探究基于物联网技术的地下综合管廊智能化建设

探究基于物联网技术的地下综合管廊智能化建设

潘忠义

中国水利水电第四工程局有限公司   810007 青海西宁

摘要：近年来，随着物联网的飞速发展，以物联网为基础的城市地下综合管廊智能化建设已逐渐成为城市基础设施的一个重要组成部分。因此，本文结合银川市城市地下综合管廊建设实践，认为在开展地下综合管廊智能化建设工作时，应当充分利用先进的物联网技术，以增强其智能化的建造成效，促进城市基础设施建设水平的不断提升，健全城市数字化管理职能，使城市实现智慧运行与管理。

关键词：物联网技术；地下综合管廊；智能化建设

对于今天这个信息化时代而言，物联网技术就是将信息技术、通信技术、感知技术等高技术已经实现充分的集成。银川市城市地下综合管廊作为全国第二批试点城市，项目于2019年建设完成并投入使用，该项目将物联网技术运用到地下综合管廊建设中，能够达到对其进行智能化的建设与管理，从而在一定程度上推动城市发展。

1.地下综合管廊建设概述

城市地下综合管廊是一种建设在城市地下，用以承载两种或更多城市工程管道结构和配套设施。近年来，中国城市建设过程中出现了大量的城市地下管道，这些管道往往会对城市管网系统的承受能力产生较大的影响。例如，1958年我国天安门广场改建项目中建成我国第一条长度为1km的城市地下管廊。而上海浦东地下综合管廊系统工程于1994年竣工。随着我国地下综合管廊系统数目的不断增多，2015年我国出台的«城市地下综合管廊工程规范》，进一步规范了地下综合管廊的设计与建造规范、标准和流程，在政策方面还出台了《关于强化城市地下管道施工管理的指导意见》等，促进了我国城市智慧系统的快速建设和发展。但是，当前我国城市地下综合管廊系统建设还处于子系统实现和系统整合的阶段，距离实现城市综合管廊系统的智能化还有一段距离。

2.城市地下综合管廊智能化系统构成及建设要点

2.1地下综合管廊智能化系统构成

设备层、网络层、支撑层和应用层四个层次共同组成了地下综合管廊智能化系统。在设备层面，是通过安装在通道中的多种监测装置来完成，网络层是一种基于无线网络完成数据进行传输。支持层包括一套完整的数据库与业务平台，为城市地下综合管廊提供了数据依据，为应用层提供了重要的数据来源。应用层是按照地下综合管廊智能化系统的需求开发出综合监控、综合数据服务、运行管理、应急管理等功能模块。

2.2做好全面规划

智能化建设是我国城市地下综合管廊发展的一个主要方向。要想提升其智能化建设的成效，就必须在建设之前对其进行全面的论证，做好全面规划，科学实施，让其在建设方法、建设内容以及智能技术的运用上都能够做到提早规划与准备，从而有效地解决其建设过程中出现的各种问题，并且城市地下综合管廊建设要实现智能化，必须多方协作、共同参与。

2.3引进智慧管廊内涵和支撑技术

将现代化的物联网技术引入到地下综合管廊的智能化建设中，具有十分重要的意义，智慧管廊包括很多方面，利用物联网技术来完成对管廊的管线监控、廊内环境和设施监控、数据采集、安全防范以及机器人巡检等方面的应用，让整个地下综合管廊的管理更加智能化，使其更好地与智慧城市的治理和服务系统相结合。地下综合管廊智能化就是采用物联网技术，将管道中的各种设施按照预定的协议，通过智能感知装置，将地下综合管廊中的各种设施与互联网相连，并以此为基础相互间进行数据交互与通讯，从而达到智能识别、定位、追踪、监控等功能。

3.基于物联网技术的地下综合管廊智慧化建设

3.1 结构安全监测系统

通过地下综合管廊结构安全监测系统可以实现对管廊结构多点相对沉降、结构倾斜、伸缩缝相对变形的有效监测，大大提高了监测的便捷性，有利于提升管廊的维护工作，减少隐患。因此，对其地基沉降、位移和振动加速度等进行实时监控是非常有必要的。通过在地下综合管廊内部布设静态水准仪、位移计等多种检测设备，实时地对运行过程中管道的变形和位移进行实时的监测，并由 FBG数据对管道内部的静态水平和位移计进行数据的收集，并通过互联网将数据传送到监控中央服务器上，使用 FBG测试系统的客户端软件对所收集到的解调仪的各个信道数据进行数据的处理与分析。利用高精度超高频率振动加速度计对管线进行动态检测，利用物联网技术对管线进行远距离、实时的、对管线上方的人员（振动干扰）进行实时监测。所有连接到互联网的用户都可以通过该服务器查看各个监测点的变形情况。

3.2机器人巡检系统

利用机器人巡检系统能够实现对管道监控与信息传递以及全方位的监测，从而解决管道巡视的难题，提升巡检工作的品质，避免管道渗漏的危险，及时发现并及时消除地下管道的安全隐患，从而提升城市地下管道的运营安全。采用机器人巡检系统，其目的是更好地达到巡检的目的，同时也是为了更好地满足巡检要求，这对于解决地下综合管廊的管道巡检问题有着重要的现实意义。在实际的施工中，必须结合其所处的地点、管道的种类和管道的方向进行机器人巡检规划。

3.3 安全防范系统

在地下综合管廊运营期间，需对其内部的安全状态进行实时监测，通过建立一套完善的安全防范系统，可有效提升其安全性。安全防范系统主要由五个模块组成：监控录像监控系统、非法侵入报警系统、出入口监控系统、实时定位系统和离线监控系统。综合运用新一代感知技术、视频识别技术以及物联网技术，能够达到如下目的：1）全面地对入侵进行监测与管理，使监测中心管理员能够实时地收到入侵报警信号，并能够实时地查看管廊内部的影像。2）通过对管廊进行维护巡视，并对管廊中的人员进行位置识别，从而提升了维护和维护的安全性。3) 利用集成监测平台，使各监测体系相互连接，并与其他体系进行互联，提升了综合管廊的防护水平和智慧水平。

视频安防监控系统是在地下通道内安装集成的低亮度的高清摄像头，在管道的通风孔、投料口和人员进出通道等位置安装了高清摄像头。在监视系统中，可以根据预定的时间和位置，对现场的实时图像进行显示，如果某个地方出现警报，那么监测中心就可以把对应位置的图像显示出来。监测中心的工作人员可以对现场的录像影像进行查看和判定，可以清楚地看到其运营状况，并对其运营风险进行预测和预警，从而保证地下综合管廊的安全运营。

入侵预警系统是将侵入式检测设备及声光报警设备安装在人员出入口、通风孔、投料口等外界人员易进入的部位。当有外人进来时，通过划分的 ACU即时通知监控中心，同时将监控中心的安全工作站、监控屏幕上对应的部分与地点的图像要素进行连接，生成声音警报，供监控中心进行处理。

出入口控制系统包括识别段、传输段、管理控制段、执行段及相关的系统软件，其主要是对进出人员进行放行或拒接，并具备完成井盖打开监视状态，位置定位，非法拆除警告及警报的作用，该系统可与消防警报信号相连，在发生火警时，在收到火警讯号后，发出火警信号的区段及邻近区段的各出入口电子锁会自动开启。

廊内人员实时定位系统是指在地下综合管廊中，每隔60 m处放置一台无线路由器，采用吸顶式的方式，其作用距离不少于30 m；各舱段之间通过一根主要通讯纤维将各监测段之间的无线路由串联起来。在地下管线铺设了无线的全覆盖网通信系统之后，可以通过手机、 IPAD或 GPS等设备将实时的地理位置数据传输到监测控制平台上。当工作人员进入管道后，监测中心可以依据地图及定位卡片，对管道内部的人员进行实时追踪，并在0-20 m的距离范围内对其进行识别与监测。

离线电子巡检系统是在各防火分区中部及人员出入口各设有一处离线的电子巡检节点。当工作人员参加巡视工作时，可以通过手持式装置将所处的位置信息及时地上传，从而达到巡视的目的。

3.4完善设备及环境监控

地下综合管廊在使用期间，不仅要对管廊内各类设施的工作状态进行实时监测，还要对管廊内部的环境进行全方位的监测，掌握管廊内部的设施与环境，为监控部门及时掌握管廊的正常工作状态。监控模块、控制设备和物联网设备构成了设备和环境监测系统。环境监测模块完成管廊环境参数的显示、报警定位、报警提示等。设备监视模块实现对通风、排水和照明等设备的监视和控制；系统的设计要按照分布式控制系统的集中管理与分散控制相结合的思想，采取管理层、自控层，就地控制三个层次的架构。每一级的装置都应该有一个标准的、开放的通信协定。设备及环境监测体系主要是对管廊环境参数进行检测，对管廊的通风、排水和照明等设备进行监控。测量的主要因素有：室内温度、湿度、氧气浓度、排水泵水位、燃气中的瓦斯含量。该系统通过对沟内环境参数以及通风、排水、照明等状态进行实时监测，利用可编程控制器对风机、排水泵、照明系统等设施进行控制，并通过集成监测平台对系统进行远程监测，一旦发现环境参数超出设定的临界值，就会发出警报，发起应急控制。该系统可以实现对风机、水泵、照明等辅助设备的远距离监测与管理，并能为用户实时获取环境监测数据及系统设备状态等相关数据。

3.5优化地下综合管廊运营平台

地下综合管廊在实际运行过程中，不仅要明确其特性与运营需求，还要将以物联网技术为基础的智能管廊在实际运作中的优点加以利用，并针对其智能运作的特性，设计出一套科学的运作模式，确保其在正常运作的同时，减少运营的困难。地下综合管廊智能化建设的终极目的是达到智慧化运营和管理，为各地下综合管廊单位提供高效优质的服务，保障整个地下综合管廊的运营。从基础网络设施、软件和硬件三个方面构建了城市地下综合管廊智能运营与管理系统。智能运营管理平台利用 GIS （地理信息系统）和 BIM （建筑信息模型）技术能够对管廊进行精细建模，对大场景的地理信息进行管理与分析，既能够对微观到宏观的大量数据进行分析与管理，也能够更加完整地展现出视觉化的信息。实现对管廊运营状态的实时监控，实现对管线的异常预警与风险评价。信息的分享与交流，及时发现潜在的安全问题，及早做出反应，保证整个地下综合管廊的安全性，帮助运营方更好地完成其自身的安全责任。通过对地下综合管廊的主体和通风管道进行整体监控，实现运营和管道所有权人之间的协作，帮助各个主体履行各自的职责。通过对廊体、管道及附属设施设备的整个寿命周期管理，达到对巡检、维护、报废等业务的精细化管理。为智能地下综合管廊运行平台的各个专门功能的实现提供二次开发界面。

4.地下智能综合管廊物联网技术应用的市场前景及机会分析

随着物联网技术的快速发展，我国的智能化城市已经由互联网1.0过渡到互联网2.0。智能化城市已经不仅仅是简单地实现信息化，其还包含了一系列的人工智能基础设施，比如，智能化城市中智慧政务，智能交通等。在这样的大环境下，能源、建筑、生产、安保等领域物联网技术的应用，正在形成下一个建设风口，据统计，物联网技术的应用市场规模或将达到千亿级别，已经引起了腾讯、阿里等互联网公司和移动联通等运营商的积极介入。综合管廊的物联网技术也是提供城市公共服务的一部分，其建设需要政府在公共管理和服务方式上进行创新。在运用综合管廊物联网的过程中，必须在关键技术上取得突破性进展，并逐渐健全相应的技术规范和法律。纵观整个物联网产业，是众多大、中、小企业组成的，是我国综合管廊物联网技术的研发、应用和建设主体，随着政策、技术标准的不断健全以及市场的不断扩大，未来的地下综合管廊物联网企业和市场必然会呈现出一种整合、优化、再快速发展的局面。通过对城市地下综合管廊物联网技术的运用，使其逐渐向智能化方向发展；在产业标准上，实现管廊物联网的智能化、标准化。从行业角度来看，综合管廊物联网技术的运用将实现人、物和服务的智慧融合。总而言之，在实现城市建设标准化的基础上，通过对城市地下综合管廊进行革新能够引入更多的社会资金，这无疑为我国的物联网技术研发、实施、集成服务企业提供了广阔的市场空间。

结束语：

综上所述，随着物联网技术的持续发展，城市地下综合管廊智能化建设越来越受到人们的重视，因此，本文通过对我国城市地下综合管廊以及地下综合管廊智能化系统的构成进行论述，以此为基础探讨在物联网技术下地下综合管廊智能化系统的建设，以期提升地下综合管廊智能化建设效果，实现其各个模块功能的智慧化。

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