城市地下综合管廊监控与报警系统

    城市地下综合管廊又称共同沟，它是实施统一规划、设计、施工和维护，建于城市地下用于敷设市政公用管线的市政公用设施，是指在城市地下用于集中敷设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。
    城市地下综合管廊避免了由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通和居民出行造成影响和干扰，综合管廊自动化控制系统是城市基础设施建设发展的新方向，是城市地下空间开发的重要形式之一。它作为一种集约化、可持续性的管线敷设方式，通过合理利用城市用地，综合确定城市工程管线在城市地上、地下空间位置，避免工程管线之间及其相关建筑物相互干扰，为各管线工程的规划管理提供了依据，保持路容完整和美观，便于各种管线的敷设、增减、维修和日常管理，提高了城市管理效率，减少了人力、财力、物力的巨大浪费，促进城市不断向着现代化、智能化方向发展。
    城市地下综合管廊监控与报警系统是采用计算机技术、通信技术、控制技术构建，对管廊各专业管线（电力电缆、给排水管、燃气管道）运行安全、管廊环境（有害气体、淹积水、温湿度、风机水泵、照明）安全及人员安全（出入口管理、人员定位、远程广播、应急通信）进行监控和管理，使地下管廊内设备的运行状态和管廊的环境状态一目了然，实现“自动化监控、智能化管理”。

1.设计依据
    国务院高度重视推进城市综合管廊建设，2013年以来先后印发了《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发[2013]36号）、《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发[2014]27号）、《关于推进城市综合管廊建设的指导意见》（国办发[2015]61号），全面推进城市综合管廊建设。
GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》
GB 50289-98《城市综合管线规划规范》 
GB 50028《城镇燃气设计规范》
GB 50052《供配电系统设计规范》
GB 50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》
GB 50093《自动化仪表工程施工及质量验收规范》
GB50116《火灾自动报警系统设计规范》
GB50140《建筑灭火器配置设计规范》
GB50166《火灾自动报警系统施工及验收规范》
GB50174《电子信息系统机房设计规范》
GB50208《地下防水工程质量验收规范》
GB50243《通风与空调工程施工质量验收规范》
Gb50268《给水排水管道工程及验收规范》

2.系统设计

城市综合管廊管理系统建立基于物联网的“管、控、营”一体化的智能管控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，解决了管廊监控与报警建设中存在着内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的恢复效率，进而实现了监控中心应用“五大系统，一个平台，一根光纤，一组基站”即能对管廊内部设备的远程管理与联动控制。
城市综合管廊管理系统是针对无人值守的地下综合管廊、管网的集成管理软件，该软件可将整个管廊的机电设备、安全防范、通信管理、环境监视、GIS定位系统纳入到整体平台进行采集、监视、控制、管理等，集成了状态监测、视频监控、设备控制等功能于一体，可对各类数据、信息、设备、环境等进行集中监测与控制，实现管控一体化。各子系统集成在同一个监控平台上，实现监测数据统一展示、分析、存储。监控平台可集成各监控系统，设置地理信息系统，留有与其它配套设施监测与控制通信的接口，可与智慧城市有关平台通信的接口，为地下管廊的业务管理以及安全应急指挥提供决策依据。

3.系统构成

城市地下综合管廊监控与报警系统是将环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统和统一管理平台系统的整合，它是智慧型城市管廊的神经中枢，是所有管线数据的统一承载平台。城市地下综合管廊监控与报警系统遵循集约建设、融合共享的建设理念，实现物联网概念和硬件设备环境的协同整合，提供安全和运维的统一保障，打造集数据感知、采集、传输和处理等多种类型服务应用为一体的城市管廊云基础架构服务平台，城市地下综合管廊监控与报警系统集成了多种数据感知传感器，以物联网的概念构建系统，其深度定制的组成方式，可满足不同用户的需求，增强了差异化服务能力和自我管理能力。

4.系统特点

4.1多网融合
    本系统将环境与设备监控、安全防范、通信、预警与报警、地理信息、统一管理信息平台和监控中心进行了有机融合成为一个整体，避免了各个系统之间的各自为政，有利于整个信息系统的管理和维护。
4.2模块化结构
    模块化结构，一个防火区只需一台多功能基站控制，即可对数据信息进行无线采集，并对设备进行无线远程控制，大大减少调试时间，节约安装、培训、维护和人工监护成本。
4.3支持工业环网技术
    本系统支持工业环网技术，具备毫秒级解环，单个设备或某一段线路出现故障时，系统首先会自动切换数据链路，保障数据传输的稳定性，而后会在系统中有相应的显示，提示维护，从而避免因单个设备或某一段线路出现故障而对整个系统造成影响。
4.4高带宽和扩展性
    本系统中构建了贯穿地上与地下的千兆光纤以太环网，为多个系统提供高达百兆的数据带宽，保障各系统的数据链路。同时，设计采用了标准开放的TCP/IP协议，留有各种相应的接口，具有灵活性和延展性，采用国际标准的协议，以方便与其它厂家设备的互通。

5.系统组成及功能

5.1环境与设备监控系统
    环境与设备监控系统的功能是实现对综合管廊全域内环境和设备的参数和状态实施全程监控，将实时监控信息通过多功能基站准确、及时地传输到监控中心的统一管理信息平台，便于值班人员及时发现现场环境和设备问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证管廊正常运行。
5.1.1系统组成
环境与设备监控系统主要由智能传感器（环境监控、设备监控）、多功能基站和智能LED显示器等设备组成。
5.1.2环境监控
    根据规范要求，沿管廊纵长每隔200米应设置人员逃生安全孔、投料口、通风口、防火门和人员进出口各一个。
    通过在每个防火分区内出入口和通风口处安装气体探测器（O2、CH4、H2S、SO2）、温湿度变送器、液位开关、水浸等监测传感器，可实现与风机、水泵的自动化控制与对接，检测信号就近送附属设备监控系统现场控制单元，并通过以太网送到监控中心计算机。在监控中心控制室显示屏上，以数字形式显示每个防火分区的氧气百分比含量和温度/湿度。
5.1.3设备监控
    对布置在每个防火分区内的排水泵、照明、风机、风道阀门、红外入侵报警装置、环境温度/湿度/氧检测仪表等仪表和设备进行数据采集，监测集水井内液位上限报警信号，通过相应的多功能基站向统一信息管理平台传送，多功能基站同时并接受监控中心的命令，实现远程控制风机的开停及相应防火分区内照明设备总开关的分合。
5.2安全防范系统
5.2.1系统简介
    安全防范系统的功能是实现对综合管廊全域内人员的全程监控，将实时视频信息和电子巡查信息通过多功能基站及时、准确地传输到监控中心，便于值班人员及时发现现场问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证管廊正常运行。
5.2.2系统组成
    安全防范系统主要包含视频监控系统、门禁系统、防入侵系统和无线巡更系统四部分。
5.2.3 视频监控系统
    要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的视频监控系统需要解决产品兼容与多个系统的相互集成，以及平台网络接入和资源开发方式等问题。
视频监控系统结构由前段部分、信号传输部分、中央控制显示部分、数字图像检索回放部分以及数据存储、IP承载网。前段系统采用点位设计；信号传输系统设计内容主要分传输方式和传输管道两部分；中央控制显示部分的设计采用数字化监控中心管理系统；数字图像检索回放部分以加大容量模块化矩阵切换设备作为核心设备，以数模结合方式，实现对快球的远程控制、权限管理，并采用外置储存方式进行集中式数据存储。
    系统通过系统前端监控点网络摄像机采集图像信息，系统主机处理后在相连的监视器上反映监控场景。综合管廊每200米为一段防火分区，每段防火分区设置1台多功能基站，在每段防火分区内设置3台网络摄像机（区段出入口）：检测卸料口1台、防火门的两边各1台，监测任何进入防火分区内的人员情况。所有的视频监控画面都可以通过智能安全管控平台控制、显示，实现全范围监控，并且可在监视器上切换显示各防火分区的监控画面。
    同时，系统采用EPON技术组建汇聚网络，在网络汇聚机房部署OLT，铺设光纤到监控前端，在光纤线路上部署分光器，灵活接入各前端控制点。前端视频编码器通过ONU接入光纤，实现“树形分叉”式的前端接入，可有效节约光纤资源，减少建设成本，后期扩容也更为方便。
5.2.4门禁系统
    智能门禁系统由读卡器、控制器、电锁和智能LED显示器组成。
在管廊出入口设置智能门禁控制系统，门禁处设置智能LED显示器。当巡查人员在闸门外出示经过授权的感应卡，经读卡器识别确认身份后，控制器驱动打开电锁放行，并记录进门时间；当使用者离开所控房间时，在门内触按放行开关，控制器驱动打开电锁放行，并记录出门时间。
智能LED显示器实时显示管廊内环境信息，为巡检、维修人员出、入管廊情况提供安全确认数据记录，能够有效防止未经许可人员进入。
系统采用全IP通信设计，配备工业级处理系统，具有系统自动修复、自我健康管理和线路质量容错设计等特点，让出入管理更安全和更稳定。
5.2.5防入侵系统
    在投料口及机械通风口安装红外防入侵探头，一旦有非法入侵，数据经过系统自动识别、判断后通过多功能基站传送给报警控制装置，监控中心模拟显示屏上会显示出入侵的区段及进出人数，并及时记录入侵的时间、地点，同时通过报警设备发出报警信号。
因为红外防入侵系统对监测区域内的照明没有任何特殊要求，甚至在完全黑暗的环境下基站也能正常工作。
5.2.6无线巡更系统
    无线巡更系统由多功能能基站（WI-FI）、便携式巡检仪和无线定位标等设备组成。
    无线巡更系统是一种基于物联网的巡检系统，它将视频监控技术与电子巡检技术有机结合起来，既保证了现场巡检工作有效进行，又充分利用现有的成熟网络，使移动监控成为可能。
    便携式巡检仪实时传输沿路巡检画面、巡检员对设备的检查画面、设备的运行画面到控制中心，图像清晰、位置信息精准、视频数据可备份、存储，由此实现现场巡检与移动视频监控的有效管理。
    无线巡更系统可以对重点部位巡检情况进行全程录像，并定时传输到监控中心，实现监控无死角。安全值班长、各级领导可以随时监察现场巡检人员的工作情况，以便及时、直接地掌握各部门、人员、设备的运行情况，及时对发生的情况做出反应，同时又有效提高了巡检人员的责任心。
5.3通信系统
5.3.1系统简介
    通信系统的功能是实现管理、巡检和施工人员的通信联络，管廊配备各区间工作人员之间、现场工作人员与监控中心之间保持信息通畅，确保前端巡检人员信息及时上报，监控中心命令及时下达。
5.3.2系统组成
    通信系统主要由广播对讲基站、WIFI无线手机和语音调度服务器等设备组成。
5.3.3系统功能
    智能广播系统是一套基于物联网的纯数字化音频对讲、广播系统。
在物理结构上与标准IP网络完全融合，不仅真正实现基于TCP/IP网络的数字化音频的对讲、广播、直播、点播，并借助TCP/IP网络的优势，突破了传统模拟广播系统的内容局限、空间局限和功能局限等。
    智能对讲、广播系统不仅能够完全取代固定式电话和传统的模拟音频广播系统功能，更有传统模拟广播所没有的自主交互式功能：
（1）用户可以在总控室内用IP话机或WIFI话机拨打广播基站的分机号码对单个广播基站进行通话；也可以通过调度系统来对一组广播终端进行广播呼叫。
（2）在广播基站上支持一键对讲功能，可以设置呼叫组或分机号码，当出现紧急事件时候，用户可以按下相应的功能键，呼叫事件相关人员。
（3）广播基站也可以被看作是一个IP话机，数字键盘是选配的，用户如果接有数字键盘可以通过数字键盘来拨打对方的分机号码进行通话。
（4）广播基站支持后备电源供电，在没有IP PBX 的情况下，支持脱网通信，支持进行广播呼叫。
（5）支持WIFI AP功能，提供WIFI无线信号的接入。
5.4预警与报警系统
5.4.1系统简介
    预警与报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测，系统将预警和报警信息通过多功能基站及时、准确地传输到监控中心，实现灾情预警、报警、处理及疏散，同时通过广播系统，向综合管廊内的工作人员广播，使他们及时撤离现场，保证人身安全等功能。5.4.2系统组成
    预警与报警系统由火灾报警系统、防火门监控系统、分布式光纤测温系统和可燃气体探测报警系统两部分组成。
5.4.3火灾报警系统
    火灾报警系统主要由趋于火灾报警主机、感温探测器手动报警按钮、多功能监测基站和智能广播基站等设备组成。
    在每段防火分区内设置智能烟感探测器、手动报警按钮、火灾电话、多功能广播基站和声光报警器等设备。烟感探测器设置间距为10m，手动报警按钮设置在卸料口、两边的防火门处。基站与基站之间采用可插拔光纤连接。
5.4.4防火门监控系统
5.4.5分布式光纤测温系统
    光纤测温主机连接多条线性测温光缆，测温光缆主要监测管廊内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行，对于管廊内110kv的电力电缆，每根配置一条测温光缆监测其温度的变化；对于10kv的电力电缆，每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为1℃，可任意设置多级温度报警值，光纤测温主机可提供一组继电器输出报警信号。
5.4.6可燃气体探测报警系统
    可燃气体探测报警系统主要由智能传感器、分布式测温光纤、多功能监测基站和智能广播基站等设备组成。
    为使系统有效工作，在每段防火分区内设置智能天然气探测器、手动报警按钮、报警电话、多功能广播基站和声光报警器等设备。天然气探测器设置间距为10m；手动报警按钮设置在卸料口、两边的防火门处。基站与基站之间采用可插拔光纤连接，可实现无线采集数据信息，并对设备进行无线远程控制。
    监控中心可按需设定天然气报警浓度的上限值（小于其爆炸下限值的20%），天然气探测器接入多功能监测基站，当天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定上限值时，由多功能监测基站启动天然气舱事故段分区及其相邻分区的事故通风设备，且紧急切断浓度设定的上限值要小于其爆炸下限值的25%，并通过可燃气体报警系统解决燃气泄漏或危险气体累积带来的爆炸隐患，确保燃气管廊设施正常、稳定运行。
5.4.5联动功能
（1）消防联动：探测器发出检测信号，报警装置联动视频系统，跳出该防区的视频画面，确认报警。
（2）联动排烟/气系统：每段防火分区设置有排风及排烟/气系统，正常时用于排风。当确认探测到火灾/可燃气体时，监控中心可通过多功能基站传输指令实现远程启动风机排烟/气。
（3）联动电源：灾情探测信息确认后，监控中心可通过多功能基站进行指令传输以切断非消防电源。
（4）联动广播系统：灾情探测信息确认后，监控中心启动广播切换模块进行灾情信息广播，特别针对灾情确认区、相邻分区进行广播疏散。
（5）联动电话系统：监控中心可启动专用模块与任一广播基站通话；现场任一广播基站或电话通过监控中心确认后实现与调度主机通话录音。
5.5地理信息系统
5.5.1系统简介
    地理信息系统的功能是实现对综合管廊人员、设备和巡检车辆的位置坐标数据的采集、存储、管理、分析和表达，将信息通过多功能基站及时、准确地传输到监控中心，实现对通风线路、避灾路线、监测设备、巡检人机坐标等信息的GIS浏览。
5.5.2系统功能
    地理信息系统基于“一张图”模式展示地下管廊和内部各专业管线基础数据管理、图档管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、基础数据共享等功能信息，能为监控与报警系统提供简洁、美观、统一、友好的人机交互界面，具有视觉冲击力；指令简单、准确、无异议，能直观展现“五系统、一平台/中心”信息。
    同时，系统具有丰富的地图展示效果，同时支持二维、三维地图的在线展示、流畅切换，支持旋转、缩放、平移等基本操作，且具有统一坐标系，为监控人员与决策人员提供准确的地理信息，确保信息统一可视，同时在应急救援时提供有效的安全分析链。
5.6统一管理信息平台
5.6.1系统简介
    统一管理信息平台的功能是实现对大数据的综合分析和交互，将信息通过多功能基站及时、准确地传输到监控中心，以GIS模式实现位置坐标的可视化追踪。
5.6.2系统集成
    由于统一管理信息平台依靠多个不同功能的系统，为了有效消除各系统间的信息孤岛，我们从门户集成、应用集成、通信集成、数据集成、安全集成和管理集成六个方面构建一个全局SOA架构和多系统集成互联网的数字化、网络化、集成化和智能化的统一管理信息平台。
（1）门户集成。实现环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统及其它所有系统在统一门户上的集成化统一管理。
（2）应用集成。基于网络架构、以电子地图为导航的综合集成管控平台，实现集成系统之间的信息交换和共享，并对集成信息进行综合应用。
（3）通信集成。集成平台通过建立起一套统一的信息体系，利用XML语言，在各个前端采集设备与平台之间按照统一的标准接口，通过消息服务进行信息交换和控制信息交换。
（4）数据集成。通过对多系统数据采集和分析，可以实现系统之间的关联和统计，并可以输出不同的报表。
（5）安全集成。建立统一的权限管理体系，以密码技术为基础，在网络环境中实现统一用户管理、身份认证及单点登录、统一授权管理、安全审计与责任认定、统一门户管理功能等，为各系统提供完善的安全支撑。
（6）管理集成。通过统一的管理平台实现对五大系统的管理，包括对设备和软件的注册、配置、维护和更新。
5.6.3系统特点
（1）通过数据采集系统及实时数据库对各系统的数据进行采集和保存。
    以采集整理后的各生产自动化及管理系统数据信息为基础，建立不同层面面向现场的运营指挥调度平台，实时监测管廊运营现场状况，实现通风、人机、工作面等多种安全运营分析模型。
同时，整合各类数据，为各级各类管理、技术、监控人员、单位提供分析、决策的支持。主要包括综合监测、运营调度、安全管理、数据分析等功能。
（2）综合管廊统一的权限管理模块。
    开发统一的权限管理模块，包含角色划分、权限分配等功能，将综合管廊各系统权限无缝的集成在一起，实现统一的权限分配。通过综合调度分析平台，不同的人员就有不同的配置和权限，根据他们的权限进入系统后功能界面也不一样。
（3）灵活的配置模块。
    包含个性化设置、软件扩展功能配置、功能模块配置等多种灵活配置，实现无需修改程序就能灵活的配置需要的功能，增加的功能模块会在左边的菜单栏体现出来。
（4）监控数据的采集、归类、长期存储。
    对于运营中涉及到的环境、指标、故障、时间等对于监管、运营有价值的数据，都将作长期的存储。
    同时，应实现以下功能：实时预警及报警功能、基础手工数据的录入、系统间的联动功能、系统数据在线监视无缝集成、视频的无缝集成等。
（5）综合数据监测
    系统能够将巡检工作面、管廊供电、通风、供排水、设备等工作情况与监控信息在大屏幕上显示，实现集中监控，同时，上级单位指挥调度中心可以调阅管廊监控的相应信息。
该模块要求将各系统单位的监测系统（环境监控、人员定位、语音通信、工业电视等）进行综合集成，同时实现各监控系统之间的数据融合，在此基础上，提供各类联动报警、联动提示、综合监测等。
（6）系统可通过GIS管理综合管廊数据信息，可实现通风线路、避灾路线、监测设备、巡检人机坐标等GIS浏览。

6.监控项目

6.1各专业管线监控
6.1.1电力电缆状态监测：高压电缆护层接地环流、电缆运行电流监测，高压电缆接头温度监测，超限或异常状况自动告警。历史曲线、柱状图展示、电缆健康状态分析，保证电缆安全运行。
6.1.2给水管网漏水、流量监测。
6.1.3燃气管网漏气监测。
6.2管廊环境监控
6.2.1有毒有害气体监测。管廊内一氧化碳、硫化氢、甲烷及空气含氧量的远程监测，并通过现场的LED屏实时显示相应区域的气体含量，超标时实现与风机的联动控制。
6.2.2管廊内温湿度实时监控
6.2.3积水深度监测。管廊内积水井水位监测，水泵联动控制。
6.2.4超标报警。管廊环境参数超标自动报警，在监控平台的图形展示界面上闪烁显示，并可以通过语音、短信方式自动通知值班人员。
6.2.5管廊内供电设施监控。
6.3人员安全管理
6.3.1远程井盖开启。管廊出入口安装电控井盖/电控锁，监控中心、电话语音、短信开启井盖/电控锁。
6.3.2非法入侵报警。 管廊井盖/出入口非法开启告警，监控中心对井盖/出入口的异常状况发出视听告警，集中监控平台的图形界面上闪烁显示，并通过语音、短信方式自动通知值班人员。
6.3.3人员定位。对出入地下管廊的人员进行授权管理，只有经授权的人员在授权时间内可进入综合管廊，并采用人员定位系统实现对进入管廊内的人员进行位置定位及人员轨迹跟踪，实时掌握管廊内人员的实际位置，既方便运维单位对进入人员的管理，又有效的保障进入人员的人身安全。
6.3.4应急电话。在管廊内建设通信系统，设置固定电话，实现管廊内与监控中心之间的应急通信。
6.3.5公共广播。在管廊内设置公共广播，紧急情况下，通知管廊内人员安全疏散。
6.4视频监控
6.4.1出入口监控。在管廊井盖/出入口安装摄像机，实现与井盖/出入口监控系统的联动，摄像机在井盖/出入口开启时自动启动LED灯并传送视频信号。
6.4.2重要设备监控。在管廊内主要设备处安装摄像机，实时监视现场设备的状况。
6.4.3视频侦测。视频监控系统除了具备数字化摄像监控系统自身的视频采集、存储、报警、联动等基本功能外，还具备图像分析处理能力，对于进入禁区的非法闯入行为自动报警。