基于智慧线的综合管廊安防通讯一体化系统

基于智慧线的综合管廊安防通讯一体化系统

李坡

李坡

（中建智能技术有限公司北京100000）

摘要：随着经济的快速发展，城市规模不断增大，综合管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现，一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响着生命、财产安全和城市运行秩序。据有关部门统计全国综合管线事故平均每天高达5.6起，每年由于路面开挖造成的直接经济损失高达2000亿元。面对当前现状及存在的问题，中央适时出台《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》【国发〔2013〕36号】文件：在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程；中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进行开发建设。国办发〔2015〕61号《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》中对城市管廊建设做了统筹规划。《指导意见》指出管廊配套系统应具有智能化管理水平，满足运营维护需要。而在GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》中，则具体框定了该类系统的建设要求。

综合管廊是一项重要的城市基础设施，它主要解决以下四个城市问题，1、消除城市“拉链路”保证城市交通通畅的需要。2、城市地下空间开发利用的需要。3、保证城市地下管线安全运营的需要。4、节约城市土地资源的需要。

关键词：智慧线；物联网；综合管廊；信息化管理平台

绪论：《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》中指出，要把加强城市地下管线建设管理作为履行政府职能的重要内容，统筹地下管线规划建设、管理维护、应急防灾等全过程，综合运用各项政策措施，提高创新能力，全面加强城市地下管线建设管理。要求各城市及相关主管部门要借鉴已有的成功经验，结合地区特点，鼓励管道权属单位开发、应用地下管线监控预警技术，实现智能监测预警、有害气体自动处理、自动报警、防爆、井盖防盗等功能，提高地下管线安全管理效能，减少各类事故的发生。

据有关部门统计全国综合管线事故平均每天高达5.6起，每年由于路面开挖造成的直接经济损失高达2000亿元。面对当前现状及存在的问题，中央适时出台《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》【国发〔2013〕36号】文件：在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程；中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进行开发建设。国办发〔2015〕61号《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》中对城市管廊建设做了统筹规划。《指导意见》指出管廊配套系统应具有智能化管理水平，满足运营维护需要。而在GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》和GB/T51274-2017《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术》标准中，则具体框定了该类系统的建设要求。

一、智慧线原理

1、智慧线组成

智慧线是基于安全生产物联网与信息交互系统标准体系设计的新一代TSM（隧道物联网通信系统）设备，其通过在通信电缆中密集植入微基站，实现将射频单元、基带处理单元、反馈系统以及传输线、电源线等汇集到一条线缆内。

2、智慧线通信功能

终端的业务通过无线空中接口接入到智慧线网络中，承载语音、数据、定位的业务。

图1－1智慧线通讯功能示意图

3、“智慧线”安防功能

智慧线内微基站具备射频信号收发功能，智慧线系统运行后形成一个稳定电磁场分布：

图1－2无入侵时微波场稳定状态

当有非法目标靠近或穿越电磁场时，将打破电磁场的稳定分布，目标周围多个微基站检测到的信号将发生不同程度的畸变，根据信号畸变的数量和幅度来可对非法目标进行报警和定位：

图1－3入侵发生时微波被干扰

与传统入侵探测技术相比，其主动探测、敌我识别、多点入侵探测、入侵轨迹追踪等，极具技术优势。

4、智慧线安防系统组成

城市综合管廊安防通信一体化系统，核心产品为智慧线和综合控制器，综合控制器安装于城市综合管廊的2个防火分区之间，连接2根智慧线，分别覆盖2个防火分区，形成2M的工业物联网无线通信平台；综合控制器可接出2台智慧AP，对2个防火分区进行300M宽带覆盖；对于设备间、通风口、下料仓等特殊位置，由于逃生门等装置的隔离，会影响其信号的覆盖，且这些位置还有“入侵检测”的需求，在这些位置，利用扩展基站实现上述场所的无线覆盖和安全防护。

综合控制器通过光纤或工业以太环网将数据传输至地面的综合管廊监控中心。

综合管廊监控中心内设网络控制平台服务器、综合管理平台服务器、语音通信服务器等设备，对综合控制器采集到的无线通信数据进行存储、分析；工作站、打印机用于对具体应用进行显示、查询、应用、打印等；语音网关通过E1口与程控交换机相连，进而实现城市综合管廊语音通信系统与公共电话交换网络（PSTN）的连接。

图1－4城市综合管廊安防通信一体化系统架构示意图

二、系统功能

1、智慧线安防系统组成

智慧线中的微基站密集排列，在管廊各舱室沿线构成全空间、均匀分布的自适应微波阵列。非法人员进入综合管廊时，对微波阵列的无线信号造成阻挡、吸收、反射等干扰，系统通过对扰动进行分析从而判别入侵行为并报警，可实现多点入侵及并行报警，定位精度最高可达2米。

微基站可编址，与管廊位置进行对应，检测到报警信息后，通过微基站的地址，可同时在监控平台提示入侵点位置，并按预设规则将入侵位置信息转发给其他联动系统。采用动态建模体系可插拔系统集成方式，实现有非法人员入侵时联动视频、声光报警器、灯光、广播等系统。

监控中心管理平台具有分区远程布防、远程撤防、远程报警复位等功能。

2、精确定位及行动轨迹

系统能够快速对系统内的手机、标识卡等物联网终端进行实时精确定位，定位精度可达2～5米。系统的定位管理平台可提供多种基于位置信息的服务：

实时位置监控：实时追踪、显示和记录系统内终端（标识卡、手机等）的位置、身份、数量和分布情况；

历史轨迹查询及回放：支持按照姓名、终端编号、时间、区域等条件查询系统内终端的历史位置和活动轨迹，并支持回放功能；

区域管理：可以对指定区域设置超员、超时、禁入/禁出限制；

考勤统计：自动统计人员出入工作区域的时间、工作时长等信息；

异常事件告警：包括超员告警、超时告警、区域告警、设备告警等。

3、在线式电子巡查

电子巡更系统分为两类：在线式和离线式。系统由感应式巡检器、数据通信器、巡更人员卡、巡更点、器和管理软件六部分组成[1]。巡检器内的巡检数据实施上传到管理中心。巡检报表以天、月、年的方式统计，给管理者提供了科学有效的考核依据。

通过设置智慧线内部对应微基站为巡检点，可以灵活规划巡检工作路线，巡查人员随身携带巡检终端完成巡查工作。系统可对巡查人员的巡查区域、巡查路线、停留时间等进行规划、记录、提醒、报警灯。当巡查人员未按路线行进、停留时间过长或未作停留等情况发生时，可发出报警提示，地面工作人员可通过无线语音通信系统对工作人员进行相应的指导和管理。当巡检人员在巡检过程中发现设备故障或安全隐患，可以通过终端APP以文字、语音、图片、视频等多种形式将现场情况实时上传汇报，为管理人员决策提供详尽现场信息。

与动态人脸布控系统结合，可有效避免巡检人员换卡、单一工种人员进入限定区域等工作违规事件，避免安全隐患。

4、语音通信及调度

智能手机就近接入到智慧线，通过专用信道实现全双工的语音通信，保证通信质量，同时不占用数据业务带宽。系统采用多点服务的移动性管理策略，实现手机的全网无缝漫游，形成语音通信“专网”。系统可对智能手机实现精确定位，精度2～5米。

系统具有完善的调度管理功能，监控平台可以实时显示通话状态，并具有选呼、组呼、全呼、紧急呼叫、呼叫优先级权限等调度通信功能，支持文本信息收发等数据通信功能，支持强插、强拆、监听、代答、转接、群发短信、语音会议、视频会议等丰富的管理业务。

系统通过语音网关与PSTN连接，实现网内网外的互联互通。

5、出入口控制

与指纹识别、虹膜识别、人脸识别等生物识别技术结合，可完全杜绝出入口的“非法入侵”。

当工作人员进出管廊时，设置在管廊入口处的生物识别系统将对工作人员身份进行识别，系统同时对该工作人员携带的巡检卡进行核对，当系统生物识别确认该人员是管廊的工作管理人员，且其携带是本人的巡检卡，且在相应时间段内确有“授权允许”的工作任务，打开闸门，放行；上述任一条件不满足，入口闸门不开，并发出报警。

通过该系统，可极大程度地保证入廊工作人员的唯一准确性，保证管理工作的有效展开，为管廊安全提供最大的保障。

6、物联网融合通信平台

针对综合管廊内监控设备众多并且长足巨离分散布置，通信方案采用光纤自愈环形以太网的方式，网络结构简单、通信稳定[2]。

系统集可靠通信、物联网接入、宽带无线接入系统于一体，综合控制器可同时提供无线宽带和智慧线接入功能，可同时为终端提供智慧线2Mbps和无线宽带WiFi300Mbps两种无线接入方式，并通过上层服务器的数据存贮和大数据处理，集成多种应用平台，为终端提供定位、语音、视频、通信、调度、数据、通信等丰富的应用业务。

7、其他拓展和应用

系统在满足以上功能的基础上，还有相关功能拓展空间，如下：

广播系统：通过集成开发，广播终端可与入侵探测系统联动，也可播放音乐、广播等，为日常管理服务；广播可具备群呼、组呼等功能。中心管理系统包括由中心控制单元、系统服务器、操作终端、中心控制电话和广播麦克风等组成硬件设备和控制软件[3]。

移动视频传输：以无线宽带为基础，可实现特殊位置、紧急情况下的无线视频传输，同视频监控系统一起，构成城市综合管廊的“无死角”视频管理。

应急逃生及救援：紧急情况下，管理人员可根据管廊内人员分布情况，通过移动通信系统、无线广播系统、精确定位终端等指导管廊内人员沿安全路径进行逃生。同时指导救援人员快速定位事发区域和被困人员，实现应急救援的统一调度和指挥。

系统联动和融合：通过该物联网平台，在实现上述功能的基础上，系统可与、环境监测、消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、排水系统、标识系统进行联动，提高城市综合管廊的“数字化”管理水平，实现“智慧管廊”。

结论

基于智慧线的精确定位能力，平台首次实现了对廊内的逻辑防区管理。从传统的出入口门禁控制/红外对射的一道防线，变成了可任意划分设置的多层次防线，从而使管廊内部安全得到更好的保障。系统可以基于舱室类型、防火分区、设备间或自定义区域进行逻辑防区设置，并与入廊作业申请紧密挂钩，约束入廊工作人员的合法授权区域，规范入廊行为，降低安全风险，杜绝监守自盗。巡检点无需硬件RFID标签可在GIS上软件定义，随时可修改调整数量和位置，可随运维工作需要而变化，不必一开始由设计单位固定做好设计，后续调整也无需设备厂家参与；巡检条目、巡检路线、巡检计划等都可软件化定义，极大方便了运维工作的管理与持续改进。基于智慧线的综合管廊安防通信一体化系统实现了如下的功能整合：

1）业务流程的统一整合：

管廊是一个综合建筑体，包含众多的复杂的业务流程，包括智能监控、管网运行、设备维修、应急作业、运维调度、隐患管理，等等，这些业务流程需要统一整合到管廊综合管控方案中。

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2）软硬件新技术融合：

当今科学技术飞速发展，软件和硬件的技术整合已经有了很大的进步，基于智慧线的综合管廊安防一体化系统将大量的最新的软硬件技术，例如设备监控技术、物联通讯技术、智能终端技术、数据挖掘技术、智能报表技术、数据仓库技术，等等。

3）数据集成与智慧决策：

综合管廊是一个数据集成与智慧决策系统，包括大量的、多种类的数据集成，保证数据的完整性，各系统之间的数据关联性，利用专家库实现知识挖掘，利用大量的预案实现智慧决策。

4）系统的开放与扩展：

由于管廊系统管理设备众多，监控内容庞杂，系统规模逐渐扩大，由现场监控系统到区域分监控中心到主控中心各层级逐步建设，因此对系统的开放性和扩展性要求很高，要求系统架构可灵活配置、监测设备可灵活配置、外围系统接口可灵活添加修改、功能模块可灵活添加、网络层级可延伸扩展等等。

参考文献：

[1]王海燕，胡婷，章利光．城市地下综合管廊智能化系统设计研究。

[2]钱中阳，康潜．城市综合管廊工程电气自控设计探讨。

[3]陈浩斌．南宁市玉洞大道综合管廊工程自控设计信息技术与信息化。