摘要：文章采用物聯網技術云、邊、端全方面的應用，開發(fā)物聯網邊緣計算控制器和物聯網平臺，提高管廊感知能力，降低集成難度，從而間接提高了綜合管廊的智能化管控水平與運行效率，降低了運維管理成本，保障了綜合管廊、市政管線和人員的安全。

關鍵詞：綜合管廊 ；智慧管廊 ；物聯網 ；邊緣計算

 

       綜合管廊負責容納多種城市綜合管線，一旦失控將對城市生產、生活造重大經濟損失，嚴重影響城市運營。所以應在綜合管廊內設置管廊智慧化系統(tǒng)，為管廊以及廊內管線與人員提供基本的安全保護。當前這些系統(tǒng)依舊采用獨立的系統(tǒng)進行集成，而海量的多種類設備所產生的龐大信息數據，結合 對外通訊的復雜性、信息數據接入方式傳統(tǒng)等因素，為數據的采集、處理和信息的集成帶來困難。同時，設備缺乏自處理能力，其功能的實現對通訊依賴度高；各子系統(tǒng)自成一體，大量的自用纜線占據綜合管廊有限空間；信息孤島現象明顯，系統(tǒng)間不能實現跨系統(tǒng)設備聯動，系統(tǒng)反應遲緩，應急措施受限。

 

       從2018年開始，高校、科研院所、市政設計院陸續(xù)加大了物聯網技術在管廊智慧化中的應用研究。例如上海市政院發(fā)表論文《基于物聯網和BIM 的管道滲漏預警系統(tǒng)、方法和應用》；山西省信息產業(yè)技術研究院有限公司發(fā)表論文《物聯網架構的管廊綜合監(jiān)控管理平臺》；重慶市勘測院發(fā)表論文《物聯網和BIM技術在地下綜合管廊建設運維中的應用研究》；京投公司開展基于物聯網技術的融合通訊設備研究，北京建工開發(fā)邊緣計算管廊區(qū)域控制單元；蘇交科開發(fā)BIM+物聯網結合建立基于云的城市管網智慧監(jiān)控平臺。這些公司通過探索和研究，嘗試找到物聯網技術，解決管廊智慧化的建設的某些問題。

       物聯網技術在設備連接、大數據量承載方面具有的優(yōu)勢。通過對物聯網技術進行創(chuàng)新應用，優(yōu)化管廊管控系統(tǒng)網絡架構，解決管廊設備數據量 大、通訊協議多樣、集成難度大、跨系統(tǒng)聯動響應遲 緩等問題，保障海量設備并發(fā)接入，提高數據安全性和響應速度，實現數據互聯互通，降低統(tǒng)一管理平臺信息集成難度，提高設備自處理能力，確保智慧管控系統(tǒng)安全高可用，并降低事故風險，同時減少建設中電纜、光纜的使用，預留出更多寶貴的廊內空間。

 

       本文中的綜合管廊智慧化系統(tǒng)將從云、邊、端對物聯網技術進行研究和應用。

2.1物聯網云平臺的研究與開發(fā)

2.1.1物聯網云平臺功能設計

       物聯網軟件平臺主要功能包括設備物聯、資產管理和應用使能。設備物聯實現平臺和設備的泛在連接、數據采集和設備控制等，資產管理實現設備資產采購、安裝、維護和報廢的全生命周期管理，應用使能實現對業(yè)務系統(tǒng)的應用支撐。

2.1.2物聯網云平臺架構設計

       物聯網軟件平臺的開發(fā)采用微服務架構，微服務核心組件通過調用HTTP、MQTT、CoAP 三種通訊微服務實現和設備、網關的設備連接、遙感數據采集、控制指令發(fā)送等。引入規(guī)則鏈進行業(yè)務邏輯編制，數據通訊采用消息隊列。物聯網軟件平臺作為業(yè)務系統(tǒng)（綜合管廊智慧管控平臺）的數據和應用支撐。引入Zookeeper 架構，實現平臺的集群部署和高可用（見圖1）。

圖1 智慧管廊物聯網平臺架構示意

 

2.1.3物聯網云平臺開發(fā)

參考國內外物聯網平臺的功能實現，采用java語言開發(fā)適合智慧管廊應用場景的物聯網平臺（見圖2）

圖2 智慧管廊物聯網平臺界面

2.2物聯網邊緣計算的研究和應用

       通過在管廊現場（防火分區(qū)設備間）設置管廊邊計算控制器，實現就地化數據采集、設備聯動、數據上傳，可以大大提高數據效率，并節(jié)省電纜。

       管廊邊緣計算控制器主要匯總環(huán)境和設備監(jiān)控、安防、通訊、結構監(jiān)測等系統(tǒng)的數據，常用協議為MQTT、OPC UA、Modbus、ODBC、視頻（碼流）等，實現不同系統(tǒng)之間的設備聯動。數據上傳江采集的數據上傳給物聯網平臺（見圖3）

圖3 綜合管廊邊緣計算網關

 

2.3物聯網終端的應用

       采用物聯網技術，對綜合管廊進行監(jiān)控和數據采集。針對環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范、通信、火災自動報警、可燃氣體報警、電子標簽、巡檢機器人、結構檢測、管線監(jiān)測、其他智能終端都采用物聯網終端設備進行采集。配置原則如表1 所示。

表1 物聯網終端配置

 

3.1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據支持，從數據采集、通信網絡、系統(tǒng)架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)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。

3.2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/O.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)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(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獲取數據，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)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

 

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1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和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、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。

3.4.2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、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

 

3.4.3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、內阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

 

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

 

3.6.1 Anet-**/4G系列導軌式智能網關

       ANet-**/4G是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的一款帶全網通無線聯網功能的通用型智能 通信管理機，適用于國家、企事業(yè)單位、公共機構、住宅商業(yè)樓宇、酒店餐飲商場等領域， 可滿足水、電、氣、油、冷量、熱量等各種形式的用量及能源能耗分項計量數據采集的需求。 

該設備可用于以下應用場景： 

?電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質量系統(tǒng) ?物聯網系統(tǒng) ?電力需求側系統(tǒng) 

?建筑能耗系統(tǒng) ?遠程預付費系統(tǒng) ?消防防護系統(tǒng) ?智能建筑系統(tǒng)

技術特點

 

3.6.2  Anet-2E4SM/4G模塊化智能網關

        ANet-2E4SM模塊化通信管理機是安科瑞電氣股份有限公司自主研發(fā)的一款通用型智能通信管理機，將傳統(tǒng)管理機的接口拆分成可拼裝搭配的模塊，其中主模塊可作為標準智能通信管理機獨立工作， 整個設備可通過串口、以太網、Lora無線、wifi無線等鏈路采集水表、氣表、電表、微機保護等設備 終端的數據，標配的8路無源干接點可實時采集門禁、水浸、煙感等開關量信息，可通過有線網絡、 WiFi網絡、4G網絡等鏈路上傳告警、實時數據等信息。主模塊搭配從模塊可靈活擴展，增加更豐富的 應用場景，同時還可提供邊緣計算等需求。 

該設備可用于以下應用場景： 

?電力監(jiān)控系統(tǒng) ?電能質量系統(tǒng) ?物聯網系統(tǒng) ?電力需求側系統(tǒng) 

?建筑能耗系統(tǒng) ?遠程預付費系統(tǒng) ?第三方云平臺 ?泛在電力物聯網 

?運維系統(tǒng)平臺 ?能源綜合管理平臺 

技術特點

 

       通過物聯網技術在綜合管廊智慧化中云、邊、端的應用，大大提高了綜合管廊的信息感知能

力，降低了綜合管廊數據采集的難度，避免了數據孤島，提高了系統(tǒng)平臺數據的承載能力，從而間接提高

了綜合管廊的智能化管控水平與運行效率，降低了運維管理成本，保障了綜合管廊、市政管線和人員的安全。

 

【1】梁仕賢，羊保品.物聯網技術在綜合管廊智慧化中的應用研究

【2】凌琪. 滇中新區(qū)智慧管廊環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]. 智能建筑與智慧城市，2019

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05