窨井无线安防监控管理系统设计方案.doc

城市窨井无线安防监控管理系统解决方案 2014年6月4日目 录第一章.项目概述11.1窨井盖防盗问题11.2窨井盖防盗现状2第二章 系统总体方案设计32.1总体方案32.2系统组成32.3组网方案42.4巡查人员监管系统62.5系统运行过程72.6系统主要性能82.7本方案系统优势9第三章 综合管理软件平台113.1 概述113.2 平台登录123.3 主界面应用键功能说明133.4 报警与处警153.5 数据库信息的导出16第四章 窨井安防报警装置184.1窨井盖无线防盗报警器184.3 窨井盖防盗报警传感器194.4 井盖报警器的环境监测功能194.5井盖报警器的自动故障监测204.6井盖报警器的无线遥控20第一章.项目概述1.1窨井盖防盗问题 市区各种地下管道及线缆是现代城市的重要基础设施，而人井是地下设施进行建设和维护的入口，也是盗窃破坏案件发生的场所，尤其是地下电力电缆、路灯电缆和通信电缆及其窨井盖设施历来是盗窃分子觊觎的重要目标之一，同时，窨井盖被盗形成的“马路黑洞”，经常造成人员伤亡和车辆事故，由此引发的投诉事件令市政管理人员倍感头疼，也给社会带来了越来越多的不和谐因素，已经到了非解决不可的问题。 为此，住建部在去年4月20日专门下发了“关于进一步加强城市窨井盖安全管理的通知”，要求“到2014年底前，完成设市城市建成区范围内窨井盖隐患整改工作，提高窨井盖安全保障能力。” 本系统作为“智慧城市”公共安全领域的重要组成部分，旨在提供窨井安防监控管理系统的整体解决方案，满足住建部的要求，“彻底实行窨井盖的数字化管理，将窨井盖安全管理和档案资料纳入到数字化城管工作中，依托数字城管平台，加快推进窨井盖安全管理的信息化建设，调动力量，发挥人防技防的作用，统筹监管窨井盖安全”。目前窨井盖缺失的原因有：一是窨井盖被盗，而且越来越严重，是窨井盖缺失的最主要原因；二是施工或检修漏盖；三是车辆压毁等其它原因。1.2窨井盖防盗现状由于窨井盖问题越来越突出，各城市在窨井盖防护上采取了各式各样的措施，主要分为两种类型：一种是安装机械锁具；另一种是安装防盗报警装置。 1、加装机械锁或电子锁窨井盖加装机械锁是比较常见的防盗方法，也有使用电子锁或电动锁的，但对于强力破坏偷盗行为无能为力。2、加装井盖防盗报警器 1）窨井盖有线防盗报警器这种方案可以马上得之窨井盖被盗事件的发生，比以往单纯机械锁的防盗手段具有明显的优势。但由于窨井盖分布广的特点和技术上的局限，实际使用中存在如下问题：1 必须沿井下管道另外敷设电缆将监控室主机与各个窨井盖报警器相连接，线缆成本和安装施工费用太高；2 由于窨井一般是长距离直线分布，一旦中途出现任一点电缆故障就会使故障点后面的报警器失去作用； 有线报警器采用电缆供电，由于窨井长距离直线分布和供电距离的限制，需要在沿途设置许多供电装置，造成施工和维护成本的增加； 2) 窨井盖无线防盗报警器 窨井盖报警器通过无线通信方式向监控中心发送报警信息。由于金属窨井盖的屏蔽问题，一般都是采用有线与无线相结合的方案。即通过有线电缆将多个窨井盖报警器或传感器连接到路边主机上，再通过无线网络与监控中心通信。这是为了解决窨井盖对无线信号的屏蔽问题所采取的折中措施。这种方案必须在窨井盖周围破土布线，不但使施工费用增加，而且在市区往往难以实施。 第二章 系统总体方案设计2.1总体方案针对城市窨井种类多、数量大、分布广，以及被盗严重和检修频繁的特点，我们采取窨井盖防盗和窨井资源管理并重的总体解决方案。通过窨井盖报警系统、维护人员定位跟踪系统和窨井资源地理信息系统（GIS），组成三位一体的窨井安防监控管理系统总体解决方案。窨井盖的机械锁和无线防盗报警器与监控中心的接警软件组成窨井盖防盗报警系统；本方案配备有GPS卫星定位系统，通过为窨井维护人员（或车辆）配备的GPS卫星定位终端，随时掌握维护人员的工作位置，有效地监督维护人员及时处理问题窨井盖。电子地图地理信息系统（GIS）实现对所有窨井资源数据的存储、查询、共享和及时更新，并将报警信息与窨井资源管理系统有机地衔接，实现对窨井盖的被盗报警和检修报告等事件及时接报、快速定位、高效处理的信息化管理。2.2系统组成根据城市窨井的分布特点，本系统采用星形网络拓扑结构。以监控室为中心，通过无线通信网络与窨井盖报警器和维护人员携带的定位器实现相关信息的通信。参见图1。本系统的监控室可以分级设置。可以设监控中心和监控分中心，通过单位内部的局域网或外部的互联网实现信息共享。监控中心主要由接警工作站、维护人员定位工作站、数据库服务器、网络通信服务器以及相关管理软件组成。监控中心通过人井报警监控管理软件和维护人员定位跟踪管理软件实现接收现场窨井盖报警设备和跟踪定位器发来的各类信息和向现场设备发送指令；同时结合窨井资源管理系统(电子地图地理信息系统资源管理软件)对上述各类信息和任务指令进行存储、显示和综合分析处理，为城管部门提供有力的技术支撑。图1 窨井安防监控系统组成示意图无线通信 网络监控分中心 监控中心人员定位人员定位防盗报警 窨井盖报警器机械锁防盗报警 窨井盖报警器机械锁2.3组网方案针对城市各种窨井量大面广、室外全天候环境及成本的考虑，基于众所周知的理由，我们采用无线通信方式实现窨井盖报警等状态信息的传输。目前无线通信的组网方式主要有两种，即无线公网和无线专网。无线公网一般是指GSM/GPRS/CDMA等无线移动网络；无线专网是指由用户自己建设的网络。无线公网具有投资少，建设周期短的优点，但需要占用移动运营商的卡号资源和缴纳一定的服务费；无线专网一次性投资大，建设周期长，但一次性投入，长期受益。为避免重复投资，无线专网宜由政府统一规划，首先建设覆盖整个城区的物联网无线覆盖，可广泛用于路灯控制、窨井盖报警、信息发布、环保监测等市政设施的管理与服务。基于以上的理由，考虑到城市窨井盖的专项防盗报警用途，我们采用无线公网与无线专网相结合的组网方案。 具体方案为，首先在一定区域内建立无线专网，每个井盖的报警信息通过这个无线专网传输到无线网关，无线网关再通过GSM或GPRS无线公网传输到监控中心（图2）。每个局域无线专网一般可以覆盖几十个到几百个井盖报警器通信。 无线网关通过太阳能电池供电，便于安装。 这种组网方式的优点是只用少量的无线网关，占用很少的SIM卡号资源；由于市区建筑物等环境的影响，各个专网的覆盖范围需要实际测试确定。GSM/GPRS/CDMA 无线公网手机接警监控分中心监控中心无线网关手机监控 井盖报警器无线专网图2 窨井安防系统无线公网与无线专网相结合组网示意图井盖报警器与无线网关之间通过链路层和网络层通信协议实现数据通信，每个井盖通过6位阿拉伯数字进行编号,从000000到999999，即最多可以监管100万个井盖。本系统设计的校验码和自动重发机制保证了信息传输的可靠性。无线网关兼容移动公网的GSM短信通道和GPRS /CDMA上网数据通道。考虑到窨井盖报警信息量极小，我们采用GSM短信传输的方案。短信方式与GPRS/CDMA上网传输相比，具有报警反应快、服务费用较低等优点。2.4巡查人员监管系统图3.便携式人员跟踪定位器值班人员接警后会指示最近的维护人员迅速赶往事件现场，抓获违法分子并及时修复问题井盖。GPS卫星定位跟踪系统通过维护人员佩带的定位器（图3）和监控中心的GPS卫星定位监控软件，监督考评维护人员对问题井盖处理的进程和效果。监控中心安装的卫星定位监控软件，可在电子地图上随时掌握各个维护人员的实时位置，并自动将各维护人员的行动路线存储到数据库中以备日后查询。电子地图定位软件具有如下基本功能： 自动显示巡查人员的地理位置，存储和记录其行动路线； 自动接收、记录和显示对维护人员的通话、报警等操作处理过程； 建有对维护人员的调度、管理动态数据库； 对偏离预定路线的维护人员自动报警提示，并在电子地图上显示其方位和状态； 电子地图可实现放大、缩小、平移、漫游、测距、目标查询、打印等操作。便携式跟踪定位器的主要功能：1 发送GPS卫星定位的经纬度数据信息； 一键接通与监控室的专线双向通话； 自动接听监控室喊话； 按键紧急报警。2.5系统运行过程窨井盖由机械锁和无线防盗报警器组成两级防盗保障。系统工作过程如下：1、机械锁防盗机械锁保证非工作人员不能通过开锁打开窨井盖。2、窨井盖被盗报警人为非法通过外力强制撬开窨井盖时，窨井盖防盗报警器及时向监控中心发出报警信息，并告知被盗窨井盖的被盗时间和窨井盖状态（开锁或闭锁）。值班人员接到平台的提醒，按预定方案迅速采取相应处理措施。3、窨井盖开锁报告当窨井盖机械锁被打开时，报警器向监控中心发送开锁报告，接警中心核对是否属于已报批的合法检修工作，如属于正常检修，则指令报警器进入撤防状态；否则指令报警器仍处于常规设防状态。检修完毕，检修人员应通过遥控器控制窨井盖报警器恢复到正常设防状态。4、监控软件接警监控中心的短信收发器接收报警短信，同时接警软件界面显示和储存报警内容并出现声光报警提示对话框。5、值班人员处理值班人员点击对话框接警，则在电子地图上有红色箭头直接指向报警井盖的准确地理位置；通过点击该位置窨井盖图标，可读取该窨井盖的归属单位、用途、名称、编号、负责人、联系方式等档案信息；确认报警事件性质后，值班人员可通过GPS定位电子地图，了解维护人员的位置，通知最近的维护人员迅速赶往该报警井盖现场，抓获不法分子，并尽快修复窨井盖。维护人员可随时与监控室通话或快速发送情况异常报警信息。值班人员可通过GPS定位电子地图跟踪监督维护人员的执行情况。监控管理软件和维护人员定位软件自动记录整个事件的处理过程，以备事后查询。 2.6系统主要性能2.6.1系统主要功能1、窨井盖防盗机械锁功能；2、窨井盖无线防盗报警功能； 3、维护人员跟踪定位功能；4、窨井资源地理信息系统综合管理功能。2.6.2窨井盖无线防盗报警器主要功能1、窨井盖被盗报警采用自主研制的倾斜传感器，可靠而无漏报地将窨井盖被盗事件发送到接警监控中心，并且完全杜绝误报现象。2、电池欠压预警电池在容量将要耗尽时，会自动向监控中心发送欠压预警信息。这个预警提前量可以预先设定，比如提前10到30天，以保证电池更换时间。3、环境参数超限报警本方案提供的井盖无线防盗报警器除了井盖被盗报警以外，本身还设计有水位、温湿度、有害气体等环境参数的超限报警功能，并且各种环境参数监测传感器与报警器之间采用无线传输方式，仍然保持了报警器无任何外部连线的优点，大大减少了现场施工费用和降低了恶劣环境下的故障率。4、定期报告工作状态对于安装到现场的报警器，我们需要了解报警器的工作状态是否正常。所以在长期没有报警事件发生时，报警器会定时周期地向监控中心发送工作状态正常的报告。这个报告周期可以从一天到十五天之间预先设定，报警器出厂时默认为每两天报告一次。5、窨井盖机械锁开闭监测报告对于加有机械锁的窨井盖，报警器随时监测锁的开闭状态。当窨井盖锁被打开时，立即向监控中心报告，监控中心核对是否属于已报批的正常施工或检修，以确定是否属于合法开锁。6、窨井盖报警器的遥控布防与撤防窨井盖报警器的现场布防或撤防功能有两个用途： 运输和安装过程中的的撤防与设防窨井盖报警器在运输和安装过程中，可以通过遥控器控制井盖报警器撤防，以免在工作过程中不断发生报警信息；安装完毕，盖上窨井盖后，可通过遥控器控制窨井盖报警器恢复到正常设防状态。 正常检修操作检修人员向监控中心提交的检修报告报批后，可以在现场通过无线遥控器控制窨井盖报警器撤防，即掀动窨井盖时不会发出报警信息。检修完毕后，检修人员再通过遥控器控制井盖报警器恢复到正常布防状态。2.6.3系统主要技术指标1、 井盖倾斜报警角度：10-50度可调；2、 井盖位移报警距离：0.5-5米可调；3、 井盖报警器响应时间：不大于5秒；4、 遥控器遥控距离：1-10米可调；5、 窨井盖报警器工作环境：温度：-30-60；6、 水位监测精度：1cm；7、 井盖报警器防护等级：IP68；8、 GPS跟踪定位精度：平均15米；9、 井盖报警器电池更换周期：两年以上； 10、 管理平台动态数据处理能力：百万级。 2.7本方案系统优势2.7.1整体解决方案针对城市窨井种类多、数量大、分布广，以及被盗严重和检修频繁的特点，我们采取窨井盖防盗和窨井资源管理并重的总体解决方案。整个系统由窨井盖防盗报警器、窨井环境参数监测装置、窨井资源管理系统以及无线通信网络组构成，形成完整的窨井安防监控管理系统。2.7.2窨井资源综合监管平台以往的防盗报警监控软件都是独立运行的。这无疑是可行的，但显得单调不直观。尤其是当报警终端数量很大时很难通过值班人员的记忆立即准确确定报警现场的具体位置，需要查询数据库文件才能确认。本方案提供的“窨井安防监控管理平台”，将报警监控软件与电子地图地理信息系统有机地整合在一起，使得所有终端信息都能在电子地图上与窨井的地理位置建立关联，接警后会立即在电子地图上跳到报警窨井盖的准确地理位置，具有快速定位、直观显示、高效处理的优势。2.7.3彻底解决窨井盖无线屏蔽问题利用自主知识产权的专利技术，彻底解决了金属窨井盖对无线报警器的无线信号的屏蔽难题。可以通过无线通信方式传输报警信息。2.7.4完善的报警功能本方案提供的窨井盖无线防盗报警器具有被盗报警、电池欠压预警、非法开锁报警、环境参数超限报警、自动故障检测等功能。2.7.5完全杜绝误报本方案提供的倾角传感器，只有当窨井盖被撬开一定的角度时才会发送报警信号。这个倾角值可以调节和预先设定。设计和现场使用都表明，完全杜绝了误报的发生。2.7.6超低功耗设计超低功耗设计的报警器，采用一次性锂电池供电，理论上可连续工作八年，考虑到电池的效率以及室外全天候的现场环境以及其它不确定因素的影响，工程上可将电池的更换周期定为两年以上。 2.7.7报警器的无线遥控功能本系统提供的报警器无线遥控器，解决了报警器在调试、储存、运输、安装，以及对井盖的现场检修维护等过程中，不打开报警器就无法对其进行设防、撤防，以及功能参数的设置的问题。2.7.8 结构简单安装方便由于城市窨井盖数量大，分布范围广，对现场安装费用敏感，因此应尽量减少现场安装工作量。我们提供的窨井盖无线报警器体积只有86*66*36毫米的密封壳体，直接固定于窨井盖底面即可。井盖被盗传感器和天线等都在壳体内部，无任何外部连线，井盖和报警器可在车间内完成安装，到现场盖到井圈上即可，不增加现场施工成本。 第三章 综合管理软件平台3.1 概述对于城市中量大面广，种类繁多的窨井，实践证明，为了彻底解决窨井安防问题，不但要解决窨井盖缺失问题，还要对数量庞大的窨井盖、井下设施和管道等资源的增加、更新、检修、维护、缺失等静态和动态信息进行数字化、信息化、自动化和智能化的统一监控管理，实现对窨井资源的录入、分类、共享、检索和查询等的高效处理。本方案提供的“云计算物联网综合管理平台”（图4），将报警监控软件与电子地图地理信息系统有机地整合在一起，对各个窨井的位置、归属单位、用途、环境特点、负责人及联系方式、井下设施等资源建立窨井资源数据库，与电子地图的地理位置相关联，从而实现对大量窨井设施资源的快速录入、查询、检索等可视化管理，具有快速定位、直观显示、高效处理的优势。监控中心通过窨井监控管理软件实现接收现场窨井盖报警设备和维护人员跟踪定位器发来的各类信息和向现场设备发送指令。同时结合窨井资源管理系统对上述各类信息和任务指令进行存储、显示和综合分析处理，实现对窨井资源的全方位管理。对监控室的使用人员来讲，系统的接警与处理都是在电子地图窗口平台上显示和操作的。图4 百万级物联网综合管理平台3.2 平台登录 1、安装窨井安防监控管理系统客户端软件。 2、点击客户端软件，进入登录界面： 输入用户名及密码后，点击登录，进入客户端主界面：3.3 主界面应用键功能说明 主界面右侧为下图所示的应用键区。地图键。点击后，在主界面中题图位置显示默认区域地图。报警器设备信息键。点击后，如下图列表显示系统中报警器设备的相关信息： 点击其中的，进入设备添加，可以录入新的设备信息： 截图按键。用于截取设备当前位置的图片。 设备历史坐标查询键。点击后，如下图以列表形式显示或查询报警器编号及对应的安装位置。 窗口隐藏键。点击后，用于隐藏地图下面信息内容窗口，方便最大化显示地图。 接收信息查询键。 点击后用于查询平台已接收的信息内容。 3.4 报警与处警 “报警提示窗口”：通过红色警灯的声光显示，提醒值班人员接警。点击红色警灯，则“报警提示窗口”改变为下图所示状态：同时，在下面的“信息内容窗口”显示报警信息内容：再点击其中的按钮，即如下图在电子地图上显示该报警器的地理位置；同时，在主界面上面如下图所示的“报警设备信息窗口”中出现当前报警设备的档案信息。如果点击“报警提示窗口”中的按键，可以同时接受当前所有报警信息。3.5 数据库信息的导出1、“数据库查询”与“历史信息”窗口在该窗口中输入报警设备编号和选定查询日期，点击“查询”按钮，在下面的“历史信息”窗口中如下图显示该设备在选定时间内所发送的所有报警和状态报告信息内容。2、点击下面的按钮，出现以下对话框：点击“打开”，可以查看，点击“保存”，可以以Excel表格列表形式存储。 “天气定制窗口”该窗口显示当前地图城市的近三天天气预报。点击【定制城市】，可以显示选定城市的天气预报。 第四章 窨井安防报警装置 4.1窨井盖无线防盗报警器窨井盖防盗报警器(图5)主要由窨井盖被盗传感器、报警主控板、无线通信模块和供电电池等部分组成。它将盗动窨井盖时引起的倾斜移动、井锁的开闭状态、电池欠压、温湿度超限等状态信息通过无线网络及时传送到监控中心，自动在电子地图上显示报警窨井盖的名称、地点、所属单位、负责人、联系方式、报警时间等相关信息，并通过声光提示提醒值班人员迅速采取相应的处理措施。图5 窨井盖无线防盗报警器和遥控器 4.2 完善的报警功能 井盖防盗报警器是窨井安防监控管理系统中的关键设备，根据用户需求，我本方案提供的窨井盖无线防盗报警器具有如下功能： 1、井盖被盗报警 采用自主研制的倾斜传感器和位移传感器，报警角度和位移距离可调，并且完全杜绝了误报现象，可靠而无漏报地将井盖被盗事件发送到接警监控中心。 2、电池欠压预警电池在容量将要耗尽时，会自动向监控中心发送欠压预警信息。这个预警提前量可以预先设定，比如提前10到15天。保证电池更换时间。 3、窨井环境参数超限报警 根据用户需要，井盖报警器可以增加温湿度、水位、有害气体等环境参数的超限报警功能，报警器本身已经具有此项功能。 4、井盖被盗后的跟踪定位（可选项） 井盖报警器具有GPS定位功能，可以在井盖被盗后掌握井盖的位置，以利于抓获不法分子。报警器具有两种定位功能，一种是GPS卫星定位，定位精度在10-20米左右；另一种是移动通信的基站定位，定位精度取决于基站的分布，一般在100米以上。 4.3 窨井盖防盗报警传感器井盖防盗报警器具有倾斜和位移两种报警方式，目前市场上的位移传感器、震动传感器等成本高、工作电流大，同时需要外部连线，无法满足实际使用要求。我们自主研制的零功耗倾角传感器可以安装在报警器内部，位移传感器与报警器无线连接，结构简单，安装方便，并且完全杜绝了误报的发生。倾斜传感器的角度可以根据要求从10度到50度之间预先调节；位移传感器可以在0.5-5米内预先设定。 4.4 井盖报警器的环境监测功能本方案提供的井盖无线防盗报警器除了井盖被盗报警以外，本身还设计有水位、温湿度、有害气体等环境参数的超限报警扩展应用功能，并且各种环境参数监测传感器与报警器之间采用无线传输超限报警信息，仍然保持了报警器无任何外部连线的优点，大大减少了现场施工费用和降低了恶劣环境下的故障率。1、窨井水位超限报警井盖报警器本身具有井下积水监测功能。通过水位监测传感器监测井下积水，当积水超过预定的高度时，自动通过井盖报警器发送水位超限报警信息。根据窨井的重要程度，可以设定几个超限高度值。水位传感器与报警器之间采用无线传输超限报警信息 2、窨井环境温湿度超限报警 通过增设温湿度传感器，井盖报警器可以监测窨井内的环境温湿度，当温湿度超过预定的值时，会自动通过井盖报警器发送温湿度超限报警信息。根据窨井的重要程度，可以设定几个超限值。温湿度传感器与报警器之间采用无线传输超限报警信息 4.5井盖报警器的自动故障监测对于长期没有发生报警事件，安装到现场的报警器，我们需要了解报警器的工作状态是否正常。本方案设计的井盖报警器，会定时周期地向监控中心发送工作状态正常的报告，这个报告周期可以从一天到十五天之间预先设定，报警器出厂时默认为每两天报告一次。如果在这个周期内没有发生状态报告，则报警器可能发生故障，值班人员会通知维护人员到现场查看和检修，及时发现和排除故障。由于金属井盖对电磁场的屏蔽作用，安装在井盖下面的报警器无法通过无线信号将报警信息传输出来，所以对于金属窨井盖，首先要解决其对无线信号的屏蔽问题。本方案基于时变电磁场理论，利用自有专利技术设计的窨井盖缝隙天线，彻底解决了