城市管廊智慧管理系统

城市智慧管廊管理系统是城市建设现代化、科技化、集约化的标志之一，是城市地下空间充分利用，保障城市安全运转、促进统筹协调、节约空间资源，提高管理水平的基础设施。管廊监测系统的设计思想是根据监控的具体需求在合适的地点安装多种类型的传感器，还要根据传感器的位置布置，信号输出状态，电源要求，网络状态等进行分析，选择出较适合现场且建设成本较低的监控箱布置、网络的选择等具体的现场解决方案。数据采集至数据中心后，通过平台软件将现场实时工况直观展示的出来，并通过对历史数据的统计分析来提供一些更高级的功能。主要从以下章节介绍：

一、智慧管廊管理系统方案介绍

智慧管廊管理系统就是“城市市政地下管线综合体”，即在城市沿道路或管线走廊带建造一个地下连续结构物，将以往直埋的市政管线，例如给水、雨水、污水、供热、电力、通信、燃气、工业等各种管线集中放入其中，并设置专门的配套系统，按照实际需求组织的规划、设计、建设和后期运营管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。智慧管廊设施主体位于地下、空间相对狭小、线性分布、距离较长，存在照度、氧气、湿度、粉尘、可吸入颗粒物、微生物、动植物干扰等因素。其潜在的运营风险包括灾害类风险，环境类风险，设备类风险，人员类风险。

智慧管廊综合管理平台应基于公共云和私有云的智能化信息集成管理，通过先进的云计算、大数据、物联网等计算机技术、网络技术、通信技术和管理技术，将三维地理信息、设备运行信息、环境信息、安全防范信息、视频图像、预警报警信号、管理信息等内容进行融合，应用、网络、专业子系统、物联网设备等资源通过有效的系统集成方式，形成一个能够在互连互通中，实现子系统优势互补，协同作用的管廊运营监控整合平台。

二、智慧管廊管理系统方案优点

智慧管廊综合监控与运维管理平台，是管廊管理的中枢神经系统，具有强大的集成接入能力，覆盖管廊环境、设备、安防、通信、管线监测、火灾报警、本体检测七大类智能化设备及系统，为用户提供工业标准的管廊综合监控、运维管理、应急管理、运营管理全方位解决方案，面向城市管廊运营管理公司、专业管线单位、政府监管部门，实现安全保障、智能控制、高效管理、智慧运维四大管理目标。

1、全方位、一体化综合监控

全方位、一体化监控及一机三屏的信息综合研判，可实现异常事件快速发现、准确定位和高效处置，保障管廊长期、安全、稳定运行。

2、支持城市级规模应用

支撑城市级规模应用，已在隧道、地铁监控项目中得到了验证。稳定性，可靠性、可扩展性及安全性处于行业领先地位。为百年管廊安全、稳定运行提供了保障。

3、预案化应急事件闭环管理

独创规则化、预案化应急事件管理模式，事发时能够快速生成可直接使用、可操作性强的应急预案，引导操作员有序处置;通过应急事件的闭环管理，提高管廊风险应对能力。

4、基于移动终端的信息互动运维

结合移动智能终端开发管廊APP应用，实现管廊内信息互动运维及全流程监管，提高管廊运维管理效率的同时，解决管廊内运维状态不掌握，运维环节缺监督，运维质量难评价的行业难题。

5、多维度故障检测异常及时发现

通过管廊主动检测、设备自检、数据预警等多维度故障检测策略，实现设备故障及时、准确检测、精确定位，解决行业内故障监测手段少，安全隐患发现、处置不及时等问题。

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三、智慧管廊管理系统方案功能

智慧管廊管理系统借助物联网、云计算、大数据、CIM等技术,打造综合管廊全面感知系统和智慧运营管理系统,将传统的综合管廊监控管理与现代信息技术相融合,打造综合管廊监管运维一体化体系,全面提升综合管廊应急指挥和运维服务的智能化水平,以实现综合管廊感知、运维、管理、决策的全面智慧化。

1、三维可视化管理

利用BIM技术对管廊仿真分析，将三维地理信息、设备运行信息、环境信息、安全防范信息、视频图像、预警报警信号、巡检信息等内容进行融合，统一在三维可视化平台进行集中展现，实现综合管廊的一体化的立体监控和调度。

2、安全应急管理

强大的安全报警中心，打造完整缜密的安全报警中心，与二三维GIS平台、门禁系统、视频监控系统、手持终端联动，7*24小时捍卫管廊的安全。完善的应急预案体系，预案编制>预案管理>预案评审>预案执行>预案演练>预案数据库>导出。

3、全生命周期监管

管理和设备的生命周期监管，管廊监管工作，管廊规划>设计分析>建设施工>维护使用>管线入廊;设备生命周期监管，前期安装>投入使用>定期巡检>故障维修>设备报废。

4、数据分析与增值运营

管廊数据分析包括：数据驾驶舱,实时数据分析,设备运行分析,运维数据分析,环境数据分析,报警数据分析。

　四、智慧管廊管理系统方案特点

智慧管廊是综合管廊智慧化、信息化的产物，是智慧城市重要组成部分。综合管廊在我国发展迅速，能够解决传统市政管线铺设方式带来的弊端，智慧管廊是综合管廊信息化的新的形态，即利用先进的信息技术，诸如空间信息、建筑信息模型、自动化控制、物联网、云计算、大数据、人工智能等，实现管廊在规划、设计、建设、运营和维护等各方面全方位的智慧化管理和运营，以实现城市地下管线监、控、管一体化管理。

1、服务城市一体化管理智慧化管廊作为智慧城市的有机组成部分，通过推进地下管线全生命周期管理，集约化管理管线规划建设、管理与技术标准、日常运维、实时监测、事故及处置等地下管廊全生命周期数据，服务城市一体化管理;

2、加强城市态势感知实现对管廊及廊内管线相关数据的统计、分析及模型展示，解读整个城市的能源消耗、规划走向、安全形态等领域的态势分析，从全局层面把握城市态势命脉;

3、辅助领导决策通过管廊本体及管网动态监测、地下空间关系分析、历史管廊管线数据整理为领导进行城市规划管理提供决策支撑;

4、推进城市网格化管理在开展智慧管廊管理系统信息化管理的同时，对城市进行网格化管理，通过地上地下信息资源的综合分析和利用，进行科学、准确、高效的市政公用事业指挥调度，为保增长、保民生、保稳定做好　保障和服务工作。

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五、智慧管廊管理系统关键技术

智慧管廊管理系统平台内置3DGIS+BIM引擎，实现3DGIS与BIM的空间无缝和信息无损连接，提供空间地理信息、水文地质、建筑模型等数据的收集、存储、集成、查询、分析等，同时基于数据提供空间分析、空间定位、信息发布等功能。平台以三维一体化空间为载体集成管廊环境质量参数、附属设施监控信息，实现管廊的爆管分析、巡检路径规划、水文地质建模等功能，以BIM模型和属性为基础构建管廊运维工作管理流程，精细控制运维过程，实现设施设备运维、运营管理的一体化。

1、360°全景图技术——360°全景功能以虚拟现实技术为基础，真实、全面、直观地展现管廊内部全貌。结合物联网技术实现“所见即可控”，辅助运维部门实现模拟巡检，开创管廊设备监控新模式。

2、模型轻量化及应用技术——将设计施工阶段模型传递至运维阶段，保留模型本身直观可视化、精确等特性进行轻量化处理，在模拟管线入廊方案及建设成果展示方面发挥积极作用。

3、航拍DEM高程分析技术——利用航拍设备定期采集管廊周边图像数据，及时发现影响管廊结构安全的危险源。同时结合分析技术计算管廊周边地面沉降变化，辅助管廊安全管理。

六、智慧管廊管理系统组成架构

智慧管廊综合管理系统以统一管理平台为基础，综合利用物联网技术、大数据技术、机器学习技术、通信技术、自动控制技术、传感技术等构成的网络集成系统，通过城市管廊综合一体化运营指挥调度管理平台，实现运营管理的智慧化、集成化、可视化。系统主要由环境监控子系统、安全防范子系统、运营管理子系统、GIS子系统、三维展示子系统、火灾消防告警子系统、网络及廊内定位子系统、语音通信广播子系统、智能标识子系统、应急预案子系统、廊内智能控制系统、移动管理终端等组成。

1、环境与设备监控系统

环境与设备监控系统实现对综合管廊全区域各舱室内环境和设备的参数和状态实施远程监控，保证管廊内各市政基础设施的正常运行。监控内容包括：

管廊温湿度、集水坑液位、有害气体浓度、含氧量;

管廊内照明、排风机、排水泵的设备运行状态、故障报警的监视和远程控制、智能调节;

采用硬联动、软联动、远程控制三级联动机制。

2、视频监控系统

视频监控系统由摄像机、流媒体服务器、存储、视频综合管理平台(与智慧管廊综合运维信息平台集成)等组成。系统采用网络信号传输方式，共用通信网络，实现统一的视频信号存储、显示和远程调用等功能。

支持监视信号的实时多模式显示、视频图像行为分析、集中存储管理、网络实时预览、图像处理、日志管理、用户和权限管理、设备维护;支持前端任意图像的轮巡和分组切换等控制;同时还可与门禁系统、人员定位系统、消防系统、环控系统、防入侵系统等联动。

　　3、光纤防入侵系统

通过在智慧管廊管理系统人员出入口、通风口和投料口位置部署周界防护光纤设备，防止非法入侵事件。当入侵事件发生时，及时探测非法入侵，通过神经网络+遗传算法模式识别、视频复核，完成入侵报警与现场声光警示。支持与视频监控系统、门禁系统、机器人巡检系统联动。支持红外、微波等传感技术探测系统接入。

4、电子井盖监控系统

电子井盖监控系统通过对管廊投料口或逃生口处的电子盖板状态进行实时监测和远程控制，有效控制非法进入地下管廊进行偷盗、破坏等行为，保障地下管线的安全稳定运行。

系统由机械部分、控制部分和通讯部分组成：机械部分由井盖和特殊设计、定制加工的机械部分组成;执行单元采用性能稳定的电动推杆、步进电机、液压系统，控制部分采用性能稳定的PLC模块。通讯采用标准电气接口。

可实现远程控制、现场控制、紧急状态控制;可与照明系统、机器人巡检、视频监控、消防等系统联动。

5、门禁系统

门禁系统由门禁管理平台、门禁控制器、读卡器、发卡机、非接触式IC门卡、门磁、电控锁等组成。门禁控制器采用网络信号传输方式，通过以太网主干网络接入监控中心。

系统具有开门权限管理、门卡挂失管理、非法闯入管理、双向读卡防尾随管理等功能，同时能通过监控中心综合管理平台与消防系统联动，接到消防系统报警信息后，门禁控制器自动打开所控制的门，方便人员逃生。门禁管理平台集成到管廊综合监控系统中，实现进出人员管理、联动模式管理等系统功能。

6、机器人巡检系统

将智能机器人接入管理平台后能够实现自动巡检、主动监测、应急处置，解决人工巡检面对的空间狭长、附属设施多、效率偏低的问题。系统主要由机器人本体(包括运动小车、导航模块、避障模块和通信模块)、多参量检测平台(包括可见光摄像、红外测温、温湿度检测、甲烷和氧气浓度检测)、通信子系统、后台子系统和电气附件组成。

通过巡检机器人与其他设备协作，实现与通风、排水、火灾报警、电子井盖等系统联动。

7、人员定位系统

采用高精度无线定位系统，依托先进的脉冲无线定位技术，部署定位基站，为运维人员佩戴标签，实现实时定位、全局显示，智能签到、考评管理，安全巡检、科学调度，电子围栏、异常报警，视频联动、信息共享。精度高达 15~30cm，系统容量大，实时性好，无漏卡。

8、管廊防外破监测系统

城市综合管廊属于地下隐蔽设备， 常常由于市政建设需要， 大型机械会在管廊周边持续、频繁的施工，对管廊结构造成极大的影响， 严重时还会导致地表坍塌等重大事故。

针对第三方破坏导致电缆隧道结构损坏的现象， 可通过管廊防外破监测系统部署探测光缆对地下设施周边一定范围内的土壤振动信息进行连续监测和分析，从而实现地下管廊安全预警， 有效防止第三方破坏。

9、管廊结构沉降监测系统

管廊经过长时间运营，隧道段与隧道段的接缝处会产生相对位移，这种相对位移分为水平方向和垂直方向的位移，而发生在垂直方向的位移会导致地表沉降，严重时会导致坍塌等重大事故。

通过光纤光栅式水准仪对管廊结构的沉降情况进行连续监测，及时对管廊结构沉降状态和变形趋势作出判断和预警，有效保障城市综合管廊的安全运营。

10、火灾自动报警系统

含电力电缆的舱室设置火灾自动报警系统。采用集中报警方式设计，由火灾探测器、手动火灾报警按钮、火灾声光警报器、消防应急广播、消防专用电话、火灾报警控制器等组成。在监控中心或消防控制室设置火灾报警显示终端，管廊现场通过总线回路巡检、接收、显示每个报警点的工作情况。

火灾报警发生时，通过统一监控平台联动视频监控系统、环境与设备监控系统、自动灭火系统，将火灾现场视频弹出，启动排烟，开启管廊逃生门，关闭火灾所在分区与相邻分区的防火门，启动相应分区的自动灭火装置。

11、通信系统

有线通信系统实现综合管廊内各系统间及各系统与监控中心间的统一组网、通信传输及信息交换。监控中心设核心层交换机，用光纤互联组成核心环网;防火控制分区设接入层交换机，用于该防火分区内前端设备的网络接入;接入层交换机分组划为若干个子网，组成光纤子环网;光纤子环网通过双链路接入核心环网，组成整个通信系统，配置统一网管系统实现通信设备在线管理。

无线通信系统通过在管廊内部署无线接入点实现管廊内无线覆盖，同时管廊无线应用可以实现智能巡检和人员定位。无线AP通过所在防火分区的接入层交换机接入与核心交换机连接的无线AC，实现整个管廊内的无线WIFI覆盖。

12、应急通信系统

有线应急通信采用光纤电话系统。系统独立成网并具备自愈、自检功能，能接入市话。管廊内电话有一键呼叫控制中心的功能。固话应急通讯系统能够与监控大平台互动，并且固话应急通讯系统能接受大平台发出广播的指令并将广播内容播放出去。

无线应急通信系统是应用漏泄通信原理，在管廊内组建无线通信网络，实现调度基台与移动手持机之间、移动手持机与移动手持机之间的双向无线通信。该系统隧道内设备主要由漏泄电缆、双向中继器、负载和终端设备组成。

13、分布式光纤测温系统

可通过部署在廊体顶部或电缆外壁实时监测廊体或电缆温度。基于自发拉曼(Raman)散射效应，位置的确定是基于光时域反射OTDR技术。感温光缆作为测温传感器直接连接至测温主机，主机可通过标准接口与外部其他火灾报警设备进行通讯，也可与其他消防控制系统联网，多台设备可以通过网络交换机进行灵活组网。

系统能将管线的实时温度显示出来，及时发现过热点，一旦检测到所测量环境温度值或温升速率超过设定阈值时，系统自动报警，通过以太网或者继电器将实时报警信号送到监控室以及火灾报警主机，便于值班人员处理及消防联动。

14、电缆动态载流量监测系统

通过DCR电缆动态载流量算法模型，结合电缆表面温度和运行载流量曲线，预测未来包括电缆导体温度的温度场变化过程，准确计算出电缆缆芯温度及短时动态载流量。可事先计算稳态电流和稳态电缆表面温度对照表，提供在线应急负荷参考计算。

15、接地电流监测系统

正常情况下金属护层对地只有几十伏的感应电压，但一旦接地系统遭到破坏，金属护层对地电压就会到很危险的数值，对管线本身及巡检人员存在严重安全隐患。

电缆护层接地电流监测系统通过在电缆接头的接地线上安装电流监测装置(电流互感器)，实时监测接地电流瞬变、突变情况，实现对电缆接地故障快速预警和准确定位，为线路抢修提供先决条件。

16、局部放电监测系统

电缆局放在线监测系统能够实时检测电缆内部发生的局部放电信号，有效地去除干扰信号。检测到的局部放电信号通过光缆传输到变电站监控中心， 通过分析系统对局部放电的类型和局部放电水平进行分析判断，从而评估局部放电的影响，判断设备绝缘状态， 并给出相应设备维护维修指导方案。

17、通信光缆、给水管线监测系统

对通信光纤监测包括：断纤、故障监测。基于OTDR自动监听技术可进行光纤传输衰减、故障定位、光纤长度、接头衰减的测量。光纤监测通常包括在线监测和离线监测。

通过对供水系统输配管线压力、流量、水质等情况进行实时在线监测，有效提高供水调度工作的质量和效率，实现供水自动化管理。

18、管线泄漏监测系统

热力管线泄漏监测：通过分布式光纤温度监测系统，实时在线监测热力管线泄漏的发生，并通过后台泄漏监测软件实时读取温度、压力、流量等需要的热力数据。

天燃气管线泄漏监测：天然气主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，通过监测天然气敷设沿线空间环境的甲烷浓度， 可有效发现天燃气泄漏。

19、GIS系统

地理信息系统(GIS)提供空间地理信息功能服务，为各业务应用提供基于二三维场景的可视化管理等功能支撑，并维护数据库。支持卫星图，可在地图上显示监测设备分布，提供必要的设备定位。从宏观视角实现管廊浏览、属性查询、管网运行动态监测、应急处置、地图二三维联动、空间区域查询与分析、GIS算量与标注等功能。

20、BIM技术

以BIM为核心驱动，实现在管廊全寿命周期的设计方案优化、过程模拟监控、可视化管理、资源配置、模拟仿真等功能，融合机器学习算法，真正实现人工智能。

将综合管廊中的环境、电力、消防、监控、环境等各个系统、各种类型的数据融合打通，通过BIM+GIS、BIM+VR实现对整个管廊运行事态的直观掌控。从微观视角实现管廊内部漫游、危险点报警、运行参数显示。

21、VR系统

VR系统实现对综合管廊的智慧管理、虚拟巡检、远程控制、应急预演、虚拟体验等功能。系统基于UE4平台研发，由虚拟工作站、视觉接收器、VR输入设备、无线接收器和音响系统等组成。

七、智慧管廊管理系统发展前景

智慧城市建设如火如荼，智慧城市的发展是现代城市的一个重要发展方向，而综合管廊作为城市的地下“神经网络”，它的智慧化管理和运营是建设“智慧城市”的基础。因此，利用“智慧化”手段实现对管网的数字化管理，并对其实现生命周期的管控，越来越受到社会的广泛关注。“智慧管廊管理系统”的开发和应用，摒弃了传统运维管理方式的不足，保障了城市管线安全运行，提升城市基础设施智慧化水平，推动城市智慧管廊管理系统智慧发展，因此在未来的管廊建设管理中，引入智慧运维管理系统将成为必然趋势，从而最终提高城市科学化、精细化、智能化管理水平。智慧管廊必将会在我国呈现快速发展的趋势。

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