CN108320444A

CN108320444A - 一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统

Info

Publication number: CN108320444A
Application number: CN201810295549.6A
Authority: CN
Inventors: 赵帅; 公波; 郑妍; 孙亚坤
Original assignee: Jilin North Asia Zhi Gu Technology Co Ltd
Current assignee: Jilin North Asia Zhi Gu Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-07-24
Also published as: CN109872498A

Abstract

本发明公开一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，通过设置各类光纤传感器、与所述光纤传感器对应连接的智能光控主机和接收智能光控主机光电转换后的信号进行数据读取、存储、分析、超前预警处理及状态显示的控制中心大厅，并将所述控制中心大厅经互联网与城市大数据分中心、城市大数据中心相联通。本发明可对管廊的廊内、管线、廊体、廊外进行全方位、实时在线监测，并通过互联网与城市大数据分中心、城市大数据中心交互数据，确保地下管廊的正常安全运行，发现情况及时超前预警，把事故消灭萌芽状态，有效避免严重悲惨重大事故发生。并具有设计合理、措施得当、智慧管控、安全可靠、适宜推广等优点。

Description

一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统

技术领域

本发明涉及一种针对智慧管廊进行全光纤监测的监控与超前预警系统，具体说，是涉及互联网、光学、电学、本质安全、软件应用等多领域相结合对城市地下管廊进行全方位、实时在线监测的监控与超前预警系统。

背景技术

综合管廊是城市地下建造的一个隧道空间，它将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。由于综合管廊设置在地下，便也成为城市脚下的火药桶，安全问题显得尤其重要。然而，目前管廊地理结构复杂，管廊管线类型多，专业技术人员少，对故障、事故发现不及时，有的既便发现但仍无法做出及时应对等等，从而使8大类20余种管线及其附属设施存在巨大的安全隐患。其主要包括地震、洪涝、违规施工、滑坡泥石流等可能引起地面塌陷、廊体沉降、开裂与塌陷；管道腐蚀、变形、电缆短路、管道错断；管线爆裂、爆炸、廊内透水、气体泄漏导致的重大安全事故，为了切实加强城市地下管网维护与管理，保障人民群众的生命财产安全和城市管网的正常运行，国家、地方政府先后出台了各类文件、通知，国办发（2014）27号《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》：就明确针对城市地下管线建设管理中存在的多重问题，开出药方——我国计划用10年左右时间，建成较为完善的城市地下管线体系，使地下管线建设管理水平能够适应经济社会发展需要，应急防灾能力大幅提升。国务院办公厅国办发〔2014〕63号文关于加快应急产业发展的意见中也明确指出：监测预警为应急产业的重点工作方向，在社会安全方面，发展城市安全、网络和信息系统安全等监测预警产品。同时，发展突发事件预警发布系统、应急广播系统及设备等。GB50838-2015 《城市综合管廊工程技术规范》内容中详细指出其中，每个光纤气体传感器可检测H₂S（硫化氢）、CH₄（甲烷）、O₂（氧气）、CO（一氧化碳）四种气体，该四种气体传感探头集成于同一腔室中，检测四种气体的四只光纤传感探头分别布置方式为：一个布置在距棚顶0.3m的位置对CH₄气体进行检测，但天然气舱除外，天然气舱中CH₄气体传感探头布置于释放源上方0.5-2m处，每间距15m布置一个，另两个布置在距棚顶1.6m—1.8m的位置对O₂与CO进行检测，最后一个布置在距地面0.3m的位置对H₂S进行检测，从而实现对H₂S、CH₄、O₂、CO四种气体的检测。城市综合管廊建设要求与各管线附属设施与监控系统要求，为城市地下管网监控发展明确了方向。（1）构建现代化、集约化市政基础设施的需要，（2）消除“拉链路”，避免反复开挖而影响道路交通和居民出行，（3）节约城市用地，有效利用地下空间，（4）保证地下管线安全运营。要实现构建现代化、集约化市政基础设施的发展目标，传统的运营管理模式根本无法适应现代需求，那么如何突破管廊监控的难点，保障城市地下综合管廊的全方位、实时在线的监测，为实现超前预警、实时报警，提高管廊运行管理的快速反应与安全防控能力，避免内外环境因素对设备管线与工作人员等带来的伤害，及时采取补救应对措施，把事故消灭在萌芽期，从而避免伤亡惨案，为城市百姓造福，将成为综合管廊运营管理中亟待解决的技术问题。

发明内容

针对以上所述不足，本发明的目的在于提供一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统。它可对城市地下综合管廊进行全方位、实时在线的监测，及超前预警，解决管廊的应急安全问题，从而提高管廊运行管理的快速反应与安全防控能力，为确保城市安全提供可靠保障。

本发明的一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，所述系统包括：

A．城市大数据中心、城市大数据分中心及控制中心大厅；均以互联网进行双向数据传输并信息共享；

B．光纤气体传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤水位传感器、光纤光栅超前预警传感器、光纤应力应变传感器、光纤FBG应变传感器、光纤FBG位移传感器、光纤水压传感器、光纤位移传感器和光纤应变微振动传感器；用于接收光信号并将所述光信号通过光纤传输给对应的智能光控主机；

C．智能光控主机；用于采集所述各光纤传感器所检测到的光信号，读取其光信号、将光信号转换成电信号再并行传输给控制中心大厅的控制系统；

D．控制中心大厅；接收智能光控主机的电信号，读取H₂S、CH₄、O₂、CO气体、水位、温度、湿度、管线爆裂、位移、沉降、变形、内涝、地震、山体滑坡及地质灾害的信号数据并存储，对数据分析比对，实现超前预警处理，同时进行状态显示。

本发明由于采取在管廊的廊内、管线、廊体、廊外不同位置设置的各类光纤感器，对廊内、管线的H₂S、CH₄、O₂、CO气体、温度、湿度、水位、管线爆裂，廊体的沉降、位移、应力变形，廊外的内涝、地震、山体滑坡等地质灾害进行实时在线监测、超前预警，并通过互联网将控制中心大厅与城市大数据分中心、城市大数据中心进行双向交互数据传输，确保地下管廊的正常安全运行，发现情况及时超前预警，告知相关部门按照联动机制进行处理，把事故消灭在萌芽状态，有效避免严重悲惨的重大事故发生。并具有系统结构简单、设计合理、措施得当、智慧管控、安全可靠、适宜推广等优点。

附图说明

图1是一种基于全光纤检测的智慧管廊监控与超前预警系统结构示意图；

图2是管廊结构示意图。

具体实施方式

图1所示的本发明是在现代文明城市建设中研发的一种对地下管廊进行智慧管理与监控的新型监控与超前预警系统。它包括城市大数据中心1、城市大数据分中心2、20、21，控制中心大厅3，所述城市大数据中心1、城市大数据分中心2、20、21，控制中心大厅3均以互联网进行双向交互数据信息传输，所述控制中心大厅3由网络计算机组成控制系统4，同时设置与控制系统4输出接口连接的显示墙5以及同控制系统4进行双向连接的通讯系统6组成。

本发明的管廊主要由廊内、管线、廊体和廊外组成（见图2），为了实现本发明对智慧管廊的监控与超前预警的目的，在管廊的廊内所属综合舱、电力舱、热力舱、天然气舱四个舱室内每个舱室都对应设置以下四种光纤传感器：光纤气体传感器8、80、81、82；光纤温度传感器9、90、91、92；光纤湿度传感器10、100、101、102和光纤水位传感器11、110、111、112。

所述的光纤气体传感器8、80、81、82，其中，每个光纤气体传感器可检测H₂S（硫化氢）、CH₄（甲烷）、O₂（氧气）、CO（一氧化碳）四种气体，该四种气体传感探头集成于同一腔室中，检测四种气体的四只光纤传感探头布置方式不同：一个布置在距棚顶0.3m的位置对CH₄气体进行检测，但天然气舱例外，天然气舱中CH₄气体传感探头布置于释放源上方0.5-2m处，每间距15m布置一个，另两个布置在距棚顶1.6m—1.8m的位置对O₂与CO进行检测，最后一个布置在距地面0.3m的位置对H₂S进行检测，从而实现对H₂S、CH₄、O₂、CO四种气体的检测。

所述光纤温度传感器9、90、91、92采用DTS传感器，即为分布式光纤温度传感器；综合舱中含有通讯电缆与自来水管道，综合舱内的光纤温度传感器9布置在自来水管道，即供水管道的下方进行实时检测；电力舱中含有电力电缆，电力舱内光纤温度传感器90是以波浪形布置在电力电缆表面；热力舱中含有热力进水管，热力回水管，热力舱中光纤温度传感器91分别布置在距地面向上1.5m处的两侧墙壁上；天然气舱中主要是天然气管道，天然气舱中光纤温度传感器92布置在天然气管道的左、右两边及顶端处。

所述光纤湿度传感器10、100、101、102采用光纤布拉格光栅（FBG）传感器，该布置方式与光纤温度传感器9、90、91、92位置相同。

所述光纤水位传感器即为光纤水位计，光纤水位传感器11、110、111、112的光纤水位传感探头分别布置在各舱室给水坑中对其进行实时检测，以便及时进行过多给水的排出。

在管廊的管线主要含天然气管道、热力管道、供水管道和电缆管道，由于管道在管廊中的特殊地位，在热力管道上铺设光纤温度传感器91、光纤湿度传感器101及光纤水位传感器111；在供水管道上铺设光纤温度传感器9、光纤湿度传感器10及光纤水位传感器11；在电缆管道上铺设光纤温度传感器90、光纤湿度传感器100及光纤水位传感器110；在天然气管道上除了铺设光纤气体传感器（该光纤气体传感器中检测CH₄气体的传感探头布置于释放源上方0.5-2m处，每间距15m布置一个。）82、光纤温度传感器92、光纤湿度传感器102、光纤水位传感器112外，还增设了光纤光栅超前预警传感器12，所述光纤光栅超前预警传感器12是在沿管壁每间距50m进行环形布置。

在管廊的廊体主要针对廊体发生沉降、变形和位移的状况进行实时监测，它通过光纤应力应变传感器13，光纤FBG应变传感器14、和光纤FBG位移传感器15进行。所述光纤应力应变传感器13、光纤FBG应变传感器14和光纤FBG位移传感器15均布置在距管廊底面并沿侧墙2m处，和舱内水平距舱门50m处，同时进行水平与垂直方式的布置。

在管廊的廊外主要针对廊体外部会发生的内涝应急、山体滑坡及地质灾害和地震的灾害状况，设置了光纤水压传感器16、光纤位移传感器17和光纤应变微振动传感器18进行实时监测，所述光纤水压传感器16的传感探头布置于桥涵、隧道的低洼易积水处；所述光纤位移传感器17是以三个传感探头为一组布置于易发生山体滑坡等地质灾害的山体区域进行直埋，每1000平方米放置1组；所述光纤应变微振动传感器18布置在廊外距管廊底面垂直2m处进行水平直埋，同时每1公里布置一个该传感器的传感探头。

将以上所有光纤传感器接收的光信号分别经光纤（光缆）传输至智能光控主机7、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79，经所述智能光控主机将光信号转换成电信号并存储，然后再分别将转换的电信号并行传输给控制中心大厅3，由网络计算机组成的控制系统4进行数据处理。

数据处理时是将各个光纤传感器检测的数据通过阈值条件进行判定，其中，第一步，判定的是通过设备实时检测读取的H₂S、CH₄、O₂、CO、水位、温度、湿度、管线爆裂、位移、沉降、变形、内涝、地震、山体滑坡及地质灾害各部分数据与阈值条件进行比对；第二步，判定是通过城市大数据中心1和城市大数据分中心2、20、21对管廊所属的廊内、管线、廊体、廊外历史采集的数据值与现有采集的数据值进行分析比对；通过以上两步的分析比对判定后得出最终的阈值条件。再将现场实时采集读取的数据与阈值条件进行比较，确定出是否进行超前预警。

若需超前预警则先判定出哪种状态的预警，其中对应的预警状态有H₂S、CH₄、O₂、CO、水位、温度、湿度、管线爆裂、位移、沉降、变形、内涝、地震、山体滑坡及地质灾害；判断出预警的状态后，针对超前预警状态判定其轻重程度，再进行下一步的抉择，若预警出状态较轻则由控制中心大厅3发出提示将信息反馈给城市大数据中心1和城市大数据分中心2、20、21，告知哪个位置出现问题，同时经通讯系统6与相关部门按照联动机制进行处理，控制设备运行状态；处理结果由显示墙5显示。若预警出状态较重则通过网络由城市大数据分中心2、20、21乃至城市大数据中心1紧急报警，且由通讯系统6直接与相关部门按照联动机制进行处理控制设备状态，从而完成全方位、实时在线、快速高效的管廊监测预警控制，以便提前阻止严重悲惨的重大事故的发生。从而可靠实现对管廊进行基于全光纤监测的智慧管廊控制系统的超前预警与监测。使城市地下管廊造福于城市百姓。

Claims

1.一种基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述系统包括：

A．城市大数据中心（1）、城市大数据分中心（2、20、21）及控制中心大厅（3）；均以互联网进行双向数据传输并信息共享；

B．光纤气体传感器（8、80、81、82）、光纤温度传感器（9、90、91、92）、光纤湿度传感器（10、100、101、102）、光纤水位传感器（11、110、111、112）、光纤光栅超前预警传感器（12）、光纤应力应变传感器（13）、光纤FBG应变传感器（14）、光纤FBG位移传感器（15）、光纤水压传感器（16）、光纤位移传感器（17）和光纤应变微振动传感器（18）；用于接收光信号并将所述光信号通过光纤传输给对应的智能光控主机（7、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79）；

C．智能光控主机（7、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79）；用于采集所述各光纤传感器所检测到的光信号，读取其光信号、将光信号转换成电信号再并行传输给控制中心大厅（3）的控制系统（4）；

D．控制中心大厅（3）；接收智能光控主机（7、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79）的电信号，读取H₂S、CH₄、O₂、CO气体、水位、温度、湿度、管线爆裂、位移、沉降、变形、内涝、地震、山体滑坡及地质灾害的信号数据并存储，对数据分析比对，实现超前预警处理，同时进行状态显示。

2.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述控制中心大厅（3）由网络计算机组成控制系统（4），同时设置与控制系统（4）输出接口连接的显示墙（5）以及同控制系统（4）进行双向连接的通讯系统（6）组成。

3.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述光纤气体传感器（8、80、81、82），其中，每个光纤气体传感器可检测H₂S（硫化氢）、CH₄（甲烷）、O₂（氧气）、CO（一氧化碳）四种气体，该四种气体传感探头集成于同一腔室中，检测四种气体的四只光纤传感探头布置方式不同：一个布置在距棚顶0.3m的位置对CH₄气体进行检测；但天然气舱例外，天然气舱中CH₄气体传感探头布置于释放源上方0.5-2m处，每间距15m布置一个；另两个布置在距棚顶1.6m—1.8m的位置对O₂与CO进行检测；最后一个布置在距地面0.3m的位置对H₂S进行检测；从而实现对H₂S、CH₄、O₂、CO四种气体的检测。

4.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述光纤温度传感器（9、90、91、92）采用DTS传感器，即为分布式光纤温度传感器；综合舱内的光纤温度传感器（9）布置在自来水管道的下方；电力舱内光纤温度传感器（90）是以波浪形布置在电力电缆表面；热力舱中光纤温度传感器（91）分别布置在距地面向上1.5m处的两边墙壁上；天然气舱中光纤温度传感器（92）布置在天然气管道的左、右两边及顶端处。

5.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：光纤湿度传感器（10、100、101、102）采用光纤布拉格光栅（FBG）传感器，该布置方式与光纤温度传感器（9、90、91、92）位置相同。

6.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：光纤水位传感器即为光纤水位计，光纤水位传感器（11、110、111、112）的光纤水位传感探头分别布置在各舱室给水坑中。

7.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述光纤光栅超前预警传感器（12）是在沿管壁每间距50m进行环形布置。

8.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述光纤应力应变传感器（13）、光纤FBG应变传感器（14）和光纤FBG位移传感器（15）均布置在距管廊底面并沿侧墙2m处，和舱内水平距舱门50m处，同时进行水平与垂直方式的布置。

9.根据权利要求1所述的基于全光纤监测的智慧管廊监控与超前预警系统，其特征在于：所述光纤水压传感器（16）布置于桥涵、隧道的低洼易积水处；所述光纤位移传感器（17）是以三个传感探头为一组，布置于易发生山体滑坡等地质灾害的山体区域进行直埋，每1000平方米放置1组；所述光纤应变微振动传感器（18）布置在廊外距管廊底面垂直2m处进行水平直埋，同时每1公里布置一个该传感器的传感探头。