5G無線網絡綜合監控系統在智慧管廊應用及設計

發布時間： 2023-01-06　　點擊次數： 921次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司

0引言

地下管廊是一個連續的隧道空間，該隧道具有電力、網絡、雨水、供熱等管線。同時，在地下管廊中，還設有通風口、檢修口與投料口，地下管廊相當于城市市政地下的一個“網絡系統"。在智慧城市建設過程中，引入5G網絡，結合安全管理和指揮管理，設置傳感器節點，利用設置的傳感器節點對數據進行感知和監測，并進行感知，無線傳感網絡可協助地下管廊進行綜合監測。

目前，隨著網絡設備與數據流量的急劇增加，我們已經開始使用5G移動通信技術。與4G技術相比，5G技術傳輸速率更高，整體性能更好，使地下管廊更加安全。此外，采用人工智能技術、大數據技術等建立地下管廊通風、排水等系統，并通過大數據技術建立地下管廊綜合監控管理平臺，通過該平臺收集地下管廊內的有毒氣體、水壓、氣壓等環境變量，并對這些環境變量進行分析與監測，一旦有毒氣體濃度超標或有其他危險情況發生時，能夠通過在線傳遞及時進行預警與處置，努力打造“智慧管廊"。本文在采用以上技術的基礎上，設計了基于5G無線傳感網絡的智慧管廊綜合監控系統。

1基于5G無線傳感網絡的智慧管廊綜合監控體系設計

我國建設地下管廊的時間較晚，與國外一些國家相比，無論在應用技術還是管理方式上都有較大的發展空間。近幾年來，我國多個城市對地下管廊進行了建設。設計的智慧管廊綜合系統中具有多條管線，包括供熱管線、電力管線、排水管線等。建設地下管廊時，需要盡可能減少各方面的安全隱患，一定要確保頂層區域與底層區域分離，兩者處在兩個界面上，使頂層區域與底層區域分開管理。底層區域具有多個功能，例如預警、位置定位、安全防范、環境監控等。頂層區域需要具有燃氣管理、電力生產管理、給水管理與供熱管理功能，底層區域將地下管廊的有毒氣體濃度信息、溫度信息、濕度信息等環境參數通過5G無線傳感網絡傳輸到頂層系統中，使底層系統與頂層系統間建立聯系。5G無線傳感網絡是智慧管廊綜合監控系統的基礎，它可以確保地下管廊底層系統與頂層系統的穩定性，使兩者可以穩定、可靠運行。

本文設計的監控系統方案較為簡單，建設單位應該根據智慧管廊的具體情況設計更為完整、準確、詳細的施工進度方案，該施工進度方案要明確施工準備工作、人員調配、施工設備的選擇等詳細內容，在實際建設過程中，要定期跟蹤進度，根據實際情況及時更新數據與內容，保證在合同規定的時間內完成智慧管廊的建設。

無線傳感器對地下管廊的監測范圍可達到80km，其設置在地下管廊的出口位置，這樣可以降低不可控因素對無線傳感器產生的影響。無線傳感器具有較高的計算能力，但傳輸性能較差，為了解決這一問題，在地下管廊中設置了中繼節點，以確保環境數據的順利傳輸。

2智慧管廊綜合監控系統

監控系統結構如圖1所示。

圖1監控系統結構

2.1環境監控子系統設計

環境監測子系統能夠監測周邊環境，在地下管廊的防火區域內，設置了通風口、人員進出口、逃生口；為了對地下管廊中的氧氣、甲烷、濕度、溫度等環境參數進行更有效的監測，環境子系統中設有監測傳感器，以此完成與風機、水泵的連接。監測傳感器監測的信號通過管線傳輸到控制監控系統內，通過5G無線網絡傳送到監控終端內。在監控終端的顯示屏上，將顯示通過監測傳感器監測到的各類環境參數數據，當溫度、濕度或甲烷等參數濃度數據超標時，監控中心人員將立即發送報警信息，并報告安全隱患位置，及時進行處置。

2.2設備監控子系統設計

采集地下管廊中的照明、風機、環境參數檢測儀、排水泵等設備的參數，采集完成后，通過遠程傳輸的方式實現對采集數據的傳輸，采集這些設備參數數據的原因是為電氣設備、照明設備、通風設備等儀器的穩定運行提供數據依據。通過5G基站發送的監控命令，根據采集的設備參數數據，對風機、照明設備等進行遠程監控，遠程控制排水泵與電氣等設備的開停。

2.3視頻監控子系統設計

通過地下管廊綜合系統的網絡攝像機來采集風機、照明設備、排水泵等的圖像信息，在經過監控系統的CPU處理后，可在監視器上顯示當前地下管廊各種設備的運行場景，在地下管廊中劃分出5G基站與防火區區域后，在出入口位置設置網絡攝像機，以便對進出地下管廊的人員進行監測.監測的視頻畫面通過監測器進行處理與顯示，從而實現對整個地下管廊的監控。

2.4智能門禁系統

智能門禁系統包括電子鎖、LED顯示器、讀卡器、識別器。智能門禁系統需要設置在地下管廊的出入口位置，以便對出入地下管廊的人員進行身份控制。當地下管廊檢查人員在閘門外出示登記過的識別卡后，讀卡器進行身份識別認證，智能門禁系統中的電子控制鎖自動打開閘門，此時LED顯示器會記錄進入的時間與感應卡的身份信息。當地下管廊檢查人員離開時，直接在門內觸摸放行鍵，電子控制鎖打開閘門，LED顯示器記錄離開時間。除了可以記錄進入與離開時間外，LED顯示器還可以實時顯示地下管廊中風機、照明設備、排水泵等設備的運行數據，為檢查人員、維修人員的工作提供數據依據。智能門禁系統可有效防止為授權人員進入地下管廊內。

2.5報警系統

地下管廊內包含多種可燃物，其中電纜、管線、光纜數量較多，一旦地下管廊中出現猛烈火災，會造成重大的安全損失，報警系統包括傳感器、5G監測基站、通信基站與測溫光纖，在地上與地下監控終端安裝火災報警屏，通過光纜對出現的報警信息進行接收、顯示，并對火災發生的位置進行定位。火災發生時，地下管廊中的報警器會馬上發出報警聲，監測終端調取火災區域視頻并傳輸到顯示器上，火災應急廣播立刻播報報警信息，門禁系統自動開門放行，確保被困人員迅速撤離。自動滅火裝置開啟，成功滅火后，風機將地下管廊中的有害氣體排出。報警系統結構如圖2所示。

圖2報警系統結構

報警系統建立過程中，施工部門要仔細審核、確認，按照建設成本的規定設置報警器，加大報警器數量的控制力度。

3 基于5G無線傳感網絡的智慧管廊綜合信息管理平臺

通過對環境監控子系統、設備監控子系統、視頻監控子系統、智能門禁系統、報警系統進行集中綜合管理，完成地下管廊的“智慧化"目標。信息管理平臺包含大量的管廊信息，采用云計算、大數據、數據聚合技術，將智慧管廊綜合信息管理平臺中的傳感器信息、環境監測信息、設備運行狀態信息、火災預警報警信息等統一進行分類匯總，在地下管廊的監控終端顯示屏、傳感器終端、移動智能設備上形成信息管理圖像，從而實現對地下管廊的指揮、調度、管控與監控。智慧管廊綜合信息管理平臺主要包括以下幾個需求：

首先，在監控終端能夠顯示所有的業務信息，為地下管廊的正常運行與生產調度提供數據依據，解決地下管廊中潛在的安全隱患。采用5G無線傳感網絡對管廊中的每個目標進行身份識別驗證。利用5G技術對地下管廊進行位置確定、電量抄表、業務勘察、日常巡檢等，將故障定位位置信息與監測終端顯示的故障圖像進行回傳。為了對地下管廊進行有效的維護，需要采用BIM等技術手段調用管廊中的大屏幕、監控顯示器等設備，根據業務流程進行操作。通過搭建基于5G無線傳感網絡的智慧管廊綜合信息管理平臺，實現各個子系統的自動登錄，建立不同賬號，進行權限管理，可向其他系統提出申請，進行有針對性的日常保養維護，這樣可以簡化審批環節，提升工作效率。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/0.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。