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智慧管廊全面感知系統架構和運維建設方案

更新時(shí)間：2020-08-05 　點(diǎn)擊次數： 672次

本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊全面感知系統和智慧運營(yíng)管理系統，將傳統的綜合管廊監控管理與現代信息技術(shù)相融合，打造綜合管廊監管運維一體化體系，全面提升綜合管廊應急指揮和運維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現綜合管廊感知、運維、管理、決策的全面智慧化。

1.研究背景

隨著(zhù)我國城市的快速發(fā)展，為滿(mǎn)足對各類(lèi)地下公共基礎設施管線(xiàn)的集約化、綜合化管理，城市級綜合管廊工程應運而生。綜合管廊運維難度大、成本高等問(wèn)題也逐漸浮出水面，本方案借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、CIM等技術(shù)，打造綜合管廊全面感知系統和智慧運營(yíng)管理系統，將傳統的綜合管廊監控管理與現代信息技術(shù)進(jìn)行深度融合，打造綜合管廊監管和運維一體化體系，全面提升綜合管廊應急指揮和運維服務(wù)的智能化水平，以實(shí)現綜合管廊的感知、運維、管理、決策全面智慧化。

2.智慧管廊概述

目，對綜合管廊在主體結構建造上的規范已相對完善，但對管廊智慧化目沒(méi)有統一的定義。參照Toppeta對智慧城市的觀(guān)點(diǎn)，本文認為，智慧管廊即是將綜合管廊的信息收集、處理和分析通過(guò)網(wǎng)絡(luò )結合起來(lái)，打破各系統數據壁壘，實(shí)現綜合管廊的高度信息化、智能化，以達到綜合管廊智慧控制、調度、管理及運營(yíng)的目的。

3.建設原則

（1）先進(jìn)性

智慧管廊系統的建設是一項長(cháng)期任務(wù)，涉及面廣，建設周期長(cháng)，因此在技術(shù)構架、選用技術(shù)標準方面，應該充分考慮技術(shù)和方案的先進(jìn)性。

（2）安全性

智慧管廊系統是承載綜合管廊關(guān)鍵應用和數據的平臺，其建設和維護必須考慮系統的安全性。

（3）開(kāi)放性

智慧管廊系統的建設需考慮系統發(fā)展的可持續性及與內外部應用系統的信息交互，在規劃和建設中應依從主流的技術(shù)標準，采用功能模塊化、接口開(kāi)放化的策略。

（4）高可靠性

智慧管廊系統是綜合管廊運營(yíng)維護的核心，所涉及數據量巨大且用戶(hù)并發(fā)較高，在規劃和建設中必須考慮高可靠性。

（5）可擴展性

作為綜合管廊運維管理的核心，智慧管廊系統規模會(huì )隨著(zhù)綜合管廊管理的需求和使用范圍不斷拓展，因此要求系統建設需充分考慮在結構、容量、通信能力、產(chǎn)品升級、處理能力、數據庫、軟件開(kāi)發(fā)等方面具備良好的可擴展性和靈活性。

（6）快速開(kāi)發(fā)，易于維護

智慧管廊系統的建設應易于實(shí)施和維護，具有高品質(zhì)、高效率、高擴展性與高重用性。

4 建設方案

4.1 系統架構

本系統按照《GB 50838-2015城市綜合管廊工程技術(shù)規范》建設：

系統架構分為：

物理層：通信接口統一，各硬件設備通過(guò)統一接口，將感知數據以及處理數據進(jìn)行傳輸。

數據層：將全面感知數據進(jìn)行結構化處理，并進(jìn)行數據關(guān)聯(lián)，實(shí)現所有感知數據的匯總，同時(shí)對重要數據進(jìn)行存儲。

應用層：整合了各應用子系統。在應用層，不同子系統共享數據層數據。

展示層：在web、客戶(hù)端及APP端統一展示系統功能。

本系統主要由全面感知系統、通信系統、智慧運營(yíng)管理系統組成。

4.2 全面感知系統設計

智慧管廊全面感知系統，感知范圍包含環(huán)境、消防、安全、視頻、設備、結構等。

全面感知系統布置原則見(jiàn)表1。
表1 全面感知系統布置原則

4.2.1 環(huán)境與設備感知系統

環(huán)境與設備感知系統是通過(guò)溫濕度、氣體探測、水位監測、視頻監測等各種感知設備以及的設備參數、狀態(tài)采集器對綜合管廊內部環(huán)境和設備實(shí)施全程監控、實(shí)時(shí)采集。采集數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )到智慧運維管理系統進(jìn)行分析處理，得到預警信息并可視化呈現，便于及時(shí)發(fā)現問(wèn)題排除故障，保證管廊正常運行。

4.2.2 安全防范感知系統

安全防范感知系統通過(guò)視頻、門(mén)禁、紅外、入侵檢測、巡檢等感知設備對綜合管廊內人員的全程監控感知。感知數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )到智慧運維管理系統進(jìn)行分析處理，得到預警信息并可視化呈現，便于及時(shí)發(fā)現警情并及時(shí)處理，保證管廊正常運行。

4.2.3 預警預報警感知系統

預警與報警感知系統由火災、可燃氣體等感知設備組成，對綜合管廊實(shí)施全程監測，監測數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )到智慧運維管理系統，實(shí)現災情預警、報警及處理，同時(shí)通過(guò)通信系統，向管廊內人員報警并引導人員及時(shí)疏散，保障人身安全。預警預報警感知系統擁有全部系統內的先級。

4.2.4 管廊結構感知系統

管廊結構感知系統由防外破感知和沉降感知兩個(gè)系統組成。
防外破感知系統對管廊外設定范圍內的振動(dòng)進(jìn)行連續監測，數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )到智慧運維管理系統進(jìn)行分析處理并可視化呈現，防止管廊遭到外部破壞。沉降感知系統通過(guò)對管廊尤其是管廊接縫處的相對水平、垂直位移進(jìn)行監測，數據通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )到智慧運維管理系統進(jìn)行分析處理并可視化呈現，對管廊結構沉降和變形趨勢作出判斷和預警，便于及時(shí)采取措施防止管廊結構損壞。

4.3 通信系統

通信系統作為全面感知系統數據回傳的通道，需安全可靠。采用有線(xiàn)通信與無(wú)線(xiàn)通信相結合的方式。有線(xiàn)通信線(xiàn)纜須冗余配置，采用環(huán)網(wǎng)形式，確保有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )安全可靠。無(wú)線(xiàn)通信主要針對可移動(dòng)設備及終端，無(wú)線(xiàn)信號須對管廊內部空間*覆蓋，確?？梢苿?dòng)設備及終端通信不中斷。

為確保安全可靠以及便于管理，可以每150~200米設置一個(gè)獨立的控制區，每個(gè)區域的ACU（Area Control Unit區域控制單元）均有獨立的電源單元、通訊單元、采集單元等。

4.4 智慧運營(yíng)管理系統

管廊的全面感知數據、設備運行數據、設備資產(chǎn)數據、地理信息數據等各項基礎數據信息均集中到智慧運營(yíng)管理系統中。同時(shí)智慧運營(yíng)管理系統中還集成了管廊客戶(hù)信息、業(yè)務(wù)流程信息等用戶(hù)數據，通過(guò)云計算、大數據分析等手段，將各信息有機的整合，可視化呈現在智慧運營(yíng)管理系統中。同時(shí)，還可通過(guò)智慧運營(yíng)管理系統實(shí)現綜合管廊運維、管理、決策過(guò)程的全面智慧化。

4.5 三維數字模型

將全面感知數據與CIM相結合，構建綜合管廊三維數字模型，直觀(guān)的展現整個(gè)綜合管廊內外部情況。結合全面感知系統及智慧運營(yíng)管理系統對綜合管廊內具體場(chǎng)景進(jìn)行虛擬還原。是整個(gè)系統可視化呈現的主要方式。

4.6 AR呈現

通過(guò)AR技術(shù)，在地面即可對地下綜合管廊信息查詢(xún)及可視化呈現，實(shí)現地面巡檢。使得城市地上地下信息一體化。

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 管廊電力監控系統（10/0.4kV地面變電所）

應用場(chǎng)合		型號	功能
10kV	進(jìn)/饋線(xiàn)	AM4-I	三段式過(guò)流保護、兩段式零序過(guò)流保護、反時(shí)限過(guò)流保護、負序過(guò)流、過(guò)負荷保護（告警、跳閘）、控故障告警、PT斷線(xiàn)告警、三相一次重合閘、后加速過(guò)流、FC閉鎖、非電量保護（告警、跳閘）、過(guò)電壓保護、低電壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波。
	PT監測	AM4-U1	過(guò)電壓告警、零序過(guò)壓告警、PT斷線(xiàn)告警、低電壓告警；4路交流電壓通道；故障錄波
	PT監測	AM4-U2	I段/II段過(guò)電壓告警、I段/II段零序過(guò)壓告警、I段/II段PT斷線(xiàn)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、節點(diǎn)測溫	ASD320-Pn	一次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動(dòng)溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫。
	電參量測量	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
0.4kV	進(jìn)線(xiàn)	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
	進(jìn)線(xiàn)	ASJ10-LD1A	1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動(dòng)作電流可設定；十種極限不驅動(dòng)時(shí)間可設定；互感器斷線(xiàn)報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開(kāi)，一組轉換，均可設定)；具有就地，遠程“測試”、“復位”功能。
	無(wú)功補償	ARC	測量I、U、Hz、cosΦ，具備過(guò)電壓保護、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過(guò)大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議。
	無(wú)功補償	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，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)在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動(dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補償。
	出線(xiàn)	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月極值，電流、電壓不平衡度，負載電流柱狀圖顯示，66種報警類(lèi)型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD顯示。
		ANHPD300	對用電設備產(chǎn)生的隨機高次諧波、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，對諧波噪聲進(jìn)行消化和吸收，防止保護裝置誤跳閘，保證用電設備正常運行。
		ASJ10-LD1A	1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動(dòng)作電流可設定；十種極限不驅動(dòng)時(shí)間可設定；互感器斷線(xiàn)報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開(kāi)，一組轉換，均可設定)；具有就地，遠程“測試”、“復位”功能。
溫度檢測	變壓器溫度檢測	ARTM-8	8路溫度巡檢，熱電阻信號輸入，RS485接口，2路繼電器輸出。
	無(wú)線(xiàn)測溫	ARTM100	可以嵌入式安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內，每臺裝置可以接收240個(gè)傳感器的數據，可與ATE100、ATE200、ATE300三種傳感器選配使用。裝置帶有一路485接口、可選配一路以太網(wǎng)口，可將采集到的溫度數據上傳到監控中心。
		ATC200	一款帶有一路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)射的數據并將采集到的數據上傳到監控中心。
		ATE200	表帶式固定，測溫范圍0-125℃，測量精度±2℃，傳輸距離空曠10米。
配套附件		AKH-0.66	測量型互感器，采集交流電流信號。
配套附件		AKH-0.66L	剩余電流互感器，采集剩余電流信號。
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)議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、建筑能耗數據、電力需求側等上傳、支持多中心不同數據服務(wù)要求，支持網(wǎng)關(guān)透傳協(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)議設備的接入、支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、CDT、建筑能耗數據、電力需求側等上傳、支持多中心不同數據服務(wù)要求，裝置電源:220V AC/DC。
電力監控系統		Acrel-2000	數據的實(shí)時(shí)采集、數字通信、遠程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類(lèi)報表及設備維護信息管理。

5.2 管廊設備監控系統（0.4kV動(dòng)力箱/動(dòng)力柜）

應用場(chǎng)合	型號	功能	安裝方式	防護等級	使用說(shuō)明
動(dòng)力箱/柜	DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相正向有功電能統計，總正反向有功電能統計，總正反向無(wú)功電能統計；紅外通訊；電流規格：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,無(wú)功電能精度2級。	導軌式	IP30	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。
	ARD2F－XX/XX－90L/UT	ARD2F智能電動(dòng)機保護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，可與接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能。	主體：導軌式顯示：嵌入式	主體：IP30 顯示：IP65	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護等級可達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	測量型互感器，采集交流電流信號。	螺絲固定	IP30	同動(dòng)力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。

6 結束語(yǔ)

本文針對智慧管廊全面感知系統以及智慧運營(yíng)管理系統進(jìn)行了設計。但由于綜合管廊處于建設階段，業(yè)務(wù)流程和管理制度都在不斷完善和新中。在具體實(shí)施階段，不宜操之過(guò)急，還需采用多次迭代的方式進(jìn)行研發(fā)。通過(guò)信息化-智能化-智慧化三步走的方式，終實(shí)現綜合管廊的感知、協(xié)同智慧、管理、決策的全面智慧化。

參考文獻：
[1] 仲超孫健淺談智慧管廊全面感知系統和智慧運維系統建設方案

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版

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