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智慧管廊感知系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)維建設(shè)方案

更新時(shí)間：2020-08-06　點(diǎn)擊次數(shù)： 1236次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合，打造綜合管廊監(jiān)管運(yùn)維體化體系，提升綜合管廊應(yīng)急指揮和運(yùn)維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現(xiàn)綜合管廊感知、運(yùn)維、管理、決策的智慧化。

1.研究背景

隨著我城市的快速發(fā)展，為滿足對(duì)各類地下公共基礎(chǔ)設(shè)施管線的集約化、綜合化管理，城市級(jí)綜合管廊工程應(yīng)運(yùn)而生。綜合管廊運(yùn)維難度大、成本高等問題也逐漸浮出水面，本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的綜合管廊監(jiān)控管理與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行深度融合，打造綜合管廊監(jiān)管和運(yùn)維體化體系，提升綜合管廊應(yīng)急指揮和運(yùn)維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現(xiàn)綜合管廊的感知、運(yùn)維、管理、決策智慧化。

2.智慧管廊概述

目前，對(duì)綜合管廊在主體結(jié)構(gòu)建造上的規(guī)范已相對(duì)完善，但對(duì)管廊智慧化目前沒有統(tǒng)的定義。參照Toppeta對(duì)智慧城市的觀點(diǎn)，本文認(rèn)為，智慧管廊即是將綜合管廊的信息收集、處理和分析通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，打破各系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)綜合管廊的高度信息化、智能化，以達(dá)到綜合管廊智慧控制、調(diào)度、管理及運(yùn)營的目的。

3.建設(shè)原則

（1）先進(jìn)性

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)是項(xiàng)長期任務(wù)，涉及面廣，建設(shè)周期長，因此在技術(shù)構(gòu)架、選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，應(yīng)該充分考慮技術(shù)和方案的先進(jìn)性。

（2）性

智慧管廊系統(tǒng)是承載綜合管廊關(guān)鍵應(yīng)用和數(shù)據(jù)的平臺(tái)，其建設(shè)和維護(hù)必須考慮系統(tǒng)的性。

（3）開放性

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)需考慮系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性及與內(nèi)外部應(yīng)用系統(tǒng)的信息交互，在規(guī)劃和建設(shè)中應(yīng)依從主流的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用功能模塊化、接口開放化的策略。

（4）高可靠性

智慧管廊系統(tǒng)是綜合管廊運(yùn)營維護(hù)的核心，所涉及數(shù)據(jù)量巨大且用戶并發(fā)較高，在規(guī)劃和建設(shè)中必須考慮高可靠性。

（5）可擴(kuò)展性

作為綜合管廊運(yùn)維管理的核心，智慧管廊系統(tǒng)規(guī)模會(huì)隨著綜合管廊管理的需求和使用范圍不斷拓展，因此要求系統(tǒng)建設(shè)需充分考慮在結(jié)構(gòu)、容量、通信能力、產(chǎn)品升級(jí)、處理能力、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)等方面具備良好的可擴(kuò)展性和靈活性。

（6）快速開發(fā)，易于維護(hù)

智慧管廊系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)易于實(shí)施和維護(hù)，具有高品質(zhì)、高效率、高擴(kuò)展性與高重用性。

4 建設(shè)方案

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)按照《GB 50838-2015城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》建設(shè)：

系統(tǒng)架構(gòu)分為：

物理層：通信接口統(tǒng)，各硬件設(shè)備通過統(tǒng)接口，將感知數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

數(shù)據(jù)層：將感知數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)所有感知數(shù)據(jù)的匯總，同時(shí)對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

應(yīng)用層：整合了各應(yīng)用子系統(tǒng)。在應(yīng)用層，不同子系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)。

展示層：在web、客戶端及APP端統(tǒng)展示系統(tǒng)功能。

本系統(tǒng)主要由感知系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)組成。

4.2 感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧管廊感知系統(tǒng)，感知范圍包含環(huán)境、消防、、視頻、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等。

感知系統(tǒng)布置原則見表1。
表1 感知系統(tǒng)布置原則

4.2.1 環(huán)境與設(shè)備感知系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備感知系統(tǒng)是通過溫濕度、氣體探測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)等各種感知設(shè)備以及的設(shè)備參數(shù)、狀態(tài)采集器對(duì)綜合管廊內(nèi)部環(huán)境和設(shè)備實(shí)施全程監(jiān)控、實(shí)時(shí)采集。采集數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到預(yù)警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題排除故障，保證管廊正常運(yùn)行。

4.2.2 防范感知系統(tǒng)

防范感知系統(tǒng)通過視頻、門禁、紅外、入侵檢測(cè)、巡檢等感知設(shè)備對(duì)綜合管廊內(nèi)人員的全程監(jiān)控感知。感知數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，得到預(yù)警信息并可視化呈現(xiàn)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)警情并及時(shí)處理，保證管廊正常運(yùn)行。

4.2.3 預(yù)警預(yù)報(bào)警感知系統(tǒng)

預(yù)警與報(bào)警感知系統(tǒng)由火災(zāi)、可燃?xì)怏w等感知設(shè)備組成，對(duì)綜合管廊實(shí)施全程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警、報(bào)警及處理，同時(shí)通過通信系統(tǒng)，向管廊內(nèi)人員報(bào)警并引導(dǎo)人員及時(shí)疏散，保障人身。預(yù)警預(yù)報(bào)警感知系統(tǒng)擁有全部系統(tǒng)內(nèi)zui高的先級(jí)。

4.2.4 管廊結(jié)構(gòu)感知系統(tǒng)

管廊結(jié)構(gòu)感知系統(tǒng)由防外破感知和沉降感知兩個(gè)系統(tǒng)組成。
防外破感知系統(tǒng)對(duì)管廊外設(shè)定范圍內(nèi)的振動(dòng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理并可視化呈現(xiàn)，防止管廊遭到外部破壞。沉降感知系統(tǒng)通過對(duì)管廊尤其是管廊接縫處的相對(duì)水平、垂直位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)到智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理并可視化呈現(xiàn)，對(duì)管廊結(jié)構(gòu)沉降和變形趨勢(shì)作出判斷和預(yù)警，便于及時(shí)采取措施防止管廊結(jié)構(gòu)損壞。

4.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)作為感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)回傳的通道，需可靠。采用有線通信與無線通信相結(jié)合的方式。有線通信線纜須冗余配置，采用環(huán)網(wǎng)形式，確保有線通信網(wǎng)絡(luò)可靠。無線通信主要針對(duì)可移動(dòng)設(shè)備及終端，無線信號(hào)須對(duì)管廊內(nèi)部空間*覆蓋，確?？梢苿?dòng)設(shè)備及終端通信不中斷。

為確?？煽恳约氨阌诠芾恚梢悦?/span>150~200米設(shè)置個(gè)獨(dú)立的控制區(qū)，每個(gè)區(qū)域的ACU（Area Control Unit區(qū)域控制單元）均有獨(dú)立的電源單元、通訊單元、采集單元等。

4.4 智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)

管廊的感知數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息均集中到智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)中。同時(shí)智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)中還集成了管廊客戶信息、業(yè)務(wù)流程信息等用戶數(shù)據(jù)，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等手段，將各信息有機(jī)的整合，可視化呈現(xiàn)在智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)中。同時(shí)，還可通過智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)維、管理、決策過程的智慧化。

4.5 三維數(shù)字模型

將感知數(shù)據(jù)與CIM相結(jié)合，構(gòu)建綜合管廊三維數(shù)字模型，直觀的展現(xiàn)整個(gè)綜合管廊內(nèi)外部情況。結(jié)合感知系統(tǒng)及智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)對(duì)綜合管廊內(nèi)具體場(chǎng)景進(jìn)行虛擬還原。是整個(gè)系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)的主要方式。

4.6 AR呈現(xiàn)

通過AR技術(shù)，在地面即可對(duì)地下綜合管廊信息查詢及可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)地面巡檢。使得城市地上地下信息體化。

5 以安科瑞智慧城市地下綜合管廊產(chǎn)品選型方案為例。

5.1 管廊電力監(jiān)控系統(tǒng)（10/0.4kV地面變電所）

應(yīng)用場(chǎng)合		型號(hào)	功能
10kV	進(jìn)/饋線	AM4-I	三段式過流保護(hù)、兩段式序過流保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、負(fù)序過流、過負(fù)荷保護(hù)（告警、跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、三相次重合閘、后加速過流、FC閉鎖、非電量保護(hù)（告警、跳閘）、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波。
	PT監(jiān)測(cè)	AM4-U1	過電壓告警、序過壓告警、PT斷線告警、低電壓告警；4路交流電壓通道；故障錄波
	PT監(jiān)測(cè)	AM4-U2	I段/II段過電壓告警、I段/II段序過壓告警、I段/II段PT斷線告警、I段/II段低電壓告警；8路交流電壓通道；故障錄波。
	智能操控、節(jié)點(diǎn)測(cè)溫	ASD320-Pn	次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、自動(dòng)溫濕度控制及顯示（標(biāo)配路強(qiáng)制加熱）、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲(chǔ)能旋鈕、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫。
	電參量測(cè)量	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
0.4kV	進(jìn)線	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
	進(jìn)線	ASJ10-LD1A	1路A型剩余電流測(cè)量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定；十種極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定；互感器斷線報(bào)警指示；兩組繼電器輸出(組常開，組轉(zhuǎn)換，均可設(shè)定)；具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能。
	無功補(bǔ)償	ARC	測(cè)量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護(hù)、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護(hù)功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議。
	無功補(bǔ)償	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
	有源濾波	ANAPF	ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。
	出線	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及zui，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
		ANHPD300	對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波、脈沖尖峰、電涌等具有抑制和吸收作用，能有效濾除電壓尖峰雜波、矯正畸變的電壓波形，對(duì)諧波噪聲進(jìn)行消化和吸收，防止保護(hù)裝置誤跳閘，保證用電設(shè)備正常運(yùn)行。
		ASJ10-LD1A	1路A型剩余電流測(cè)量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動(dòng)作電流可設(shè)定；十種極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間可設(shè)定；互感器斷線報(bào)警指示；兩組繼電器輸出(組常開，組轉(zhuǎn)換，均可設(shè)定)；具有就地，遠(yuǎn)程“測(cè)試”、“復(fù)位”功能。
溫度檢測(cè)	變壓器溫度檢測(cè)	ARTM-8	8路溫度巡檢，熱電阻信號(hào)輸入，RS485接口，2路繼電器輸出。
	無線測(cè)溫	ARTM100	可以嵌入式安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)，每臺(tái)裝置可以接收240個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，可與ATE100、ATE200、ATE300三種傳感器選配使用。裝置帶有路485接口、可選配路以太網(wǎng)口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控。
		ATC200	款帶有路485接口的溫度收發(fā)器，可同時(shí)接收12個(gè)ATE200傳感器發(fā)射的數(shù)據(jù)并將采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控。
		ATE200	表帶式固定，測(cè)溫范圍0-125℃，測(cè)量精度±2℃，傳輸距離空曠10米。
配套附件		AKH-0.66	測(cè)量型互感器，采集交流電流信號(hào)。
配套附件		AKH-0.66L	剩余電流互感器，采集剩余電流信號(hào)。
網(wǎng)關(guān)		Anet-2E5S	5個(gè)RS485串口 2kV隔離， 2個(gè)以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、建筑能耗數(shù)據(jù)、電力需求側(cè)等上傳、支持多不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，支持網(wǎng)關(guān)透?jìng)鲄f(xié)議；裝置電源:220V AC/DC。
網(wǎng)關(guān)		Anet-4E10	10個(gè)RS485串口 2kV隔離，4個(gè)以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、DNP、CDT、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入、支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、CDT、建筑能耗數(shù)據(jù)、電力需求側(cè)等上傳、支持多不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，裝置電源:220V AC/DC。
電力監(jiān)控系統(tǒng)		Acrel-2000	數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護(hù)定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報(bào)表及設(shè)備維護(hù)信息管理。

5.2 管廊設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（0.4kV動(dòng)力箱/動(dòng)力柜）

應(yīng)用場(chǎng)合	型號(hào)	功能	安裝方式	防護(hù)等級(jí)	使用說明
動(dòng)力箱/柜	DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測(cè)量，分相正向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級(jí),無功電能精度2級(jí)。	導(dǎo)軌式	IP30	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65。
	ARD2F－XX/XX－90L/UT	ARD2F智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動(dòng)機(jī)，可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線通信等功能。	主體：導(dǎo)軌式顯示：嵌入式	主體：IP30 顯示：IP65	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65。
	PZ72L-E4/UT	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限電能，LCD顯示，可選2DI/2DO，RS485/Modbus通信。	嵌入式	IP65
	WHD72-11/UT	測(cè)量并顯示控制1路溫度、1路濕度。	嵌入式	IP65
配套附件	AKH-0.66	測(cè)量型互感器，采集交流電流信號(hào)。	螺絲固定	IP30	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)智慧管廊感知系統(tǒng)以及智慧運(yùn)營管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。但由于綜合管廊處于建設(shè)階段，業(yè)務(wù)流程和管理制度都在不斷完善和更新中。在具體實(shí)施階段，不宜操之過急，還需采用多次迭代的方式進(jìn)行研發(fā)。通過信息化-智能化-智慧化三步走的方式，zui終實(shí)現(xiàn)綜合管廊的感知、協(xié)同智慧、管理、決策的智慧化。

參考文獻(xiàn)：
[1] 仲超孫健淺談智慧管廊感知系統(tǒng)和智慧運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)方案

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榫C合管廊監(jiān)控及運(yùn)維方向

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