智慧管廊管理方案

智慧管廊运维管理方案郑州联睿电子科技有限公司 1 项目背景近年来，有关城市道路反复开挖的吐槽在网络上是随时可见。而这其实在全国各大城市来说，都是一个通病。针对长期存在的城市地下基础设施落后的突出问题，国务院总理李克强2015年主持召开国务院常务会议，部署推进城市地下综合管廊建设，扩大公共产品供给提高新型城镇化质量。会议指出要从我国国情出发，借鉴国际先进经验，在城市建造用于集中敷设电力、通信、广电、给排水、热力、燃气等市政管线的地下综合管廊，作为国家重点支持的民生工程。这是创新城市基础设施建设的重要举措，不仅可以逐步消除“马路拉链”、“空中蜘蛛网”等问题，用好地下空间资源，提高城市综合承载能力，满足民生之需，而且可以带动有效投资、增加公共产品供给，提升新型城镇化发展质量，打造经济发展新动力。地下综合管廊管线复杂，路径复杂，人工巡检、检修耗时耗力，为调高地下管廊的安全性和管理效率，联睿电子提出了基于室内定位技术的智慧管廊管理系统，实时定位管廊内人员，实时导航，智能预警，并为将来的大数据整合和分析提供关键的基础数据。2 方案介绍2.1 方案背景 实施环境：管廊工程实施的环境是一个狭长的地下管廊，如图2.1所示。一般管廊的尺寸为：宽3m，高3m。 人员定位管理系统需求：对管廊里的人员和设备进行实时精准定位，可结合室内导航算法，达到智能巡检，安全管理等目的。 门禁系统需求对管廊进出人员进行管理，可做辅助定位，结合其他系统达到非法闯入报警，统计人员数量等功能。 视频监控系统需求对管廊里的人员和设备进行实时监控管理，结合其他系统达到联动控制的目的。 应急广播通信系统需求对管廊里人员的应急广播管理，可实现分区广播、报警联动等功能，可通过求助终端一键呼叫到值班室。 安全环境监控与消防报警系统对管廊内环境进行监测，包括温湿度、氧气、有害气体、集水坑水位等传感器，结合消防报警系统，实现管廊的安全管理 三维管线系统基于BIM技术、二维码技术的信息化管理平台，以二维码技术为手段，显示每台设备的设备名称、作用、设备参数等信息反应在BIM3D模型上，。 安全监控中心可通过高清晰大屏幕查看各种信息，如现场监控信息、视频会议图像、3D地图、人员定位信息等。图2.1工程实施环境2.2 主要功能图2.2智慧管廊运维管廊系统图2.3系统功能架构1、人员定位：可在3D地图会上全局显示、分类显示人员的实时位置和时间；2、远程管理：在后台管理办公室内可以实时查看管廊内的状况；3、历史轨迹回放：查询人员的特定时间的历史位置和历史轨迹；4、分类管理：可根据标签属性对定位目标进行分类，方便管理；5、一键报警：标签集成的报警按钮和管廊里的求助终端，避免人员伤亡；6、视频联动：实时跟随人员移动，发生报警信息时，实时切换到报警页面；7、门禁联动：发生报警信息时，可根据报警等级使门禁自动断电打开；8、广播联动：在某个区域有报警信息时，将自动执行广播；9、风机、空调等控制：当现场环境到达临界点时将自动启动，也可在后台手动控制；10、人员调配：全局显示人员在地图上的分布情况，科学调配；11、三维展示：基于BIM技术，结合二维码与AR技术实现三维模型；12、路径导航：可在终端与后台显示二/三维路线规划；13、多样终端查询：支持多种移动终端查询和管理；14、二次开发：提供标准接口，支持二次开发，并可与视频监控等子系统联动。2.3 方案特点以计算机网络为基础、资源数字化、管理信息化为核心，通过信息交换和共享，将不同功能的系统，通过统一的信息平台实现集成，以形成具有信息汇集、资源共享及优化管理等综合功能的六系统一中心。 人员安全性实现各种突发现场、重大紧急事件、火灾发生实时联动报警、现场远程可视化及定位监控、同步指挥调度，同时充分挖掘和发挥以上系统协同作用，既实现安防从“事后控制”向“事前防范、事中制止”转变，提升安全程度和安全满意度 高可靠性具备极高的处理容错能力和平台容错设计，并能保证数据安全 系统管理以指挥中心信息管理、地理信息管理、大屏幕监控及显示、指挥调度为核心，提高管理效率、管理精度、管理力度 扩展性为了适应系统应用变化的需求，在设备硬件配置、软件规划设计等方面预留可扩展的空间。系统的硬件和软件具有多种可扩展性的解决方案3 门禁系统3.1 系统简介门禁就是出入口控制，在人进出重要通道的时候，进行适当级别的权限鉴别，以区分是否能通过的一种管理手段。采用基于以太网的数字式门禁系统，系统又称进出口管理系统，是对人员进出进行有效管理的系统。取代了传统烦琐的门卫工作，可实现高效率、高科技的现代管理。对持卡人的进出权限、允许进出的时间都可方便的统一进行管理，所有人员的进出详情、报警信息等资料实时反映到管理中心，并可对所有历史信息进行条件查询。图3.1门禁系统3.2 系统主要功能与特点1) 系统门禁道闸配备高清摄像机，具备自动识别人员、记录人员进出洞室时间、实时统计洞室内人员数量等功能；2) 系统具备准确记录人员的出入时间，识别出入人员所属单位、部门、职务等信息；3) 洞室门禁系统的各类识别装置、执行结构应保证操作的有效性和可靠性，具有防尾随措施，对非法闯入的行为，应发出报警信号；4) 系统具备和其他系统联动的功能，满足紧急逃生时人员疏散的相关要求。系统门禁执行机构应为断电开启模式；5) 系统具有分级授权功能，使不同级别的目标对各个出入口有不同的出入权限；6) 系统具备事件记录功能，能将出入事件、操作事件、报警事件等记录存储于系统的相关载体中，并能形成报表以备查看。时间记录包括时间、目标、位置、行为；7) 系统兼容性满足设备互换的要求，系统可扩展性满足扩容和集成的要求。4 视频监控系统4.1 系统简介视频监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的防范能力极强的综合性系统，管理部门可通过它获得有效数据、图像，对突发性异常事件的过程进行及时的监视和记忆，用以提供高效、及时地指挥和处理等。随着当前计算机应用的迅速发展和推广，全世界掀起了一股强大的数字化浪潮，各种设备数字化已成为安全防护的首要目标。数码监控报警的性能特点是：监控画面实时显示，录像图象质量单路调节功能，每路录像速度可分别设置，快速检索，多种录像方式设定功能，自动备份，云台/镜头控制功能，网络传输等。可与安全技术防范体系中的其他系统联动运行，使其防范的范围与能力也更加强大与智能。图4.1视频监控系统4.2 系统主要功能与特点1) 摄像机能根据系统设置进行自动调焦，预置位控制，巡航等功能；2) 图像采集、存储、监视及打印；3) 录像采集、存储、检索、回放及管理；4) 当监控点发生报警时，如火警、非法闯入、手动报警等，能自动推出关联的摄像机图像，同时启动数字录象机。图像监控工作站发出报警提示；5) 视频监控工作站具有前端布点电子地图功能，支持图片及GIS矢量电子地图格式。可以用鼠标或键盘击活每个布点，自动切换出相关联的摄像机图像；6) 可设置移动侦测区域，实现多区域移动侦测，当异常情况发生时，能自动跟踪监测物体，同时能自动报警、录像等；7) 报警的布防和撤防应包括报警点、报警设备类型、摄像机序号及联动动作等设置。所有报警点必须布防，系统能在报警信号发生时作出响应，可以根据需要在不同时段布防和撤防；8) 为应对伪装、非授权访问、抵赖、拒绝服务攻击、数据窃取、完整性破坏、病毒威胁，系统采取用户认证、权限管理、设备认证、数据加密、VPN、防火墙等措施进行防范；9) 具有很好的扩展性，可增加前端设备摄像机、监视器、视频监控工作站等；10) 具有二次开发、增加所需功能的能力。5 应急广播通信系统5.1 系统简介应急广播和通信系统是一套基于网络远程传输语音，它主要由系统服务器、桌面式对讲寻呼站、户外对讲求助终端等组成。服务器和桌面式对讲寻呼站主要设置在控制中心、监控值班室；紧急求助终端主要设置在的管廊内；监控中心的服务器与前端终端用网络进行通信和传输语音，组成一套可与监控、电脑、电话同网共用的应急对讲系统，提供了远程应急指挥、远程信息广播、报警录音等先进使用功能，可与公安110报警平台联网对接，实现联网报警视音频同步进行。 图5.1应急广播通信系统5.2 系统主要功能与特点1) 系统能按照IP广播通信服务器预先设置的播放列表，自动播放或停止播放录音或曲目；2) 系统应能在IP广播通信服务器上对单台、分区或全部IP广播通信终端进行播放曲目、播放时间、播放顺序、播放音量等的编辑下载；3) 控制中心调度员应能对IP广播通信终端用户进行对讲、广播通信、监听的功能；4) 系统内每台广播通信终端必须具有独立IP地址，任意两台终端之间、调度和终端之间均可相互对讲通话；5) 系统应具有紧急广播通信功能。调度员可在任何状态下对单台、分区或全部IP广播通信终端用户进行紧急广播通信。无论IP广播通信终端处于背景音乐播放、和其他广播通信终端对讲、收听其他广播通信终端讲话等状态，都能听到调度讲话，充分体现调度优先；6) 在广播通信服务器瘫痪的情况下，广播通信终端应仍能对讲通话；7) 系统具有呼叫转接托管、呼叫强切、呼叫提醒、语音对讲录音功能；8) 系统应具有自诊断和故障指示的功能；9) 系统应具有网络管理维护的功能，支持远程客户端管理；10) 系统应具有和报警联动功能。当收到联动信号即时可以自动播放预先录制好的数码语音广播。可与洞室门禁、人员定位及视频监控系统联动功能，预留多路联动接口以供扩展；11) 系统应支持SIP协议，可接入主流IPPBX/IMS平台，具有标准RJ45接口；12) 系统应具有二次开发接口（SDK），便于和其他系统集成。6 安全环境监控与消防报警系统6.1 系统简介安全监控系统主要涉及管廊内温度、湿度、火险、燃气、有毒气体、积水等的监测。通过相应的传感器和报警器，主机将采集到的数据通过网络发送至平台服务器，监管人员可实时查看辖区内管廊环境状况，根据设置的异常触发事件（如烟雾、积水等），可进行拍照上传，提前告知事故处理人员现场异常状况，便于做好相应的准备。服务器端可设置报警信息，当发生异常状况时，能够通过短信、微信或者邮箱的方式通知管理人员，提前处理现场事故，避免造成重大经济损失。消防系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。图6.1安全环境监控与消防系统图6.2安全环境监控与消防系统界面6.2 系统主要功能与特点1) 温湿度采集、氧气采集、有害气体采集、水位采集、烟雾报警等；2) 可以实现自动或者手动控制排水泵、风机、照明系统等；3) 当火灾报警时将自动或者手动启动相关的灭火装置；4) 能够和其他系统进行联动控制以达到更多的功能。7 三维管线系统7.1 系统简介基于BIM技术、二维码技术的信息化管理平台，以二维码技术为手段，显示每台设备的设备名称、作用、设备参数等信息反应在BIM3D模型上，利用BIM3D模型的直观性、可视化特点，有序高效地追踪、查询关键节点处的详细信息。完成管廊巡检系统工业化，管廊巡检方面的信息化管理。二维码技术是BIM信息管理平台中的重要应用技术之一。将“物联网”概念思维用于管廊巡检系统的建设中，即以二维码技术为手段，将各个设备的详细信息，集中体现在BIM信息化管理平台上，以供查询、管控每台设备。图7.1三维管线系统（全局）图7.2三维管线系统（局部）7.2 系统主要功能与特点1) 具有3D测量、3D实景等功能，结合VR眼睛可再现巡检人员巡检全过程，实时跟踪巡检情况；2) 管理人员通过后台服务器可通过三维管线地图全面监测和管理管线，可以随时查看管线的尺寸、颜色、管径、分布、长度、位置、阀门等参数信息，并能对管线系统中信息进行编辑更新；3) 工作人员佩戴定位标签，可根据导航提示至目标管线处，并能根据自身的位置查看周围各个方向角度的管线三维图，包括管线的位置、参数及状态，能及时地与后台进行沟通；4) 无需高配置电脑，可流畅浏览BIM模型，可通过平板将BIM带到现场，简单便捷地辅助项目现场管理；5) 运维巡检阶段，可通过扫描二维码调出对应设备的参数信息，生成此次巡检记录，拍照上传。8 人员定位管理系统8.1 系统介绍U-Loc室内厘米级实时定位系统是一款基于极窄脉冲超宽带（IR-UWB）技术，为有效解决室内、管廊、矿井、隧道等卫星信号无法覆盖区域的定位而开发的高精度实时定位产品。8.2 工作原理在U-Loc室内厘米级实时定位系统中，人员或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据，接收机接收、放大UWB信号，进行时钟校准，并将位置数据传至后台服务器。定位引擎计算出定位标签信号到达不同接收机的时间差（TDOA），然后采用TDOA等定位算法对标签位置进行解算，最终传输到信息处理及控制平台。8.3 系统组成图8.1 联睿U-Loc室内厘米级实时定位系统结构图U-Loc室内定位系统主要由三部分组成：1、定位传感网络，包括定位基站（Master和Slave）和定位标签（Tag）；2、局域网；3、定位信息处理平台。其系统结构图如图8.1所示。系统的各组成部分功能为： 定位标签（Tag）定位标签配置在待定位人员或设备上，用于发射超宽带定位信号。工作模式：休眠模式、激活模式。 休眠模式在目标长时间静止或无需定位时保持休眠，节省电量激活模式在需要定位时对目标进行实时定位 定位基站定位基站分为主基站（Master）和从基站（Slave），定位基站固定在已知位置，作为位置基准，用于接收标签发射的UWB信号，并通过网络传输层，将定位信息传至定位信息平台；主基站除具备从节点接收功能外，还向各从基站发射同步信号，使各个定位基站获得统一的时钟，以便获得标签发射的信号到达不同基站的时间差（TDOA）。 局域网用于定位传感网络和定位信息处理平台的联通，负责将定位传感网络获得的标签的位置信息传送给信息处理平台。 定位信息处理平台定位信息处理平台通过优化的TDOA定位算法，解算出标签的实时位置及运动轨迹：可精准快速地进行小区同步和全局同步；采用时隙划分、优化碰撞等算法，大幅度提高系统的容量、稳定性和实时性；同时配置定位基站和定位标签的工作参数。U-Loc定位系统可以实现无缝蜂窝连接，将定位空间无限扩展，定位标签可以在各个单元自由行走，通过定位平台软件分析，将定位目标真实地以虚拟动态实时显示出来，如图8.2所示。图8.2 定位信息处理平台定位标签位置的轨迹显示8.4 系统流程U-Loc室内厘米实时定位系统的工作流程是：在示范区域内架设基站，为需定位的设备、物品以及人员配置定位标签，定位标签通过定位基站将实时定位数据传回后台服务中心，后台服务中心通过优化的高精度定位算法，解算出设备和人员精确的实时位置信息及运动轨迹，并将位置信息在室内地图上显示，实现实时高精度定位，为室内导航路径规划、重点区域的巡查提供精确的参考基准点。图8.3 U-Loc系统工作流程8.5 系统功能U-Loc室内厘米级实时定位系统具有传输速率高、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、定位精度高、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点。因此，采用U-Loc室内厘米级实时定位系统进行人员和设备定位将会展现出现有定位产品所无法达到的效果与功能。其主要功能如下: 多模式定位：支持多种模式，包括0维（粗略模式），1维（流水线/走廊配置），2维（精确平面定位），2.5维（精确平面定位加上楼层区域信息）和3维。图8.4 多模式定位 精准定位：采用先进的IR-UWB定位技术，在室内可达到10cm-15cm的定位精度。 实时定位：0.1Hz-50Hz可调的刷新速率，确保位置实时更新。 全局显示：可在后台电子地图中全局化显示和查询区域内所有目标的位置。 轨迹显示：记录待定位人员的运动轨迹，显示不同的颜色，便于人员分类管理。 分类跟踪：对于不同目标，可配置不同等级的标签以作区别，达到更大限度的定位需求，使后台管理更加便利、完善。 历史数据查询：可回放查询历史时刻或时间段目标的位置、轨迹、停留时间等信息。 安全区域报警：后台可划分定位区域内安全区电子围栏、警报区和禁区电子围栏等不同级别和类型的区域，目标一旦进入便触发相应级别的报警。 终端多样化：管理人员可通过手机端APP、平板电脑APP、后台APP进行实时移动查询。8.6 技术指标U-Loc室内厘米级实时定位系统的技术指标如下： 定位精度：10-15cm 频率范围：3.1GHz7.0GHz （中心频率可调） 带宽： 500MHz、1GHz (可调) 比特率： 110Kbps、850Kbps、6.81Mbps 发射功率谱密度：-41.3dBm/MHz 每个标签具有全球唯一的64位电子编码，可用于标识人员或物体 支持0.1-50Hz多种刷新速率 标签容量：和位置刷新速率有关，在5个基站单位区间内每秒刷新一次时，可同时追踪2000+个标签信号（刷新速率越高，容量越小）。 作用距离：单基站作用距离为35-300m（设备不同）。8.7 系统优势和传统的室内定位技术相比，U-Loc室内厘米级实时定位系统主要有以下几个优势：1) 高实时性基于IR-UWB技术的无线实时高精度定位平台，依靠由多个强大的数据采集传感器组成的集成网络来即时发送信号，相当于室内的GPS，更精准，动态地告诉你“现在正在发生什么”。2) 厘米级定位精度优化的定位算法，保证在室内等多径效应显著的应用场合的高精度定位，能够同步、精准、实时地提供给定区域内的人员和设备的瞬间位置和运动信息，便于管理者直观、全局化地把握现场情况，从而做出决策。 3) 强抗多径干扰能力U-Loc系统采用超宽带（UWB）技术，利用无载波的超短脉冲进行通信，纳秒级的极窄脉冲具有较高的时间分辨率，能将直达信号和多径信号分离，具有较强的抗多径干扰能力。4) 高稳定性极窄脉冲间的时隙容易识别，结合到达时间差定位法（TDOA）定位目标，与基于接收信号强度的传统定位技术相比，对应用环境的电磁、物理干扰不敏感，能够实现较高的定位精度。5) 布设简便自组网的无线连接架构，使系统部署更简单、稳定可靠。6) 高安全性辐射极小，不到手机辐射的1%。8.8 硬件设备工作频段:3.1GHz7.0GHz供电方式:POE或DC9V-DC36V安全性能:防水，防浪涌，抗电磁干扰工作温度:-4085存储温度:-4595工作湿度:小于85%功 耗:5W作用范围:单基站覆盖范围为35150m是否支持扩展:支持（灵活组网）产品功能:实时时钟同步 精确时间获取时间数据上传 Console命令配置远程参数配置 灵活数据长传方式 可扩展PA模块 基站数据一键配置尺 寸:205mm205mm100mm8.8.1 定位基站U-BASE310W产品名称:定位标签工作频段:超宽带3.1GHz7.0GHz供电方式:可充电锂电池工作温度:-2060存储温度:-2060工作湿度:小于85%续航能力:4个月(1Hz刷新频率)尺 寸:57mm37mm14mm8.8.2 定位标签U-TAG2209 应用案例9.1 厦门智慧管廊管理系统 厦门是人口、建筑高密集型城市，同时也是台风多发地区。因此管廊建设利用地下空间的高防护性，结合智能化运营管理，可有效保