無線傳感網(wǎng)的智能電網(wǎng)故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與儀器儀表.【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05

作者簡介：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。