CN110428135A - 一种综合管廊设备状态监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，包括综合管廊层系统和城市级系统。本发明以实时数据库、数据仓库和智能平台工具为关键技术手段，为各类实时信息、生产管理信息提供集中统一的集成与共享平台，建立综合管廊设备状态统一集中监测系统，将实时信息与基于人工的业务信息进行有效采集、转换、整合、加载、展示，更好地为综合管廊生产作业指挥、应急处置、入廊专业管线作业管理、状态检修等各个业务领域提供更为全面和及时的信息服务。

Description

一种综合管廊设备状态监测管理系统

技术领域

本发明涉及一种综合管廊设备状态统监测管理系统，通过收集综合管廊运行参数、在线设备监测数据、巡视、例行及诊断试验、运行工况、视频监控等全景化的信息，对综合管廊设备的健康状况进行综合评价和分析，并根据评价结果进行状态诊断、风险评估，最终提出检修策略、制定设备维护、检修计划，为动态调整综合管廊设备的运行方式必要性分析和状态检修工作提供技术支撑。

背景技术

综合管廊资产管理是智能管廊运营管理不可缺少的一部分，直接影响到综合管廊的运营状况。但是目前综合管廊行业在设备管理中存在一定的缺陷，如设备管理方法不规范、缺乏理论指导，以及设备定位不准确等问题。目前设备管理在很多综合管廊中只是一种思想，全生命周期管理也只是停留在认识阶段，没有用系统工程和信息化的方法对设备管理进行整体规划，从而影响综合管廊的市场竞争力及生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种涉及智能管廊环境下的综合管廊运行维护中全生命周期的设备状态监测管理系统，以达到对设备管理花费少、效率高的最佳效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，包括综合管廊层系统和城市级系统，其中：

城市级系统包括城市级状态接入网关机及城市级综合管廊状态监测管理系统，综合管廊层系统经由综合管廊信息网通过城市级状态接入网关机接入城市级综合管廊状态监测管理系统，城市级综合管廊状态监测管理系统与综合管廊层系统的综合管廊监控与报警系统、生产管理信息系统、状态检修辅助决策系统、状态监测管理系统、综合管廊层系统的综合管廊视频服务器、建筑信息模型和地理信息系统进行数据交换，其中：

生产管理信息系统定义了综合管廊设备的台账信息，以及综合管廊的入廊专业管线作业的作业信息；

状态检修辅助决策系统采用智能领域的相关智能算法以检测、诊断手段为基础，以综合管廊现场的现场数据为参考，结合相关标准，实现对综合管廊设备的全范围、全寿命周期的评价与分析，系统产生反映综合管廊设备健康状态的状态量数据，以供监测预警和状态评价使用；

状态监测管理系统：状态监测管理系统的管理对象为综合管廊在线监测传感器、综合管廊层系统的状态接入控制器及数据通道，定义了对前端传感器运行状态、状态数据可行性、状态接入控制器的运行状态和功能模块运行、网络通道稳定性的管理，具备对状态量进行运算判断功能；

综合管廊层系统包括综合管廊监控与报警系统、环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统、综合管廊视频服务器、状态接入控制器，其中：

布置在综合管廊内的视频监控系统接入综合管廊视频服务器，用于实现综合管廊全天候智能视频监控，以满足综合管廊安全生产所需的监视设备关键部位的要求，并提供现场移动视频和视频会议的接入；视频监控系统的图像数据存入综合管廊视频服务器，综合管廊视频服务器将综合管廊端的图像和监测信号通过SIP协议，送往城市级综合管廊状态监测管理系统；

环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统按规定方式采集和传输数据，环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统的控制信号和监控信号接入综合管廊监控与报警系统，综合管廊监控与报警系统以基于Webservice通信协议或IEC61968/61970通信协议，向城市级状态接入网关机发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统；

状态接入控制器通过IEC61968/61970通信协议与布置在综合管廊的在线状态监测装置进行数据交互，状态接入控制器集中整个综合管廊的设备状态监测数据，以基于Webservice通信协议，向城市级状态接入网关机发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统。

优选地，所述数据交换的数据属性和系统之间接口通信协议保持一致和透明，数据交换通过数据总线实现。

优选地，所述城市级综合管廊状态监测管理系统运行有综合管廊运行管理全景数据平台，综合管廊运行管理全景数据平台为综合管廊设备提供全景的数据信息，对数据资源进行统一建模、提供标准的数据接口，提供实时数据服务和历史数据服务。

优选地，所述状态监测管理系统运行有综合管廊设备状态实时监测平台，综合管廊设备状态实时监测平台对综合管廊内各种智能设备的相关信息进行实时采集，运行维护人员在统一的界面下实时监测到这些设备运行状态信息，对一些异常的信号，通过多种告警方式及时的通知到相关人员，使综合管廊运营维护人员快速有效对缺陷、故障进行安排处理。

优选地，所述状态检修辅助决策系统运行有检修作业辅助工作平台，综合管廊检修人员利用系统中全景信息以及检修作业辅助工作平台提供的数据分析手段和高级应用功能，完成采集统计及信息处理，从而分析各设备的健康状况，制定维护和检修策略。

优选地，所述状态监测管理系统进行设备状态监测包括综合管廊设备运行监测、传感器状态监测及状态接入控制器状态监测。

优选地，所述综合管廊设备运行监测基于综合管廊内设备的运行参数监测，图形采用可伸缩矢量图形SVG或交互式矢量图和WEB动画标准FLASH，基于网页WEB表示，综合管廊设备的运行参数配置、限值条件表达及设置；

所述传感器状态监测为在线监测传感器的运行状态、状态测量参数监测，以及与状态接入控制器之间通信状态监测，有简单的限值条件表达及设置；

所述状态接入控制器状态监测为监测状态接入控制器的各项运行参数以及数据通信链路状态监测，有简单的限值条件表达及设置。

优选地，所述状态检修辅助决策系统实现的分析功能包括参数跟踪、趋势分析、类比分析及多参量相关性分析，其中：

参数跟踪采用仪表盘跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域，通过仪表盘的不同区域，正常区域、注意区域、异常区域，直观警示综合管廊运行分析人员采取相应的措施；

趋势分析对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况；

类比分析对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因；

多参量相关性分析采用趋势图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型、数学相关性模型，以辅助判断设备整体健康状况。

优选地，所述状态检修辅助决策系统实现的应急决策支持包括数据调用、监测预警、状态诊断/评价、预测评估、风险评估及检修策略，其中：

数据调用根据事故预案的要求，实现构造支持性数据和画面，到条件触发时，启动专题性画面，显示特定数据或图像、图形曲线；

监测预警监控状态量指标变化，对试验数据、在线监测数据超出状态评价规定范围的劣化指标进行状态预警，发布预警信息；根据事故预案的要求，实现设置相关参数的非常态预警值，到条件触发时，启动专题告警画面，并展示数值；

状态诊断/评价启动或调用状态检修系统程序，作出特例性诊断。对于状态参量超标预警的设备，采用状态诊断方法诊断设备可能存在的故障原因和故障部位，提出故障处理建议，当综合管廊设备给出监测预警信号，直接从系统中查找出可能出现的故障原因和故障部位，以及建议实施的诊断性检查试验项目；

预测评估启动或调用状态检修辅助决策系统程序，作出特例性预测，对于出现监测预警的综合管廊设备，利用系统中的当前设备参量和历史数据，采用最近两次等差预测方法，预测设备在未来某一时期的状态参数值；

风险评估启动或调用状态检修辅助决策系统程序，作出特例性风险评估，对于出现监测预警的综合管廊设备进行风险评价，通过考虑设备状态评价得分、设备平均故障概率、设备价值、设备在系统中的重要等级得出设备的风险等级，进行设备风险排序。

检修策略启动或调用状态检修辅助决策系统程序，作出特例性风险检修策略计算，以设备状态评价结果为基础，综合考虑风险评估结论，提出综合管廊设备检修次序、检修时间和检修等级安排建议。

本发明以实时数据库、数据仓库和智能平台工具为关键技术手段，为各类实时信息、生产管理信息提供集中统一的集成与共享平台，建立综合管廊设备状态统一集中监测系统，将实时信息与基于人工的业务信息进行有效采集、转换、整合、加载、展示，更好地为综合管廊生产作业指挥、应急处置、入廊专业管线作业管理、状态检修等各个业务领域提供更为全面和及时的信息服务。

本发明具有如下特点：

1、帮助管廊运营单位建立完整设备信息资料体系；

2、提升管廊设备的运作效率和利用率；

3、提升综合管廊整体工程质量：设备管理是综合管廊工程质量的保证，是综合管廊的生命和竞争支柱。系统维修保养管理可保障综合管廊设备的性能和质量；

4、提升综合管廊的安全性：设备管理是搞好综合管廊安全生产和环境的前提。消除事故、净化入廊专业管线作业环境，是综合管廊发展的长远利益所在；

5、提升综合管廊设备资产经营效益，完善综合管廊资产产权管理机制。保证固定资产的实物形态完整和完好，确保资产的保值增值，及时做好固定资产清理、核算和评估等工作。强化综合管廊设备资产动态管理的理念。在综合管廊运营过程中或资产产权变动时，可进行综合管廊设备的技术鉴定和资产评估，使资产及其权益免遭损失。

附图说明

图1为系统结构示意图；

图2为系统功能结构图；

图3为数据交换基本信息结构图；

图4为系统平台总体技术结构图；

图5为系统硬件结构图；

图6为系统软件功能结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种综合管廊设备状态监测管理系统兼顾综合管廊各专业系统(环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统及其它综合管廊运营管理需要的系统)的现状，确保各系统相对独立，采用先进可靠的标准模型(协议)实现数据交换。

本发明包括综合管廊层系统和城市级系统两层系统，考虑到不同应用系统在综合管廊信息网中处于不同的安全区域，不同的应用系统保持独立，但需要对数据交换接口作标准化开发。

综合管廊层系统

(1)综合管廊端的环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统按其规定方式采集和传输数据，控制信号和监控信号接入综合管廊端的综合管廊监控与报警系统统一管理平台，以基于Webservice通信协议或IEC61968/61970通信协议，向城市级状态接入网关机(CAG)发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统CACMS。

(2)设备在线状态监测装置CMA，主要通过IEC61968/61970通信协议，与状态接入控制器CAC产生数据交互，状态接入控制器CAC集中整个综合管廊的设备状态监测数据，以基于Webservice通信协议，向城市级状态接入网关机CAG发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统CACMS。

(3)综合管廊端实现视频图像监控、现场作业移动视频监控以及视频会议功能。图像数据存入综合管廊端视频服务器，综合管廊端的图像和监测信号通过SIP协议，送往城市级主站——综合管廊状态监测管理系统CACMS。

城市级系统

(1)综合管廊监控与报警系统SCADA：根据管廊运营管理需求预留与各专业管线配套检测设备、控制执行机构或监控系统联通的信号传输接口。该系统定义了综合管廊运行实时数据以及拓扑关系，可采用基于Webservice通信协议或IEC61968/61970通信协议定义的公共信息模型CIM，导入城市级综合管廊状态监测管理系统CACMS实时数据库，数据通过安全隔离装置接入。

(2)生产管理信息系统PMIS：定义了综合管廊设备资产信息、运行、检修试验等台账信息，以及综合管廊的入廊专业管线作业的工作计划管理、设备缺陷管理、运行检修管理、工作票管理、专业技术管理、入廊专业管线作业临时供电管理等功能。

(3)状态检修辅助决策系统CBM：采用神经网络、动态规划、遗传算法等智能领域的相关知识和技术手段，以先进的检测、诊断手段为基础，以综合管廊现场大量的运行、检修、试验、不良工况等现场数据为参考，结合有关标准、规程、导则和综合管廊设备信息，实现对综合管廊设备状态评价、风险评估、检修决策、绩效评估、状态预警、故障诊断等全范围、全寿命周期的评价与分析，系统产生反映综合管廊设备健康状态的状态量数据，以供监测预警和状态评价使用。

(4)状态监测管理系统CACMS：系统管理对象为综合管廊在线监测传感器、状态接入控制器CAC及数据通道，定义了对前端传感器运行状态、状态数据可行性、状态接入控制器CAC的运行状态和功能模块运行、网络通道稳定性的管理。系统具备对状态量进行运算判断功能。

(5)视频监控系统：实现综合管廊全天候智能视频监控，以满足综合管廊安全生产所需的监视设备关键部位的要求。并提供现场移动视频和视频会议的接入。

(6)建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS：在城市综合管廊全生命周期内，基于项目各阶段完成的综合管廊信息模型BIM进行数据分析、价值挖掘的过程。基于BIM的设备状态监测管理工作与物联网结合起来将能很好的解决综合管廊设备资产的实时监控、实时查询、和实时定位问题。与综合管廊与报警系统等外部信息系统集成交互，形成智慧城市管网BIM信息化平台。综合管廊建筑信息模型BIM与地理信息系统GIS等信息管理平台相结合，进一步扩展模型在各阶段的应用。采用建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS相融合的技术，信息模型与管廊设备自控系统BA、消防系统FA、安防系统SA及其他智能化系统相结合，形成综合管廊设备状态统监测管理系统。

根据目前应用系统建设、使用的现状，系统功能结构设计为四层，如图2所示：

1)数据层

运行在集群的数据库服务器上，以实时数据为核心，包括实时数据库、空间数据库、属性数据库、媒体数据库，周期性存储平台计算所需的数据。其中：

实时数据库主要存储设备运行和状态计算的数据。

空间数据库作为建筑信息模型BIM数据和地理信息系统GIS数据的缓存，提高图形相应速度。

属性数据库，系统静态和动态配置用。

媒体数据库作为视频流等数据缓存和关键分析数据存储。

2)应用组件层

数据处理的功能部件，以组件方式部署。

3)接口层

运行在接口网关服务器上，定义标准数据交换模型基础上，处理周边系统的数据交换功能。

4)应用层。

基于网页WEB方式的功能表现以及人机交互，运行在WEB服务器上。

根据系统功能结构，通过接口，定义系统之间数据交换。数据交换包括系统与综合管廊监控与报警系统SCADA、生产管理信息系统PMIS、状态检修辅助决策系统CBM、状态监测管理系统CACMS、视频监控系统、建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS的数据交换等。数据交换的数据属性和系统之间接口通信协议保持一致和透明，数据交换通过数据总线实现。数据交换基本信息结构如图3所示。

数据交换方法是在一体化企业级信息集成平台的统一框架下，通过建立数据服务总线，定义服务之间良好的接口和通信协议标准实现，把系统内的软件和资源联系起来，保证综合管廊关键的业务流程可以正常运行，提供跨组织、跨平台的人员协作、信息数据、业务流程等层面的集成和整合，加上各种核心的业务应用，形成完整的信息化系统。

本发明中的系统平台技术实现方法如下：

系统平台总体基于面向服务的体系结构SOA，采用J2EE实现技术,运行环境优先采用Linux server。

J2EE是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，这些组件可简化并且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值，各类服务采用面向服务的体系结构SOA，实现插件应用模式。J2EE核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共通的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好的兼容性。实现技术结构如下图所示，基于组件的分层实现方案。

数据库层包括：

1、实时数据库：存储综合管廊状态监测运行实时数据，并保存对应的历史数据。

2、空间数据库：用于缓存常用到的建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS的访问空间信息，避免经常性调用建筑信息模型BIM数据和地理信息系统GIS数据访问接口，提高系统运行效率。

3、属性数据库：存储系统应用业务属性数据。

4、媒体数据库：存储各类视屏、图形流多媒体数据。

应用组件层包括：

1、用户权限管理：以通用用户和访问管理组件实现统一用户论证功能。

2、空间数据交换组件：实现多种类型空间数据模型的读写访问，为建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS平台数据交换提供支持。

3、视屏数据交换组件：实现标准视频SIP接口交换功能。

4、关系数据交换组件：实现各类业务属性数据交换功能，如状态接入控制器CAC传感器配置数据等，采用基于扩展标记语言XML格式属性数据交换。

5、应急智能决策引擎：实现知识库管理和案例推理决策模型，为应急决策模块提供算法支持。

6、邮件、短信、微信通道：实现邮件、短信、微信接口为系统报警提醒功能提供支持。

接口层涉及多种不同系统的集成，在系统技术实现层面上以Webservice接口为数据交换基本方式，视频数据交换遵循SIP接口标准，综合管廊监控与报警系统SCADA和生产管理信息系统PMIS数据可采用基于Webservice通信协议或IEC61968/61970通信协议定义的公共信息模型CIM。

目前，网络及服务器设备总体成本较低，综合管廊设备状态监测管理系统建立在高可靠性的应用和数据服务硬件结构上。基本配置如图5所示，包括：

1、数据服务器：2台，内置磁盘阵列，作RAID5模式，作集群运行，运行实时数据库和关系数据库。

2、WEB服务器：2台，部署应用功能，作集群运行。

3、接入网关机(CAG)：1台，统一接口服务，内置磁盘阵列，作RAID5模式。

本发明的系统功能部署图如图6所示。本发明的系统具有如下功能：

(1)提供综合管廊运行管理全景数据平台

为综合管廊设备提供全景的数据信息，包括综合管廊设备基本信息、试验信息、运行信息、缺陷信息、巡检记录、测试数据、在线监测数据等，以及综合管廊视频、环境安全等信息。对数据资源进行统一建模、提供标准的数据接口，提供实时数据服务和历史数据服务。

(2)提供统一高效的集成与共享的实时数据平台，并有效整合实时与非实时信息。以实时数据库管理系统为基础，建设实时数据管理平台(也可以称为实时信息数据中心)，提供各类实时信息的集成与共享。实时数据管理平台通过对各类实时信息系统数据的统一采集、抽取、整合和集中存贮，避免原有各系统实时信息的差异，以统一的方式和标准对外提供实时信息服务。

(3)提供综合管廊设备状态实时监测平台

能够方便的对综合管廊内各种智能设备(例如风机控制器、排水泵控制器、照明控制器、供配电继电保护装置、供配电多功能电量表、摄像机、出入口控制装置、入侵报警探测装置和声光报警器、电子巡查装置、人员定位装置、火灾报警控制器、可燃气体报警控制器、不间断电源装置、氧气检测仪表、温度检测仪表、湿度检测仪表、感温线型分布式光纤探测器、H2S气体检测仪表、CH4气体检测仪表、液位检测仪表、固定通信终端设备、无线通信设备、PLC、远程IO设备、工业触摸屏、工业交换机、计算机、服务器等)的相关信息进行实时采集，运行维护人员可以在统一的界面下实时监测到这些设备运行状态信息，对一些异常的信号，系统将通过邮件、短信和微信等多种告警方式及时的通知到相关人员。使综合管廊运营维护人员快速有效对缺陷、故障进行安排处理。

(4)提供检修作业辅助工作平台

综合管廊检修人员可以利用系统中全景信息以及平台提供的数据分析手段和高级应用功能，完成采集统计，信息处理，从而分析各设备的健康状况，制定维护和检修策略。同时，通过综合管廊内移动终端的移动视频接入，可以监测现场专业管线入廊安全作业情况，以及事故处理现场支持。

(5)提供视频及安全监控

综合管廊运行维护人员通过平台，不仅可以查看设备现场情况，也可以查看安全保卫、当地微气象、综合管廊廊内环境等信息，并可远程操作相关综合管廊设施。

(6)作为事故应急决策辅助

在综合管廊事故应急指挥系统中，把决策者需要的各项数据、指标、现场实景通过该系统实时地反映给决策者，以便决策者及时地对综合管廊运维管理制度进行调整。

上述功能的分类设计如下：

1、数据接入功能

从不同信息系统通过接口获取数据，如下表所示。

2、数据处理与预警

(1)数据整合

数据整合是统一集中监测系统的核心功能，它负责系统的统一建模、统一编码，提供统一的模型、参数、实时数据和历史数据服务。系统数据经过数据整合层以后，具备了统一的模型描述和标准的访问接口。

系统采用IEC61968/61970标准的公共信息模型(CIM)作为核心设计模型规范，规范了综合管廊设备、资产、拓扑结构、量测、状态监测、事件与告警等信息的统一描述和交互规范。

(2)事件告警

根据系统配置的告警分类、等级及告警模型，产生告警和预警事件，通过画面、声音、邮件、短信、微信等方式进行及时的提醒和通知。

(3)信息通知

通过邮件、短信和微信平台接口，根据配置模型，向相关人员发送事件/告警/预警通知。

(4)告警配置

配置告警/预警事件产生的条件和模型。

3、设备状态监测

(1)综合管廊设备运行监测

基于综合管廊内设备的运行参数监测，图形采用可伸缩矢量图形SVG或交互式矢量图和WEB动画标准FLASH，基于网页WEB表示，综合管廊设备的运行参数配置、限值条件表达及设置。

(2)传感器状态监测

在线监测传感器的运行状态、状态测量参数监测，以及与状态接入控制器CAC之间通信状态监测，有简单的限值条件表达及设置。

(3)状态接入控制器CAC状态监测

状态接入控制器CAC的软件模块、内存、CPU使用率、硬盘容量占用率、温度等各项运行参数以及数据通信链路状态监测，有简单的限值条件表达及设置。

4、环境安全监测

(1)入侵监测

入侵报警探测、视频图像辨识等信息，及布/撤防。

(2)环境监测

当地微气象参数、综合管廊内的氧气、温湿度、水浸监测信息，火灾防护、可燃气体浓度信息等。

(3)门禁监测

出入口控制、门禁动作监测。

(4)照明、水电控制

综合管廊内照明控制，风机、排水泵运行控制等

5、视频监控

(1)固定摄像监测

综合管廊区域内固定的摄像头(包括转动全景摄像)视频监控，包括对重要运行设备的外观状态，监视综合管廊内环境和人物活动情况。

(2)检修作业监控

借助工业移动终端的移动摄像，现场无线安全接入。实现检修作业的监视，危险点监控，以及事故或应急预案活动的现场情况摄录，便于远方观察和应急指挥。

6、专题分析功能

集成综合管廊一次机电设备状态监测、二次监控设备状态监测以及综合管廊监控与报警系统SCADA、建筑信息模型BIM和地理信息系统GIS等系统功能，对于每种专项应用，都建立专门的预警模型、状态评估模型、风险评估模型，都能够进行专题的分析和可视化展现。针对各专题应用产生的监测参数，进行参量跟踪、趋势分析、类比分析、多参量分析。趋势分析和预测的工具，选用数理统计、时间序列分析等方法给出设备相应发展趋势及其结论。这部分功能应用于特定的监测对象，事先构造函数包，根据工程理论和经验，针对每项应用，构造运算规则。

(1)参数跟踪

采用仪表盘等方式跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域。通过仪表盘的不同区域(正常区域、注意区域、异常区域)，直观警示综合管廊运行分析人员采取相应的措施。

(2)趋势分析

对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况。

(3)类比分析

对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因。

(4)多参量相关性分析

采用趋势图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型、数学相关性模型，以辅助判断设备整体健康状况。

7、应急决策支持

(1)数据调用

根据事故预案的要求，实现构造支持性数据和画面，到条件触发时，启动专题性画面，显示特定数据或图像、图形曲线。

(2)监测预警

监控状态量指标变化，对试验数据、在线监测数据等超出状态评价规定范围的劣化指标进行状态预警，发布预警信息。

根据事故预案的要求，实现设置相关参数的非常态预警值，到条件触发时，启动专题告警画面，并展示数值。

(3)状态诊断(评价)

启动或调用状态检修CBM系统程序，作出特例性诊断。对于状态参量超标预警的设备，采用状态诊断方法诊断设备可能存在的故障原因和故障部位，提出故障处理建议。当综合管廊设备给出监测预警信号，可以直接从系统中查找出可能出现的故障原因和故障部位，以及建议实施的诊断性检查试验项目。

(4)预测评估

启动或调用状态检修辅助决策系统CBM程序，作出特例性预测。对于出现监测预警的综合管廊设备，利用系统中的当前设备参量和历史数据，采用最近两次等差预测方法，预测设备在未来某一时期的状态参数值。

(5)风险评估

启动或调用状态检修辅助决策系统CBM程序，作出特例性风险评估。对于出现监测预警的综合管廊设备进行风险评价，通过考虑设备状态评价得分、设备平均故障概率、设备价值、设备在系统中的重要等级等得出设备的风险等级，进行设备风险排序。

(6)检修策略

启动或调用状态检修辅助决策系统CBM程序，作出特例性风险检修策略计算。以设备状态评价结果为基础，综合考虑风险评估结论，提出综合管廊设备检修次序、检修时间和检修等级安排建议。

8、可视化展现

(1)3D实景展示

通过综合管廊建筑信息模型BIM和摄制综合管廊设备或路径的3D照片相结合的方式，并定期更新，组成3D场景。在3D图形上，可以进行漫游、巡视路径设置等。在3D图形上配置设备信息，近观的外形结构部件和机构、操作控制箱、面板信号特写画面。在事故应急预案状况下，可对现场形成直观认识。

(2)图形曲线展现

系统提供统一的数据综合展现界面，以便于快捷、方便、直观、有效的查看各城市所辖综合管廊的重要信息及相关信息，并可展示综合管廊的相关准实时数据画面。

数据展现具有以下形式：画面、表格、曲线、棒图、饼图、三维图。

系统通过多样化的数据表现手段，针对综合管廊的业务需求，多角度多层次地动态展现数据。该系统能对整合后的数据提供常规的各种查询浏览、报表统计和曲线分析功能，数据展现和交互支持面向对象的方式，可由统计查询直接转如曲线分析。

系统提供常用的基本图形报表，包括日运行历史数据，多月运行历史数据和多年历史数据、各类别的趋势分析图等。用户在客户端可利用系统提供的各类报表。展示的界面应当是模块化的，用户自定义数据自己关心的展示内容及展示风格。

(3)信息查询

信息查询功能包括两方面。

一是系统预设多种条件组合查询，支持模糊查询。

二是系统定制的维护信息单，该维护信息单集中了指定综合管廊本月、本周以来的各类设备、装置故障信息，以及启动状态检修辅助决策系统CBM获取的故障状态诊断、风险评估和检修策略值，对每个故障/异常设备项目，均可启动维护工作计划流程，维护完成后，反馈完成信号，该项目勾销(如系统不能自动反馈，则人工消除)。

(4)报表管理

根据业务应用的需要，系统定制有各类统计报表，可实时生成报表并输出。系统提供自定义报表工具，可预览、输出文档。

本发明提供的综合管廊设备状态统监测管理系统的建设和应用，其基本作用是对综合管廊设备相关在线监测信息的收集、汇总、处理分析，同时与综合管廊监控与报警系统、故障信息等系统结合获取相关设备台帐信息、预试信息、运行信息、故障和缺陷等信息，在系统中进行基于多类别主题和时间、氧气、温度、温度、H₂S、CH₄、水位、负荷等多维度综合分析，并将分析结果进行综合展现。

本发明及的一种综合管廊设备状态统监测管理系统目前已经在上海世博园内综合管廊进行试运行，通过该系统的建设，形成了综合管廊设备一体化的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和和服务管理系统，辅助综合管廊运行维护人员及时调整设备运行工况，同时，实现对综合管廊运行环境及现场检修活动的监控，实现预防性维护,为提高综合管廊设备的营运率和安全性提供了强大的技术支撑。在运营的这段时间里，成果非常理想，已经获得上海世博管廊运行维护单位的认可。

Claims (9)

1.一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，包括综合管廊层系统和城市级系统，其中：

城市级系统包括城市级状态接入网关机(CAG)及城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)，综合管廊层系统经由综合管廊信息网通过城市级状态接入网关机(CAG)接入城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)，城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)与综合管廊层系统的综合管廊监控与报警系统(SCADA)、生产管理信息系统(PMIS)、状态检修辅助决策系统(CBM)、状态监测管理系统(CACMS)、综合管廊层系统的综合管廊视频服务器、建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)进行数据交换，其中：

生产管理信息系统(PMIS)定义了综合管廊设备的台账信息，以及综合管廊的入廊专业管线作业的作业信息；

状态检修辅助决策系统(CBM)采用智能领域的相关智能算法以检测、诊断手段为基础，以综合管廊现场的现场数据为参考，结合相关标准，实现对综合管廊设备的全范围、全寿命周期的评价与分析，系统产生反映综合管廊设备健康状态的状态量数据，以供监测预警和状态评价使用；

状态监测管理系统(CACMS)：状态监测管理系统(CACMS)的管理对象为综合管廊在线监测传感器、综合管廊层系统的状态接入控制器(CAC)及数据通道，定义了对前端传感器运行状态、状态数据可行性、状态接入控制器(CAC)的运行状态和功能模块运行、网络通道稳定性的管理，具备对状态量进行运算判断功能；

综合管廊层系统包括综合管廊监控与报警系统(SCADA)、环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统、综合管廊视频服务器、状态接入控制器(CAC)，其中：

布置在综合管廊内的视频监控系统接入综合管廊视频服务器，用于实现综合管廊全天候智能视频监控，以满足综合管廊安全生产所需的监视设备关键部位的要求，并提供现场移动视频和视频会议的接入；视频监控系统的图像数据存入综合管廊视频服务器，综合管廊视频服务器将综合管廊端的图像和监测信号通过SIP协议，送往城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)；

环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统按规定方式采集和传输数据，环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统的控制信号和监控信号接入综合管廊监控与报警系统(SCADA)，综合管廊监控与报警系统(SCADA)以基于Webservice通信协议或IEC61968/61970通信协议，向城市级状态接入网关机(CAG)发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)；

状态接入控制器(CAC)通过IEC61968/61970通信协议与布置在综合管廊的在线状态监测装置(CMA)进行数据交互，状态接入控制器(CAC)集中整个综合管廊的设备状态监测数据，以基于Webservice通信协议，向城市级状态接入网关机(CAG)发送数据，接入城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)。

2.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述数据交换的数据属性和系统之间接口通信协议保持一致和透明，数据交换通过数据总线实现。

3.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述城市级综合管廊状态监测管理系统(CACMS)运行有综合管廊运行管理全景数据平台，综合管廊运行管理全景数据平台为综合管廊设备提供全景的数据信息，对数据资源进行统一建模、提供标准的数据接口，提供实时数据服务和历史数据服务。

4.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述状态监测管理系统(CACMS)运行有综合管廊设备状态实时监测平台，综合管廊设备状态实时监测平台对综合管廊内各种智能设备的相关信息进行实时采集，运行维护人员在统一的界面下实时监测到这些设备运行状态信息，对一些异常的信号，通过多种告警方式及时的通知到相关人员，使综合管廊运营维护人员快速有效对缺陷、故障进行安排处理。

5.如权利要求3所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述状态检修辅助决策系统(CBM)运行有检修作业辅助工作平台，综合管廊检修人员利用系统中全景信息以及检修作业辅助工作平台提供的数据分析手段和高级应用功能，完成采集统计及信息处理，从而分析各设备的健康状况，制定维护和检修策略。

6.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述状态监测管理系统(CACMS)进行设备状态监测包括综合管廊设备运行监测、传感器状态监测及状态接入控制器(CAC)状态监测。

7.如权利要求6所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述综合管廊设备运行监测基于综合管廊内设备的运行参数监测，图形采用可伸缩矢量图形SVG或交互式矢量图和WEB动画标准FLASH，基于网页WEB表示，综合管廊设备的运行参数配置、限值条件表达及设置；

所述传感器状态监测为在线监测传感器的运行状态、状态测量参数监测，以及与状态接入控制器(CAC)之间通信状态监测，有简单的限值条件表达及设置；

所述状态接入控制器(CAC)状态监测为监测状态接入控制器(CAC)的各项运行参数以及数据通信链路状态监测，有简单的限值条件表达及设置。

8.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述状态检修辅助决策系统(CBM)实现的分析功能包括参数跟踪、趋势分析、类比分析及多参量相关性分析，其中：

参数跟踪采用仪表盘跟踪一个或多个监测参量的变化动态分布区域，通过仪表盘的不同区域，正常区域、注意区域、异常区域，直观警示综合管廊运行分析人员采取相应的措施；

趋势分析对参量的长期和短期变化趋势进行分析，发现变化规律，便于分析和预测设备健康状况；

类比分析对相同或相似设备的相关参数进行横向对比，以便分析故障和异常原因；

多参量相关性分析采用趋势图分析同一台设备多个相关参量的分布情况，并根据经验模型、数学相关性模型，以辅助判断设备整体健康状况。

9.如权利要求1所述的一种综合管廊设备状态监测管理系统，其特征在于，所述状态检修辅助决策系统(CBM)实现的应急决策支持包括数据调用、监测预警、状态诊断/评价、预测评估、风险评估及检修策略，其中：

数据调用根据事故预案的要求，实现构造支持性数据和画面，到条件触发时，启动专题性画面，显示特定数据或图像、图形曲线；

监测预警监控状态量指标变化，对试验数据、在线监测数据超出状态评价规定范围的劣化指标进行状态预警，发布预警信息；根据事故预案的要求，实现设置相关参数的非常态预警值，到条件触发时，启动专题告警画面，并展示数值；

状态诊断/评价启动或调用状态检修(CBM)系统程序，作出特例性诊断。对于状态参量超标预警的设备，采用状态诊断方法诊断设备可能存在的故障原因和故障部位，提出故障处理建议，当综合管廊设备给出监测预警信号，直接从系统中查找出可能出现的故障原因和故障部位，以及建议实施的诊断性检查试验项目；

预测评估启动或调用状态检修辅助决策系统(CBM)程序，作出特例性预测，对于出现监测预警的综合管廊设备，利用系统中的当前设备参量和历史数据，采用最近两次等差预测方法，预测设备在未来某一时期的状态参数值；

风险评估启动或调用状态检修辅助决策系统(CBM)程序，作出特例性风险评估，对于出现监测预警的综合管廊设备进行风险评价，通过考虑设备状态评价得分、设备平均故障概率、设备价值、设备在系统中的重要等级得出设备的风险等级，进行设备风险排序。

检修策略启动或调用状态检修辅助决策系统(CBM)程序，作出特例性风险检修策略计算，以设备状态评价结果为基础，综合考虑风险评估结论，提出综合管廊设备检修次序、检修时间和检修等级安排建议。