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5G无线网络综合监控系统在智慧管廊应用及设计

2023-02-27 [574]

安科瑞鲍静君

　　摘要：智慧管廊综合作为地下管线的关键性组成部分袁设计基于5G无线传感网络的监控系统对于其发展有重要意义，本文建立5G网络，同时引入综合监控系统袁设计了智慧管廊综合监控系统遥引入通信传感网络袁保证能够全面监控袁同时引入信息管理平台袁结合数字化监控和视频监控袁并设置报警软件袁完成数据的正确化显示遥本文提出的系统能够结合大数据内容和城市管理内容袁更好地延伸产业价值链袁确保能够实现城市的智慧化管理。

　　关键词：5G无线传感网络；智慧管廊综合监控；监控系统

　　0引言

　　地下管廊是一个连续的隧道空间，该隧道具有电力、网络、雨水、供热等管线。同时，在地下管廊中，还设有通风口、检修口与投料口，地下管廊相当于城市市政地下的一个“网络系统"。在智慧城市建设过程中，引入5G网络，结合安全管理和指挥管理，设置传感器节点，利用设置的传感器节点对数据进行感知和监测，并进行感知，无线传感网络可协助地下管廊进行综合监测。

　　目前，随着网络设备与数据流量的急剧增加，我们已经开始使用5G移动通信技术。与4G技术相比，5G技术传输速率更高，整体性能更好，使地下管廊更加安全。此外，采用人工智能技术、大数据技术等建立地下管廊通风、排水等系统，并通过大数据技术建立地下管廊综合监控管理平台，通过该平台收集地下管廊内的有毒气体、水压、气压等环境变量，并对这些环境变量进行分析与监测，一旦有毒气体浓度超标或有其他危险情况发生时，能够通过在线传递及时进行预警与处置，努力打造“智慧管廊"。本文在采用以上技术的基础上，设计了基于5G无线传感网络的智慧管廊综合监控系统。

　　1基于5G无线传感网络的智慧管廊综合监控体系设计

　　我国建设地下管廊的时间较晚，与国外一些国家相比，无论在应用技术还是管理方式上都有较大的发展空间。近几年来，我国多个城市对地下管廊进行了建设。设计的智慧管廊综合系统中具有多条管线，包括供热管线、电力管线、排水管线等。建设地下管廊时，需要尽可能减少各方面的安全隐患，一定要确保顶层区域与底层区域分离，两者处在两个界面上，使顶层区域与底层区域分开管理。底层区域具有多个功能，例如预警、位置定位、安全防范、环境监控等。顶层区域需要具有燃气管理、电力生产管理、给水管理与供热管理功能，底层区域将地下管廊的有毒气体浓度信息、温度信息、湿度信息等环境参数通过5G无线传感网络传输到顶层系统中，使底层系统与顶层系统间建立联系。5G无线传感网络是智慧管廊综合监控系统的基础，它可以确保地下管廊底层系统与顶层系统的稳定性，使两者可以稳定、可靠运行。

　　本文设计的监控系统方案较为简单，建设单位应该根据智慧管廊的具体情况设计更为完整、准确、详细的施工进度方案，该施工进度方案要明确施工准备工作、人员调配、施工设备的选择等详细内容，在实际建设过程中，要定期跟踪进度，根据实际情况及时更新数据与内容，保证在合同规定的时间内完成智慧管廊的建设。

　　无线传感器对地下管廊的监测范围可达到80km，其设置在地下管廊的出口位置，这样可以降低不可控因素对无线传感器产生的影响。无线传感器具有较高的计算能力，但传输性能较差，为了解决这一问题，在地下管廊中设置了中继节点，以确保环境数据的顺利传输。

　　2智慧管廊综合监控系统

　　监控系统结构如图1所示。

图1监控系统结构

　　2.1环境监控子系统设计

　　环境监测子系统能够监测周边环境，在地下管廊的防火区域内，设置了通风口、人员进出口、逃生口；为了对地下管廊中的氧气、甲烷、湿度、温度等环境参数进行监测，环境子系统中设有监测传感器，以此完成与风机、水泵的连接。监测传感器监测的信号通过管线传输到控制监控系统内，通过5G无线网络传送到监控终端内。在监控终端的显示屏上，将显示通过监测传感器监测到的各类环境参数数据，当温度、湿度或甲烷等参数浓度数据超标时，监控中心人员将立即发送报警信息，并报告安全隐患位置，及时进行处置。

　　2.2设备监控子系统设计

　　采集地下管廊中的照明、风机、环境参数检测仪、排水泵等设备的参数，采集完成后，通过远程传输的方式实现对采集数据的传输，采集这些设备参数数据的原因是为电气设备、照明设备、通风设备等仪器的稳定运行提供数据依据。通过5G基站发送的监控命令，根据采集的设备参数数据，对风机、照明设备等进行远程监控，远程控制排水泵与电气等设备的开停。

　　2.3视频监控子系统设计

　　通过地下管廊综合系统的网络摄像机来采集风机、照明设备、排水泵等的图像信息，在经过监控系统的CPU处理后，可在监视器上显示当前地下管廊各种设备的运行场景，在地下管廊中划分出5G基站与防火区区域后，在出入口位置设置网络摄像机，以便对进出地下管廊的人员进行监测.监测的视频画面通过监测器进行处理与显示，从而实现对整个地下管廊的监控。

　　2.4智能门禁系统

　　智能门禁系统包括电子锁、LED显示器、读卡器、识别器。智能门禁系统需要设置在地下管廊的出入口位置，以便对出入地下管廊的人员进行身份控制。当地下管廊检查人员在闸门外出示登记过的识别卡后，读卡器进行身份识别认证，智能门禁系统中的电子控制锁自动打开闸门，此时LED显示器会记录进入的时间与感应卡的身份信息。当地下管廊检查人员离开时，直接在门内触摸放行键，电子控制锁打开闸门，LED显示器记录离开时间。除了可以记录进入与离开时间外，LED显示器还可以实时显示地下管廊中风机、照明设备、排水泵等设备的运行数据，为检查人员、维修人员的工作提供数据依据。智能门禁系统可防止为授权人员进入地下管廊内。

　　2.5报警系统

　　地下管廊内包含多种可燃物，其中电缆、管线、光缆数量较多，一旦地下管廊中出现猛烈火灾，会造成重大的安全损失，报警系统包括传感器、5G监测基站、通信基站与测温光纤，在地上与地下监控终端安装火灾报警屏，通过光缆对出现的报警信息进行接收、显示，并对火灾发生的位置进行定位。火灾发生时，地下管廊中的报警器会马上发出报警声，监测终端调取火灾区域视频并传输到显示器上，火灾应急广播立刻播报报警信息，门禁系统自动开门放行，确保被困人员迅速撤离。自动灭火装置开启，成功灭火后，风机将地下管廊中的有害气体排出。报警系统结构如图2所示。

图2报警系统结构

　　报警系统建立过程中，施工部门要仔细审核、确认，按照建设成本的规定设置报警器，加大报警器数量的控制力度。

　　3 基于5G无线传感网络的智慧管廊综合信息管理平台

　　通过对环境监控子系统、设备监控子系统、视频监控子系统、智能门禁系统、报警系统进行集中综合管理，完成地下管廊的“智慧化"目标。信息管理平台包含大量的管廊信息，采用云计算、大数据、数据聚合技术，将智慧管廊综合信息管理平台中的传感器信息、环境监测信息、设备运行状态信息、火灾预警报警信息等统一进行分类汇总，在地下管廊的监控终端显示屏、传感器终端、移动智能设备上形成信息管理图像，从而实现对地下管廊的指挥、调度、管控与监控。智慧管廊综合信息管理平台主要包括以下几个需求：

　　首先，在监控终端能够显示所有的业务信息，为地下管廊的正常运行与生产调度提供数据依据，解决地下管廊中潜在的安全隐患。采用5G无线传感网络对管廊中的每个目标进行身份识别验证。利用5G技术对地下管廊进行位置确定、电量抄表、业务勘察、日常巡检等，将故障定位位置信息与监测终端显示的故障图像进行回传。为了对地下管廊进行维护，需要采用BIM等技术手段调用管廊中的大屏幕、监控显示器等设备，根据业务流程进行操作。通过搭建基于5G无线传感网络的智慧管廊综合信息管理平台，实现各个子系统的自动登录，建立不同账号，进行权限管理，可向其他系统提出申请，进行有针对性的日常保养维护，这样可以简化审批环节，提升工作效率。

　　4 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

　　4.1平台概述

　　AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

　　4.2平台组成

　　安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/0.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、有序的要求。

　　4.3平台拓扑

4.4平台子系统

　　4.4.1电力监控

　　电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。