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智慧管廊全面感知系統架構和運維建設方案

更新時間：2020-08-05 　點擊次數： 1074次

本方案借助物聯網、云計算、大數據、CIM等技術，打造綜合管廊全面感知系統和智慧運營管理系統，將傳統的綜合管廊監控管理與現代信息技術相融合，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的智能化水平，以實現綜合管廊感知、運維、管理、決策的全面智慧化。

1.研究背景

隨著我國城市的快速發展，為滿足對各類地下公共基礎設施管線的集約化、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、成本高等問題也逐漸浮出水面，本方案借助物聯網、云計算、大數據、CIM等技術，打造綜合管廊全面感知系統和智慧運營管理系統，將傳統的綜合管廊監控管理與現代信息技術進行深度融合，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的智能化水平，以實現綜合管廊的感知、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有統一的定義。參照Toppeta對智慧城市的觀點，本文認為，智慧管廊即是將綜合管廊的信息收集、處理和分析通過網絡結合起來，打破各系統數據壁壘，實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、管理及運營的目的。

3.建設原則

（1）先進性

智慧管廊系統的建設是一項長期任務，涉及面廣，建設周期長，因此在技術構架、選用技術標準方面，應該充分考慮技術和方案的先進性。

（2）安全性

智慧管廊系統是承載綜合管廊關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）開放性

智慧管廊系統的建設需考慮系統發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標準，采用功能模塊化、接口開放化的策略。

（4）高可靠性

智慧管廊系統是綜合管廊運營維護的核心，所涉及數據量巨大且用戶并發較高，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，因此要求系統建設需充分考慮在結構、容量、通信能力、產品升級、處理能力、數據庫、軟件開發等方面具備良好的可擴展性和靈活性。

（6）快速開發，易于維護

智慧管廊系統的建設應易于實施和維護，具有高品質、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，各硬件設備通過統一接口，將感知數據以及處理數據進行傳輸。

數據層：將全面感知數據進行結構化處理，并進行數據關聯，實現所有感知數據的匯總，同時對重要數據進行存儲。

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，感知范圍包含環境、消防、安全、視頻、設備、結構等。

全面感知系統布置原則見表1。
表1 全面感知系統布置原則

4.2.1 環境與設備感知系統

環境與設備感知系統是通過溫濕度、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、狀態采集器對綜合管廊內部環境和設備實施全程監控、實時采集。采集數據通過傳輸網絡到智慧運維管理系統進行分析處理，得到預警信息并可視化呈現，便于及時發現問題排除故障，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視頻、門禁、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。感知數據通過傳輸網絡到智慧運維管理系統進行分析處理，得到預警信息并可視化呈現，便于及時發現警情并及時處理，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，對綜合管廊實施全程監測，監測數據通過傳輸網絡到智慧運維管理系統，實現災情預警、報警及處理，同時通過通信系統，向管廊內人員報警并引導人員及時疏散，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系統組成。
防外破感知系統對管廊外設定范圍內的振動進行連續監測，數據通過傳輸網絡到智慧運維管理系統進行分析處理并可視化呈現，防止管廊遭到外部破壞。沉降感知系統通過對管廊尤其是管廊接縫處的相對水平、垂直位移進行監測，數據通過傳輸網絡到智慧運維管理系統進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。采用有線通信與無線通信相結合的方式。有線通信線纜須冗余配置，采用環網形式，確保有線通信網絡安全可靠。無線通信主要針對可移動設備及終端，無線信號須對管廊內部空間*覆蓋，確保可移動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米設置一個獨立的控制區，每個區域的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 智慧運營管理系統

管廊的全面感知數據、設備運行數據、設備資產數據、地理信息數據等各項基礎數據信息均集中到智慧運營管理系統中。同時智慧運營管理系統中還集成了管廊客戶信息、業務流程信息等用戶數據，通過云計算、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管理系統中。同時，還可通過智慧運營管理系統實現綜合管廊運維、管理、決策過程的全面智慧化。

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，直觀的展現整個綜合管廊內外部情況。結合全面感知系統及智慧運營管理系統對綜合管廊內具體場景進行虛擬還原。是整個系統可視化呈現的主要方式。

4.6 AR呈現

通過AR技術，在地面即可對地下綜合管廊信息查詢及可視化呈現，實現地面巡檢。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）

應用場合		型號	功能
10kV	進/饋線	AM4-I	三段式過流保護、兩段式零序過流保護、反時限過流保護、負序過流、過負荷保護（告警、跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、三相一次重合閘、后加速過流、FC閉鎖、非電量保護（告警、跳閘）、過電壓保護、低電壓保護；斷路器遙控分/合閘操作；故障錄波。
	PT監測	AM4-U1	過電壓告警、零序過壓告警、PT斷線告警、低電壓告警；4路交流電壓通道；故障錄波
	PT監測	AM4-U2	I段/II段過電壓告警、I段/II段零序過壓告警、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、節點測溫	ASD320-Pn	一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（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、高壓柜內電氣接點無線測溫。
	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，實時及需量，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	進線	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，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。
	進線	ASJ10-LD1A	1路A型剩余電流測量；30%，50%，70%，TRIP棒狀LED指示；十種額定剩余動作電流可設定；十種極限不驅動時間可設定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開，一組轉換，均可設定)；具有就地，遠程“測試”、“復位”功能。
	無功補償	ARC	測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協議。
	無功補償	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，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在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。
	出線	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，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；十種額定剩余動作電流可設定；十種極限不驅動時間可設定；互感器斷線報警指示；兩組繼電器輸出(一組常開，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。
	無線測溫	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接口的溫度收發器，可同時接收12個ATE200傳感器發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。
網關		Anet-2E5S	5個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，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要求，支持網關透傳協議；裝置電源:220V AC/DC。
網關		Anet-4E10	10個RS485串口 2kV隔離，4個以太網接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、DNP、CDT、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入、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要求，裝置電源:220V AC/DC。
電力監控系統		Acrel-2000	數據的實時采集、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、各類報表及設備維護信息管理。

5.2 管廊設備監控系統（0.4kV動力箱/動力柜）

應用場合	型號	功能	安裝方式	防護等級	使用說明
動力箱/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，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級。	導軌式	IP30	同動力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。
	ARD2F－XX/XX－90L/UT	ARD2F智能電動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的電動機，可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。	主體：導軌式顯示：嵌入式	主體：IP30 顯示：IP65	同動力箱/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	同動力箱/柜配合使用，防護等級可達IP65。

6 結束語

本文針對智慧管廊全面感知系統以及智慧運營管理系統進行了設計。但由于綜合管廊處于建設階段，業務流程和管理制度都在不斷完善和新中。在具體實施階段，不宜操之過急，還需采用多次迭代的方式進行研發。通過信息化-智能化-智慧化三步走的方式，終實現綜合管廊的感知、協同智慧、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] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版

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