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智慧管廊全面感知系统架构和运维建设方案

更新时间：2020-08-05 　点击次数： 576次

本方案借助物联网、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.研究背景

随着我国城市的快速发展，为满足对各类地下公共基础设施管线的集约化、综合化管理，城市级综合管廊工程应运而生。综合管廊运维难度大、成本高等问题也逐渐浮出水面，本方案借助物联网、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进行深度融合，打造综合管廊监管和运维一体化体系，全面提升综合管廊应急指挥和运维服务的智能化水平，以实现综合管廊的感知、运维、管理、决策全面智慧化。

2.智慧管廊概述

目，对综合管廊在主体结构建造上的规范已相对完善，但对管廊智慧化目没有统一的定义。参照Toppeta对智慧城市的观点，本文认为，智慧管廊即是将综合管廊的信息收集、处理和分析通过网络结合起来，打破各系统数据壁垒，实现综合管廊的高度信息化、智能化，以达到综合管廊智慧控制、调度、管理及运营的目的。

3.建设原则

（1）先进性

智慧管廊系统的建设是一项长期任务，涉及面广，建设周期长，因此在技术构架、选用技术标准方面，应该充分考虑技术和方案的先进性。

（2）安全性

智慧管廊系统是承载综合管廊关键应用和数据的平台，其建设和维护必须考虑系统的安全性。

（3）开放性

智慧管廊系统的建设需考虑系统发展的可持续性及与内外部应用系统的信息交互，在规划和建设中应依从主流的技术标准，采用功能模块化、接口开放化的策略。

（4）高可靠性

智慧管廊系统是综合管廊运营维护的核心，所涉及数据量巨大且用户并发较高，在规划和建设中必须考虑高可靠性。

（5）可扩展性

作为综合管廊运维管理的核心，智慧管廊系统规模会随着综合管廊管理的需求和使用范围不断拓展，因此要求系统建设需充分考虑在结构、容量、通信能力、产品升级、处理能力、数据库、软件开发等方面具备良好的可扩展性和灵活性。

（6）快速开发，易于维护

智慧管廊系统的建设应易于实施和维护，具有高品质、高效率、高扩展性与高重用性。

4 建设方案

4.1 系统架构

本系统按照《GB 50838-2015城市综合管廊工程技术规范》建设：

系统架构分为：

物理层：通信接口统一，各硬件设备通过统一接口，将感知数据以及处理数据进行传输。

数据层：将全面感知数据进行结构化处理，并进行数据关联，实现所有感知数据的汇总，同时对重要数据进行存储。

应用层：整合了各应用子系统。在应用层，不同子系统共享数据层数据。

展示层：在web、客户端及APP端统一展示系统功能。

本系统主要由全面感知系统、通信系统、智慧运营管理系统组成。

4.2 全面感知系统设计

智慧管廊全面感知系统，感知范围包含环境、消防、安全、视频、设备、结构等。

全面感知系统布置原则见表1。
表1 全面感知系统布置原则

4.2.1 环境与设备感知系统

环境与设备感知系统是通过温湿度、气体探测、水位监测、视频监测等各种感知设备以及的设备参数、状态采集器对综合管廊内部环境和设备实施全程监控、实时采集。采集数据通过传输网络到智慧运维管理系统进行分析处理，得到预警信息并可视化呈现，便于及时发现问题排除故障，保证管廊正常运行。

4.2.2 安全防范感知系统

安全防范感知系统通过视频、门禁、红外、入侵检测、巡检等感知设备对综合管廊内人员的全程监控感知。感知数据通过传输网络到智慧运维管理系统进行分析处理，得到预警信息并可视化呈现，便于及时发现警情并及时处理，保证管廊正常运行。

4.2.3 预警预报警感知系统

预警与报警感知系统由火灾、可燃气体等感知设备组成，对综合管廊实施全程监测，监测数据通过传输网络到智慧运维管理系统，实现灾情预警、报警及处理，同时通过通信系统，向管廊内人员报警并引导人员及时疏散，保障人身安全。预警预报警感知系统拥有全部系统内的先级。

4.2.4 管廊结构感知系统

管廊结构感知系统由防外破感知和沉降感知两个系统组成。
防外破感知系统对管廊外设定范围内的振动进行连续监测，数据通过传输网络到智慧运维管理系统进行分析处理并可视化呈现，防止管廊遭到外部破坏。沉降感知系统通过对管廊尤其是管廊接缝处的相对水平、垂直位移进行监测，数据通过传输网络到智慧运维管理系统进行分析处理并可视化呈现，对管廊结构沉降和变形趋势作出判断和预警，便于及时采取措施防止管廊结构损坏。

4.3 通信系统

通信系统作为全面感知系统数据回传的通道，需安全可靠。采用有线通信与无线通信相结合的方式。有线通信线缆须冗余配置，采用环网形式，确保有线通信网络安全可靠。无线通信主要针对可移动设备及终端，无线信号须对管廊内部空间*覆盖，确保可移动设备及终端通信不中断。

为确保安全可靠以及便于管理，可以每150~200米设置一个独立的控制区，每个区域的ACU（Area Control Unit区域控制单元）均有独立的电源单元、通讯单元、采集单元等。

4.4 智慧运营管理系统

管廊的全面感知数据、设备运行数据、设备资产数据、地理信息数据等各项基础数据信息均集中到智慧运营管理系统中。同时智慧运营管理系统中还集成了管廊客户信息、业务流程信息等用户数据，通过云计算、大数据分析等手段，将各信息有机的整合，可视化呈现在智慧运营管理系统中。同时，还可通过智慧运营管理系统实现综合管廊运维、管理、决策过程的全面智慧化。

4.5 三维数字模型

将全面感知数据与CIM相结合，构建综合管廊三维数字模型，直观的展现整个综合管廊内外部情况。结合全面感知系统及智慧运营管理系统对综合管廊内具体场景进行虚拟还原。是整个系统可视化呈现的主要方式。

4.6 AR呈现

通过AR技术，在地面即可对地下综合管廊信息查询及可视化呈现，实现地面巡检。使得城市地上地下信息一体化。

5 以安科瑞智慧城市地下综合管廊产品选型方案为例。

5.1 管廊电力监控系统（10/0.4kV地面变电所）

应用场合		型号	功能
10kV	进/馈线	AM4-I	三段式过流保护、两段式零序过流保护、反时限过流保护、负序过流、过负荷保护（告警、跳闸）、控故障告警、PT断线告警、三相一次重合闸、后加速过流、FC闭锁、非电量保护（告警、跳闸）、过电压保护、低电压保护；断路器遥控分/合闸操作；故障录波。
	PT监测	AM4-U1	过电压告警、零序过压告警、PT断线告警、低电压告警；4路交流电压通道；故障录波
	PT监测	AM4-U2	I段/II段过电压告警、I段/II段零序过压告警、I段/II段PT断线告警、I段/II段低电压告警；8路交流电压通道；故障录波。
	智能操控、节点测温	ASD320-Pn	一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示（标配一路强制加热）、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温。
	电参量测量	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示。
0.4kV	进线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示。
	进线	ASJ10-LD1A	1路A型剩余电流测量；30%，50%，70%，TRIP棒状LED指示；十种额定剩余动作电流可设定；十种极限不驱动时间可设定；互感器断线报警指示；两组继电器输出(一组常开，一组转换，均可设定)；具有就地，远程“测试”、“复位”功能。
	无功补偿	ARC	测量I、U、Hz、cosΦ，具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能,可控制电容器的投切，RS485/Modbus协议。
	无功补偿	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示。
	有源滤波	ANAPF	ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。
	出线	APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月极值，电流、电压不平衡度，负载电流柱状图显示，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2DI+2DO，RS485/Modbus，LCD显示。
		ANHPD300	对用电设备产生的随机高次谐波、脉冲尖峰、电涌等具有抑制和吸收作用，能有效滤除电压尖峰杂波、矫正畸变的电压波形，对谐波噪声进行消化和吸收，防止保护装置误跳闸，保证用电设备正常运行。
		ASJ10-LD1A	1路A型剩余电流测量；30%，50%，70%，TRIP棒状LED指示；十种额定剩余动作电流可设定；十种极限不驱动时间可设定；互感器断线报警指示；两组继电器输出(一组常开，一组转换，均可设定)；具有就地，远程“测试”、“复位”功能。
温度检测	变压器温度检测	ARTM-8	8路温度巡检，热电阻信号输入，RS485接口，2路继电器输出。
	无线测温	ARTM100	可以嵌入式安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台装置可以接收240个传感器的数据，可与ATE100、ATE200、ATE300三种传感器选配使用。装置带有一路485接口、可选配一路以太网口，可将采集到的温度数据上传到监控中心。
		ATC200	一款带有一路485接口的温度收发器，可同时接收12个ATE200传感器发射的数据并将采集到的数据上传到监控中心。
		ATE200	表带式固定，测温范围0-125℃，测量精度±2℃，传输距离空旷10米。
配套附件		AKH-0.66	测量型互感器，采集交流电流信号。
配套附件		AKH-0.66L	剩余电流互感器，采集剩余电流信号。
网关		Anet-2E5S	5个RS485串口 2kV隔离， 2个以太网接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、建筑能耗数据、电力需求侧等上传、支持多中心不同数据服务要求，支持网关透传协议；装置电源:220V AC/DC。
网关		Anet-4E10	10个RS485串口 2kV隔离，4个以太网接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、DNP、CDT、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入、支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104、CDT、建筑能耗数据、电力需求侧等上传、支持多中心不同数据服务要求，装置电源:220V AC/DC。
电力监控系统		Acrel-2000	数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表及设备维护信息管理。

5.2 管廊设备监控系统（0.4kV动力箱/动力柜）

应用场合	型号	功能	安装方式	防护等级	使用说明
动力箱/柜	DTSD1352	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相正向有功电能统计，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级。	导轨式	IP30	同动力箱/柜配合使用，防护等级可达IP65。
	ARD2F－XX/XX－90L/UT	ARD2F智能电动机保护器适用于额定电压至AC690V、额定电流至AC800A、额定频率为50/60Hz的电动机，可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。	主体：导轨式显示：嵌入式	主体：IP30 显示：IP65	同动力箱/柜配合使用，防护等级可达IP65。
	PZ72L-E4/UT	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），四象限电能，LCD显示，可选2DI/2DO，RS485/Modbus通信。	嵌入式	IP65
	WHD72-11/UT	测量并显示控制1路温度、1路湿度。	嵌入式	IP65
配套附件	AKH-0.66	测量型互感器，采集交流电流信号。	螺丝固定	IP30	同动力箱/柜配合使用，防护等级可达IP65。

6 结束语

本文针对智慧管廊全面感知系统以及智慧运营管理系统进行了设计。但由于综合管廊处于建设阶段，业务流程和管理制度都在不断完善和新中。在具体实施阶段，不宜操之过急，还需采用多次迭代的方式进行研发。通过信息化-智能化-智慧化三步走的方式，终实现综合管廊的感知、协同智慧、管理、决策的全面智慧化。

参考文献：
[1] 仲超孙健浅谈智慧管廊全面感知系统和智慧运维系统建设方案

[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版

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