CN104571062A - 城镇综合管廊监测控制与报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，系统将综合管廊内的设施监控和管理系统整合成一套相互兼容和统一的综合管理平台，实现资源共享、互联互通，系统包括综合管廊监测监控统一管理软件平台、管线监控子系统、环境监控子系统、设备监控子系统、安全防范子系统、通讯网络子系统和GIS电子地图子系统等。发明的有益效果是：通过对综合管廊内各种管线的监测，实现各应用子系统的集中监测、集中显示报警、集中联动控制和集中管理的目标。具备合理的网络架构和信息处理机制，有很强的组态灵活性、维护方便性、扩展性和安全性，可以支持多种终端混合挂接在同一总线上，网络系统的冗余度和实时性较好。

Description

城镇综合管廊监测控制与报警系统

技术领域

本发明属于信息与通信工程领域，特别涉及一种城镇综合管廊监测控制与报警系统。

背景技术

城市综合管廊是将电力、通信、给水、燃气、热力等各种不同的管线，共同敷设在一个地下空间中的市政管道的设置方案，也是一个利用城市地下空间建造的集约化的隧道空间。随着城市化的发展进程，综合管廊将成为城市最基础的市政设施，长度会越来越长，容纳的管线也会越来越多，对综合管廊的日常维护管理的要求也会越来越高，将逐步实现综合管廊的监控实时化、数据分析精确化、系统集中化和管理的智能化自动化。

综合管廊的监测监控系统应保证能准确、及时地探测管廊内的视频、火情、有害气体、空气含氧量、温度、湿度、水位、安防等环境参数，并应及时将信息传递至监控中心，应对沟内的机械风机、排水泵、供电设备、消防设施进行监测和控制。近年来，经过国家和地方的大力推动，各地投入了大量的资金建设综合管廊和市政管网的监控管理信息系统，软硬件的投入在一定时期内快速推动了市政管网管理信息化的发展。但由于缺乏统一的质量管理标准和技术规范的指导和应用，这些已建系统的质量往往良莠不齐，系统之间互联互通性差、数据交换难以开展，技术指标、参数和接口设计等也往往不规范，设备不兼容，给综合管廊的安全管理带来隐患，无法为市政管网和综合管廊的管理提供有力的质量保证。随着科技的发展和进步，人们陆续在城市综合管廊中也加入了一系列的辅助系统，例如自动消防灭火系统、通风系统、视频监控系统和环境监测系统等，但这些信息系统大多只有监测功能，而不能智能性地控制和管理，虽然可以解决一些城市管网存在的安全隐患，但多都是单独运行和操作，不利于信息联动和快速反应。由此可见，综合管廊信息管理平台的不统一带来了城市安全、环保、管理成本高等问题。

发明内容

为了保障城市综合管廊的智能化控制和管理，实现各种专业管理子系统的集成和统一，本发明提供了一种城镇综合管廊监测控制与报警系统。

本平台将综合管廊内的设施监控和管理系统整合成一套相互兼容和统一的综合管理平台，实现资源共享、互联互通，即综合管廊的管理操作就像产生“智慧”一样，在一个系统中能反映出各种管网的运行参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，包括综合管廊监测监控统一管理软件平台、管线监控子系统、环境监控子系统、设备监控子系统、安全防范子系统、通讯网络子系统和GIS电子地图子系统，所述综合管廊监测监控统一管理软件平台将综合管廊内的设施监控和管理系统整合成一套相互兼容和统一的综合管理平台，完成综合管廊一体化监控、各子系统的集中展现和智能控制、仿真展现、业务联动、统计报表、统一告警和巡检业务等，并实现资源共享、互联互通。

其中软件功能包括综合管廊一体化监控、各子系统的集中展现和智能控制、仿真展现、业务联动、统计报表、统一告警和巡检业务等。通过智能化监控数据的信息共享与展示，实现数据集成、应用集成和业务流程集成，建立互联互通机制，实现综合管廊各应用子系统的集中监测、集中显示报警和智能联动控制，并为监控系统今后的扩展性、可复用性提供技术基础。

优选地，所述数据服务器集中安装在监控中心，监控中心内设置一台图像工作站，一台视频服务器，用以对管廊内的视频信号进行管理和显示，同时设置一台监控计算机、一台安保工作站；所述监控计算机通过工业级以太网交换机连接通讯柜与现场采集控制单元通讯，显示器上能生动形象地调出综合管廊内部环境模拟地图、管廊内各设备的状态和照明系统的实时数据，并实时报警；所述监控计算机同时还向现场采集控制单元发出控制命令、启停现场附属设备；所述附属设备监控系统通过工业级以太网交换机与火灾报警系统联网。

优选地，该平台的硬件配置有采集控制单元、工业以太网交换机、身份识别终端、可监测井盖控制装置、液位变送仪表、温湿度检测仪、一氧化碳分析检测仪、氧气分析检测仪、摄像机、智能视频分析网络服务器、超声波红外动态监测装置、超低功耗声光报警装置、有源射频终端、图像工作站、视频服务器、视频显示屏、监控计算机、安保工作站、数据服务器、网络交换机、路由器、网络综合通信系统。

优选地，所述综合管廊监测监控统一管理软件平台采用分层架构，纵向分为4层：1）视图展现层：用户与之交互的界面；2）业务分析层：根据业务需求对数据进行组织、加工、分析、挖掘和归纳；3）数据存储层：对采集的数据按照系统定义的结构进行存储，并提供查询、添加、修改、删除等操作的接口；4）数据采集层：根据采集任务对监测对象实施数据采集。

本发明主要由系统软件平台、系统服务器、数据存储设备和后台显示、报警设备等组成，本发明的主要子系统有：

（1）综合管廊监测监控统一管理软件平台。将综合管廊内的各种监测及控制系统有机的结合在一个统一的综合管理软件平台中，通过这个平台实时显示综合管廊的各种运行信息，并通过对各种辅助系统设备的控制来维护综合管廊的运行环境及事故的紧急处理。统一管理软件平台是综合管廊监测监控智慧管理的核心。

（2）综合管廊监测监控管线监控子系统。主要是对综合管廊内纳入的各种管线的监测，如电力电缆、水管、燃气管道、热力管道等。对这些管线的运行情况进行实时监测，在发生事故的第一时间就能被发现，并远程控制相关设备进行处理，将事故的损失降低到最低。

（3）综合管廊监测监控环境监控子系统。主要监测综合管廊内有毒有害气体的浓度、温湿度状况、氧气的含量、集水坑中积水的水位等。当某些环境指标超标时，及时向相关人员和单位发出警报，并通过综合管理平台的联动功能自动启动排风机、排水泵等设备，进行及时必要的处理。

（4）综合管廊监测监控设备监控子系统。主要监控综合管廊内的通风系统、排水系统、配电系统、照明系统和消防系统。监测综合管廊的设备是否都在正常运行，并针对不能正常运行的设备及时发出警报，通知相关人员进行处理。远程控制综合管廊内设备的开与关，不仅能减少误报警带来的损失，在真的发生事故时还能第一时间进行处理，将损失降低，协助内部人员安全逃离。

（5）综合管廊监测监控安全防范子系统。主要包括在线式可控井盖、身份识别系统、IP智能分析系统、门禁系统和报警系统。安全防范子系统的功能主要有两个：第一是通过对各个可能的出入口的监控，防止无关人员的误入和可疑人员的进入；第二是实时了解管廊内工作人员的位置，在发生意外时能有效的对人员进行救援。

（6）综合管廊监测监控通讯网络子系统。主要是用于管廊内工作人员与监控中心以及外部的通信联络。

（7）综合管廊监测监控GIS电子地图子系统。将综合管廊内的所有设备、设施都集中显示在GIS地图上，让操作人员能直观的看到整个综合管廊的布置。在发生事故时，还能在地图上直接显示出事的地点与相关的数据，为救援提供帮助。

本发明的有益效果是：通过对综合管廊内各种管线的监测，实现各应用子系统的集中监测、集中显示报警、集中联动控制和集中管理的目标。具备合理的网络架构和信息处理机制，有很强的组态灵活性、维护方便性、扩展性和安全性，可以支持多种终端混合挂接在同一总线上，网络系统的冗余度和实时性较好。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构图；

图2为本发明的系统软件分层结构图。

具体实施方式

下面结合附图和工作原理对本发明作进一步详细的说明，但并不是对发明保护范围的限制。

本发明的数据服务器集中安装在监控中心，监控中心内设置一台图像工作站，一台视频服务器，用以对管廊内的视频信号进行管理和显示。设置一台监控计算机、一台安保工作站，一台数据服务器。监控计算机通过工业级以太网交换机连接通讯柜与现场采集控制单元通讯，显示器上能生动形象地调出综合管廊内部环境模拟地图、管廊内各设备的状态和照明系统的实时数据，并实时报警。监控计算机同时还向现场采集控制单元发出控制命令、启停现场附属设备。附属设备监控系统通过工业级以太网交换机与火灾报警系统联网。

本发明的硬件配置主要有：采集控制单元4套，工业以太网交换机4台，身份识别终端2台，可监测井盖控制装置1套, 液位变送仪表1套，温湿度检测仪1套，一氧化碳分析检测仪1套，氧气分析检测仪1套, 摄像机4台，智能视频分析网络服务器4台，超声波红外动态监测装置4个，超低功耗声光报警装置4套，有源射频终端2个, 图像工作站1台，视频服务器1台，视频显示屏1台, 监控计算机1台、安保工作站1台，数据服务器2台，网络交换机2台，路由器2台，网络综合通信系统1套。

本发明的软件设计采用分层架构，纵向分为以下4层：1）视图展现层：用户与之交互的界面；2）业务分析层：根据业务需求对数据进行组织、加工、分析、挖掘和归纳；3）数据存储层：对采集的数据按照系统定义的结构进行存储，并提供查询、添加、修改、删除等操作的接口；4）数据采集层：根据采集任务对监测对象实施数据采集。

软件功能主要有：

（1）综合管廊一体化监控。将视频、身份论证、照明、智能井盖、消防、动环等多种综合管廊监控信息集中采集后，进行统一分析、展现和智能控制，实现多个辅助系统的一体化和智能化整合，使之能够直观展现和远程操作各监控对象的运行状态，更好为运维提供支持服务。

（2）综合管廊各子系统的集中展现和智能控制。对综合管廊各子系统采集的信息进行统一展现，使操作人员通过工作站可对综合管廊进行远程监视。其中，集中展现的内容包括运行状态、告警信息等，在展现方式显示上，采用一体化、智能化的方式，不但能够显示实时运行信息，而且能够对历史运行信息进行查询分析。

（3）综合管廊各子系统的仿真展现。利用仿真技术，模拟综合管廊、监控对象、监控设备（摄像机、传感器等）等真实外观、位置等信息，按照实际的综合管廊环境、设备分布成比例缩小绘制而成，以直观方式进行仿真展现。多用户在仿真页面上，直接点击目标区，快速、准确地访问监控设备，查看实时监控信息，同时，仿真地图页面以主动推送方式，声光电提示告警信息，帮助监控人员快速定位告警发生地点。

（4）综合管廊电子地图GIS。基于实际的地理位置，提供比例缩小的电子地图GIS页面，可在其上定位、选择、展示综合管廊及其各类监控设备，并提供相关的查看、控制等操作，比如播放图像，控制设备，开关灯光、空调等。

（5）综合管廊各子系统的业务联动。当系统发现有故障、告警等信息时，可按照相关设定预案，自动对相关监控设备进行业务联动操作，例如视频录像、灯光开关、空调开关、风机开关等。在规定的时间内不能达到控制目标，则自动产生告警，通知相关人员处理。业务联动的内容包括视频、消防、安防、动环、照明、门禁等，同时，业务联动事件可配置、可修改。

（6）综合管廊运行信息的统计报表。对监控对象的运行信息进行统计和分析，以周、月、季度、年等为时间维度，自动或者手工生产各类报表，可为管理层提供决策管理的依据。

（7）综合管廊运行障碍的统一告警。当监控点现场有异常情况发生时(如出现盗警、火警等情况)，系统能迅速告警、记录、联动，并能进行查询。

（8）综合管廊的巡检业务功能。系统可按照预定的巡检路线，主动检测各个设备工作状态。当发现异常情况时，按事先设定的事件处理预案自动处理。

（9）综合管廊资产管理。提供软硬件资源的配置及查询、系统性能的实时监视、系统设备的故障告警监视、故障诊断、告警日志等管理资料的创建及维护等。

（10）综合管廊运行日志管理。对重要操作和重要业务进行记录，包括系统日志、用户操作日志等，并提供日志查询和分析模块。

（11）综合管廊管理平台的用户分类权限。实现组织机构管理、用户管理、角色管理和权限管理，提供对各类信息维护、浏览、控制的各级权限，按照运行人员的分工范围、职责和权限范围，定义相应信息的管理责任区域，其权限包括菜单权限和数据权限。

本发明的关键技术：

（1）总线冗余技术。本发明的总线冗余采用双以太网的备份方式。各个子系统的CPU模块采用TCP/IP协议栈的硬件芯片构成两路以太网方式的通信接口，建立子系统CPU模块与集中控制器、监控设备间的两路以太网的冗余通讯方式，可在其中一条以太网出现故障的情况下保证系统的可靠运行。各个子系统I/O总线采用双CAN的冗余总线方式。I/O通讯模块采用高性能的主控芯片，并有双路CAN总线接口，可在其中一条CAN总线出现故障的情况下保证I/O模块与CPU模块之间的正常通信，提高PLC系统工作的可靠性，并采用DC/DC电源隔离和磁耦合技术，完成CAN总线的电气隔离，提高系统的抗干扰性。本发明的集中控制模块采用双模块双电源的热备冗余，即两模块同时运作，通过100M以太网总线进行实时数据的同步。

（2）系统兼容性技术。本发明的子系统CPU模块和I/O模块采用CAN总线和CANopen通讯协议，任何第三方设备均可以跟子系统进行兼容。通信网络模块集成各种通讯协议，通过扩展通讯卡增加现场总线。同时，模块在软件上支持可编程串口和可编程以太网，兼容各个厂家的私有通讯协议。集中控制模块也支持标准OPC接口，可与多种HMI软件兼容，最大程度的满足用户的可视化需求，并可通过OPC的方式与其他控制系统进行数据共享和交互。

（3）一体化集成监控软件技术。1)监控系统分域技术。本发明设计的集成监控软件对监控信息网进行分域管理和数据的分流管理。监控信息网上的站点在逻辑上可以划分成多个操作域，每个操作域可以同时监控多个控制系统。域内的操作站可以通过其它域的数据服务器以OPC的方式访问实时数据，但只能访问本域的数据服务器数据，在每次操作域中，只能有一对冗余的服务器完成数据的管理。2)通透安全的网络协议技术。为了降低工业以太网的通信负荷，本发明采用交换式以太网和全双工通信的方式来屏蔽固有的CSMA/CD机制，采用1000M高速以太网技术来提高通信带宽；对实时控制数据和管理数据区别对待，按不同的优先级通透地在现场和过程信息网间流通，保证了工业控制的实时性和确定性；为了提高以太网的传输可靠性，使用一种流量限制技术，即把流经端口的异常流量控制在一定的范围内；为确保数据完整性和有效性，在网络协议中增加多种校验手段，并对故障设备进行隔离；使用网络双重冗余技术和网络诊断技术，支持在网络上随时增加、删除节点，增强网络的可用性。3）大规模管控一体化集成技术。本发明采用基于Web技术的服务器/浏览器结构，可以解决过程检测与控制实时数据和现场仪表的管理数据并行传输、记录、动态显示等关键技术，实现对远程目标工作站的远程软件配置、软件安装、远程控制、远程诊断、远程文件传输、远程专家会诊指导、软件维护修复等，从而完成一体化集成管理和控制。5）多总线集成通信中间件与兼容性技术。本发明在建立综合管廊监测监控统一集成管理平台的基础上，开发该平台与现有多种现场总线间的集成通信中间件技术，通过该中间件的软硬件协议转换，可以实现不同厂商不同设备在数字平台基础上的互联互通和相互兼容。

本发明的主要创新点：

（1）本发明以核心技术攻关为重点，形成具有完全自主知识产权的综合管廊监测监控智慧管理的配套产品，具有先进的分布式系统设计，开放的网络化通讯设计和标准化程序设计。

（2）本发明与第三方系统设备的兼容性强。由于第三方系统具有接口繁多、设备数量不确定、自称系统的特点，在兼容上难度较大。本发明通过设计可扩展接口的通信网关模块和嵌入式通讯卡组成一套通信网关系统，来实现与大多数第三方设备系统的兼容。

（3）综合管廊监测监控智慧管理软件的开发。本发明通过监测监控智慧管理平台软件的改进开发，达到对整个综合管廊各个子系统包括第三方系统的监测管理，系统级联动控制。软件开发的主要难点在子系统多样，各个子系统的联动实现难度较大，解决方案的创新点是预先设定联动的模板以及支持脚本方式实现联动预案，软件为用户设计各个子系统间联动的脚本，通过动态加载的方式，最终在综合管廊监测监控智慧管理软件上运行。

（4）本发明具备开放的业务接口，可以与已建成的监控系统联网，也可以与现有的生产管理系统、地理信息系统集成，实现数据整合及管理业务的拓展，还能做到与将来的市政信息管理系统兼容，接入灵活。

（5）本发明的软件按照标准组态软件设计而成，构建实现存储、监视、控制、报警、联动、指挥等众多功能为一体的监测监控平台。管理平台可以任意扩展功能模块，具有强大的数据分析能力，能够适应特定用户的各种需求。监测终端数量扩展时不需要修改系统软件。管理软件采用模块化程序结构，各功能模块相对独立，并能互相协调工作，同时可以扩展及升级，数据文件结构及程序采用开放式结构。软件系统的结构具备足够的灵活性，单机系统可以容易地扩展为具备单一或冗余历史数据库和设备通讯系统的大规模分布式网络系统。

本发明的理论和实践意义主要有：

（1）本发明主要围绕综合管廊监测监控数据信息共享、互联互通平台、数据集成、应用集成、业务流程集成、管理监控、安全支撑等方面进行全面、科学的创新设计，并探索一种统一的平台技术规范和管理模式。另一方面，由于第三方系统具有接口繁多、设备复杂的特点，在兼容上难度较大，本发明可以通过设计可扩展接口的通信网关模块和嵌入式通讯卡组成一套通信网关系统，来实现大多数第三方设备系统的兼容。

（3）在信息管理方面，本发明可以提供统一数据管理平台、统一数据标准、统一维护信息、统一数据库的技术架构和规范。在管理模式方面，本发明可以提供统一技术平台、统一门户、统一对外信息交换平台、统一安全管理机制的标准规范，通过组织结构管理、工作机制和权限管理等提供相关业务协同的规范标准等。

（4）本发明通过综合管廊监测监控统一管理软件平台的改进开发，达到对整个综合管廊各个子系统包括第三方系统的监测管理和系统级联动控制。

（5）当前，各地的智慧城市建设蓬勃发展，智慧城市一般包括一个城市大数据中心系统和一个统一物联网系统，也需要打造一个统一平台。智慧城市建设需要以先进信息技术为手段，以智慧管理综合平台、智慧设备管理、智慧环境监测等重点工程为切入点。本发明注重利用信息化手段提高综合管廊管理水平，并同步建设管廊数据采集和动态监测系统，组建城市综合管廊数据库，今后可将其纳入数字化智慧城市的管理系统，进而实现对全城地下管线网络数据的实时采集、动态监测和信息共享，进一步推动各级市政管网部门的管理信息化发展、保障各项管理信息系统的有序建设，满足城市综合管廊跨部门的管网信息资源共享的设计、建设和维护需求。

（6）随着智慧城市的不断规划、建设和发展，信息化技术发展也日新月异，城市综合管廊监测监控系统的技术发展趋势是“智慧管廊” 综合监控管理平台的开发和应用。本发明可以构建实现存储、监视、控制、报警、联动、指挥等众多功能为一体的监测监控平台，可以任意扩展功能模块，具有强大的数据分析能力，能够适应特定用户的各种需求。本发明数据文件结构及程序采用开放式结构，软件系统结构具备足够的灵活性，单机系统可以容易地扩展为具备冗余历史数据库和设备通讯系统的大规模分布式网络系统。

本发明的关键技术有总线冗余技术、系统兼容性技术和一体化集成监控软件技术等。系统具备合理的网络架构和信息处理机制，具有先进的分布式系统设计，开放的网络化通讯设计和标准化程序设计，具备开放的业务接口，可以实现与大多数第三方设备系统的兼容，可以与已建成的管理系统联网。管理平台可以任意扩展功能模块，具有强大的数据分析能力，能够适应特定用户的各种需求。软件系统的结构具备足够的灵活性，单机系统可以容易地扩展为大规模分布式网络系统。管理软件采用模块化程序结构，各功能模块相对独立，并能互相协调工作，同时可以扩展升级。数据文件结构及程序采用开放式结构，监测终端数量扩展时不需要修改系统软件，有很强的组态灵活性、维护方便性和安全性。

Claims (4)

1.一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，包括综合管廊监测监控统一管理软件平台、管线监控子系统、环境监控子系统、设备监控子系统、安全防范子系统、通讯网络子系统和GIS电子地图子系统，其特征在于：所述综合管廊监测监控统一管理软件平台将综合管廊内的设施监控和管理系统整合成一套相互兼容和统一的综合管理平台，完成综合管廊一体化监控、各子系统的集中展现和智能控制、仿真展现、业务联动、统计报表、统一告警和巡检业务等，并实现资源共享、互联互通。

2.根据权利要求1所述的一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，其特征在于：所述数据服务器集中安装在监控中心，监控中心内设置一台图像工作站，一台视频服务器，用以对管廊内的视频信号进行管理和显示，同时设置一台监控计算机、一台安保工作站；所述监控计算机通过工业级以太网交换机连接通讯柜与现场采集控制单元通讯，显示器上能生动形象地调出综合管廊内部环境模拟地图、管廊内各设备的状态和照明系统的实时数据，并实时报警；所述监控计算机同时还向现场采集控制单元发出控制命令、启停现场附属设备；所述附属设备监控系统通过工业级以太网交换机与火灾报警系统联网。

3.根据权利要求1所述的一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，其特征在于：该平台的硬件配置有采集控制单元、工业以太网交换机、身份识别终端、可监测井盖控制装置、液位变送仪表、温湿度检测仪、一氧化碳分析检测仪、氧气分析检测仪、摄像机、智能视频分析网络服务器、超声波红外动态监测装置、超低功耗声光报警装置、有源射频终端、图像工作站、视频服务器、视频显示屏、监控计算机、安保工作站、数据服务器、网络交换机、路由器、网络综合通信系统。

4.根据权利要求1所述的一种城镇综合管廊监测控制与报警系统，其特征在于：所述综合管廊监测监控统一管理软件平台采用分层架构，纵向分为4层：1）视图展现层：用户与之交互的界面；2）业务分析层：根据业务需求对数据进行组织、加工、分析、挖掘和归纳；3）数据存储层：对采集的数据按照系统定义的结构进行存储，并提供查询、添加、修改、删除等操作的接口；4）数据采集层：根据采集任务对监测对象实施数据采集。