智慧管廊综合监控系统技术研究.pdf

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1、中铁四局集团有限公司汇报人：唐世龙汇报人：唐世龙目 录Contents0 1 工 程 概 述0 2 主 要 研 究 内 容 和 关 键 技 术0 3 研 发 理 念、总 体 方 案 和 技 术 路 线0 4 主 要 研 究 成 果 和 创 新 点0 5 经 济 和 社 会 效 益工程概述工程概述 管廊综合监控系统就是利用计算机信息、网络通信、自动化控制、遥感、地理信息、大数据分析技术等对管廊廊体、管线、附属设施（消防、通风、排水、供配电、照明、综合监控、标识）进行实时监控、故障报警、统计分析，对管廊运营进行数字化、智能化管理的一套系统。在这一系统内通过资源共享和信息资源共享和信息互通互通，实现

2、管廊中各子系统的联动和快速响应联动和快速响应，提高管廊运营管理的服务质量和效率。1.1监控系统的定义一、工程概述 一、工程概述1.2 项目研究背景管线需求增加城市不断扩容，对供电、供气、供水、供热、排污等能力的要求逐步提高存 在 问 题城市病困扰管线分布杂乱影响城市形象，存在“空中蛛网”乱象安全隐患大管线泄露爆炸、大雨内涝全城“观海”、路面塌陷事件频发，影响生产生活及市民生命财产安全管 线 管 理 能 力 低敷设、维修困难，马路频繁开挖，影响市民出行及路容完整及美观。一、工程概述1.3 项目研究意义城 市 生 命 线通信环控消防安防运维照明电气通风排污系 统 综 合 性 强、设 备 分 布 广

3、、管 辖 范 围 大异构性综合性技术体系不一、采用标准各异，各子系统之间难以兼容互通 需考虑环境监测、设备监管、通信联络、地理信息等基本功能需求 需要设计事故预警、报警等安全监控功能 需要对各种配套设施的联动进行规划设计 国外现状利用数据库、Web、GIS、互联网等技术及云计算、数据挖掘等数据处理方式国内现状简单试点阶段，仅具有简单的信息化、自动化一、工程概述1.4 国内外研究现状 2155管 廊 大 厦占 地 面 积28.44km1 1 条 管 廊总 长6.99亿机 电 项 目投 资1.5 景德镇管廊综合监控系统工程概况一、工程概述2.4亿综 合 监 控系 统 投 资2017.07开 工 时

4、 间2018.12竣 工 时 间 综合监控平台监控中心廊内监控系统弱电机房数据机房添加文本一、工程概述1.5 景德镇管廊综合监控系统工程概况监控大厅 一、工程概述1.5 景德镇管廊综合监控系统工程概况 一、工程概述1.5 景德镇管廊综合监控系统工程概况景德镇管廊监控系统是一个景德镇管廊监控系统是一个分布式异构分布式异构系统系统，他不仅包含了多个结构和功能各异的子系统，他不仅包含了多个结构和功能各异的子系统，且这些子系统分布在不同的地理空间，通过有线且这些子系统分布在不同的地理空间，通过有线或无线的通信方式相互协调工作。同时，它也是或无线的通信方式相互协调工作。同时，它也是物理过程和计算过程的物

5、理过程和计算过程的集成系统集成系统，是维修人员通，是维修人员通过软件系统包含的数字世界和机械设备与物理世过软件系统包含的数字世界和机械设备与物理世界进行交互的媒介。界进行交互的媒介。主要研究内容主要研究内容与关键技术与关键技术 l2.研究了基于增强型嵌入式微处理器的地下管廊自学习雾计算区域决策子系统，建立环境感知驱动的地下管廊安全增强现实系统架构和复杂应用场景下区域多对象、多节点的自适应自组织策略与机制。保证了管廊控制系统的及时响应和快速决策n1.针对景德镇管廊规模大、场景复杂等特点，应用嵌入式微处理器、PLC、传感器和通讯模块，设计了基于循环神经网络边缘计算和压缩感知的智能感知节点，实现了管

6、廊设备、环境和安全等各类信息的全面感知二、主要研究内容及关键技术2.1 主要研究内容 二、主要研究内容及关键技术2.1 主要研究内容3.构建了有线和无线、广域与局域、窄带与宽带、专网与公网并存的多模态异构融合的地下管廊多元自组网通信系统，保障了环境、设备、安全、消防等参数和音视频等各类信息的安全、快速、可靠传输 4.突破了数据驱动的地下管廊“环境、设备、安全”实时融合、集成可视化和自适应交互技术，实现了管廊环境、设备、安全、消防、通风、照明等多系统的互联互动，保障了管廊的可靠运行n地下管廊场景建模具有多维性、动态性。一方面，建模的数据源具有多维性、动态性。另一方面，管廊场景建模对象是多维、动态

7、的。n因此，项目组提出了面向提醒、报警、推荐、评价的安全规则知识的时序组织方法，建立了复杂应用场景下多对象的自适应组织策略与机制。保障了管廊的可靠运行。二、主要研究内容及关键技术2.1 主要研究内容 二、主要研究内容及关键技术2.1 主要研究内容5.设计了基于GIS+BIM深度融合的管廊大数据智慧化集成平台，应用云计算和混合计算等技术，实现了数据驾驶舱和管廊智能巡航巡检、环境与设备状态、预警与报警等三维可视化全方位监视、全生命周期管理、管廊全局控制和移动端监控，保障了管廊的安全高效运行 6.研究环境、安全和设备多源信息融合处理技术和基于多微粒群优化的跨系统多源异质数据特征提取技术。实现了地下管

8、廊设备协同管控、安全生产智能调度、设备在线诊断和预知维修的智慧化采用多微粒群优化，求解建立的模型，生成提取后的数据特征，获取多源异质数据间的耦合关系。刻画了各感测对象性能状态特性，实现了对相关设备的故障检测与分析。基于地下管廊主要设备及其配套设备动作时序规划和环境安全与设备闭锁等耦合关系，开发了地下管廊智能运行与智能联动控制系统，为地下管廊安全运行提供了支撑。二、主要研究内容及关键技术2.1 主要研究内容 0 10 20 30 50 60 70 80 91 0G I S+B I M 深度 融 合 技 术 及其 虚 拟 巡 检 和设 备 精 确 地 理位 置 监 控 技 术管 廊 全 生 命 期

9、 监控 模 型 和 设 备 全生 命 周 期 工 况 评价 理 论 与 技 术管 廊 内 网 络 的异 构 融 合 技 术管 廊 内 安 防 和 消防 的 预 警 及 报 警决 策 机 制0 4地 下 管 廊 数 据驾 驶 舱、现 场诊 断 与 预 知 维修 技 术地 下 管 廊 三 维 建模 自 适 应 交 互 和多 种 设 备 交 互 协议 适 配 技 术地 下 管 廊 多 源混 杂 信 息 的 特征 提 取、表 征与 融 合 技 术异 构 数 据 的 压 缩感 知 和 地 下 管 廊增 强 现 实 技 术雾计算决策层信息融合分布式调度和数据交互流程设计技术地下管廊故障诊断、事故隐患分析与

10、远程闭环联动响应机制二、主要研究内容及关键技术2.2 关键技术 2.2 关键技术1.GIS+BIM深度融合技术及其虚拟深度融合技术及其虚拟巡检和设备精确地理位置监控技术巡检和设备精确地理位置监控技术二、主要研究内容及关键技术指挥中心的大屏快速显示对应监控画面门禁系统按照实时联动设置执行操作声光、图像等多种报警方式报警播报实时功能中处理的实时信息高亮显示报警的地点发生应急事件时：发生应急事件时：二、主要研究内容及关键技术2.2 关键技术2.管廊全生命期监控模型和设备全生命周期工况评价理论与技术n地下管廊监控系统的数据特点是数据源多、数据分散和数据量大，且不同子系统间的数据独立性较高，从地下管廊设

11、备全生命周期操作、运行、维护的角度分析设备缺陷故障和事故致因，提出地下管廊设备故障事故多参量前兆特征及智能识别方法，构建故障和事故分析及超前预警指标体系。考 虑因 素结 合实 际专 网专 用主要从安全可靠性上考虑，同时综合考虑控制位置、网络连接的时延、组网灵活性等网络性能及功耗等方面的因素设置专网专用，提高网络冗余度，保证异常情况的快速可靠反应。二、主要研究内容及关键技术3.管廊内网络的异构融合技术2.2 关键技术 二、主要研究内容及关键技术2.2 关键技术4.管廊内安防和消防的预警及报警决策机制n动态分析诊断异常发生时的现状与发展趋势、预测未来，并对数据进行深度挖掘，总结其季节性、周期性、关

12、联性等规律，针对异常情况做出相应的预警及报警并给出科学合理的响应对策。5.地下管廊数据驾驶舱、现场诊断与预知维修技术二、主要研究内容及关键技术2.2 关键技术数据驾驶舱可帮助管廊维护管理者，快速了解管廊各项关键的实时数据及运维指标。为运维决策提供支撑。地下管廊可实现维修工单管理。自动下达待处理工单，工单上标明维修设备、问题描述、备注、创建人、创建时间、工单状态、执行人等维护信息。6.地下管廊三维建模自适应交互和多种设备交互协议适配技术n在支持和推广标准的物联网感知设备接入地下管廊协议的同时，解决标准设备和非标设备同时接入问题。能够适应城市地下管廊环境中复杂结构、多维、多尺度的场景的动态建模仿真

13、技术。二、主要研究内容及关键技术2.2 关键技术 l8.异构数据的压缩感知和地下管廊增强现实技术l提高在边缘计算节点的数据存储空间利用效率和跨节点传输效率。研究地下管廊物理环境与虚拟控制信息环境的信息物理融合与高效互操作方法与机制。n7.地下管廊多源混杂信息的特征提取、表征与融合技术n在信息对象化管理的基础上，研究多源异构信息融合模型。在实现最佳的信息处理性能的同时，确定融合策略规划问题的资源高效解决技术。2.2 关键技术二、主要研究内容及关键技术 l10、地下管廊故障诊断、事故隐患分析与远程闭环联动响应机制l将地下管廊设备的全生命周期信息感知、故障诊断预警和处置机制、检测检验规程与物联网结合

14、，研究地下管廊设备信号物联网感知技术、故障诊断与远程技术服务。n9.雾计算决策层信息融合分布式调度和数据交互流程设计技术n基于约束多目标优化的多关联设备调度策略。数据交互流程是对整个数据交互过程进行描述和定义，并支持保存为数据交互任务引擎可以识别的文件或其他持久化存储。2.2 关键技术二、主要研究内容及关键技术研发理念、总体研发理念、总体方案和技术路线方案和技术路线 1234安全、高效、节安全、高效、节能、智能的管廊能、智能的管廊运行环境运行环境可扩性、开放可扩性、开放性、灵活性性、灵活性实现环境的实实现环境的实时监测、设备时监测、设备的在线诊断与的在线诊断与协同控制协同控制智能化智能化、信息

15、化信息化u 采用方法：采用方法：1.基础理论研究分析-实验仿真、测试验证-关键技术攻关-技术装备研发 2.工程验证完善 3.多学科交叉理论和方法u 考虑因素：考虑因素：设备与环境安全多因素关联性u 研究方向：研究方向：从地下管廊设备、环境状态精确感知识别、多源异质数据信息挖掘处理、软硬件测控装置及系统研制开发等方面开展研究u 贯彻国家关于管廊施工方针政策、规范u 做到技术先进、经济合理、安全可靠、方便运维u 目标：目标：增强管廊的科技功能和提升管廊的应用价值u 依据：依据：管廊的功能类别、运维需求及建设投资u 原则：原则：根据“整体规划，分步实施，集中管理，分散控制”的原则u 深化设计思路：深

16、化设计思路：着重从保证综合管廊监控与报警系统建设的合理投资、长期稳定、易于扩容及管理人员的安全、方便使用的角度展开，力求做到功能适用、技术先进、经济合理、维修方便、留有充分的可扩充余地和符合系统技术可持续发展的要求三、研发理念、总体方案和技术路线3.1 研发理念 三、研发理念、总体方案和技术路线3.2 总体方案 基于BIM技术建立的管廊三维数字模型，在施工图设计阶段借助软件检查各管线模型与廊体，以及管线之间的碰撞问题，为管线布局和模型调整提供便利；通过三维可视化检查管廊空间设计是否满足设计规范。最重要的是，该模型建立完成后，软件能够得出各项工程的工程量，为项目设计成本提供数据支撑。3.3.1

17、智慧管廊管线智能规划三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 目前，绝大部分城市地下综合管廊的监控运维还未实现3D模式，不能形象直观地展现出管廊管线和管廊内部空间的拓扑关系，降低了事故排查的效率，增加了管线运维的风险性。项目组以二三维一体化为基础，应用GIS+BIM技术，在同一监控平台实现二三维无缝交互，通过全息信息采集使管廊监控数字化、可视化。3.3.2 智慧管廊管线智能运维三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 管廊环境监测主要包括湿度、温度、有害气体、水 泵、风机等内容。应用嵌入式和PLC作为设备监控中心，采用分散控制的方式在综合管廊的内部的每个分区设置了一套嵌入式或P

18、LC控制单元。监控中心根据环境监测数据，实现管廊系统联动。3.3.3 智慧管廊智能环境监测三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 智慧管廊消防系统通过与环境监测系统和通风系统联动，再配合构建防火门监控系统、电气火灾监测系统、感温光纤系统、灾害预警报警系统和灭火系统组成景德镇智慧管廊智能消防系统。该系统保证了消防预警及报警系统中设备统一管理、数据共享和实施监控等功能的实现。3.3.4 智慧管廊智能消防系统三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 根据景德镇项目的现场实际情况，完成安防系统中的视频监控、入侵报警、出入口控制（门禁）

19、、电子巡检四个功能，搭建了各子系统的网络架构，并将其纳入景德镇智慧化监控系统平台统一管理，保证了安防系统中各设备的统一管理、数据共享、实时监控及联动等功能的实现。3.3.5 智慧管廊智能安防系统u数字视频处理技术、移动目标监测、移动目标追踪、精确的跟踪与识别 三、研发理念、总体方案和技术路线3.3 技术路线 项目组构建了管廊智慧管理平台，主要集成智能环境监控系统、智能安防系统、智能电器监测系统和智能通风系统等。通过对各子系统的集成，实现系统的设备管理、数据共享、实时监控及联动等功能。3.3.6 管廊智慧管理平台主要研究成果主要研究成果和创新点和创新点 建立了多模态异构数据关联与模式发现的运维安

20、防管理规范系统，保障智慧管廊的运行安全运行安全、数据传输及存储安全和运维人员的人身安全人身安全。建立了管廊结构空间三维数据模型；实现了管廊3D运维；实现了场景识别；实现了综合管廊内多多系统的联动及综合控制。系统的联动及综合控制。开发了基于GIS+BIM管廊全生命期的智慧监控系统，为智慧管廊监控系统提供一个工程信息交换和共享的平台工程信息交换和共享的平台。01基于管廊物理实体与环境信息感知间多重动静态特性作用关系的数学描述，建立了智慧管廊场景察觉、自适应智慧管廊场景察觉、自适应优化和自保护机制优化和自保护机制。02构建了多维的环境异常情况实时监测与防范措施。对异常情况的危害程度及等级进行智能评价

21、和定级，并应用大数据分析和挖掘技术实现了科学决策科学决策。030405四、主要研究成果和创新点4.1 主要研究成果 四、主要研究成果和创新点4.1 主要研究成果智慧管廊综合监控智慧管廊综合监控系统平台软件系统平台软件智慧管廊各子系统智慧管廊各子系统的详细设计的详细设计管廊施工标准化管廊施工标准化图册图册管廊四项工法管廊四项工法景德镇地下综合管景德镇地下综合管廊综合监控系统廊综合监控系统管廊智慧管理平台管廊智慧管理平台 n提出并设计了基于循环神经网络边缘计算和压缩感知的智能感知节点，构建了城市地下管廊统一数据模型，实现了管廊环境、设备、安全等信息的全面感知。n基于增强型嵌入式微处理器和自适应决策

22、区域雾计算方法，实现了地下管廊环境、设备和安全信息的快速融合与高效互操作。保障了对环境信息的快速响应和对设备状态的可靠、快速控制。n基于多模态拓扑控制方式和多数据源混合算法，建立了管廊场景下自愈合与自保护机制的多源异构自组织网络。四、主要研究成果和创新点4.2 创新点 n突破了管廊监控系统所涉及的时空、感知、运行和预警等数据驱动的管廊“环境、设备、安全”实时融合、集成可视化和自适应交互技术，实现了管廊环境和设备的安全互联互动。n设计了GIS+混合计算+BIM的地下管廊大数据集成监控平台，实现了管廊智能巡航巡检、三维可视化全方位监视、全生命周期管理和全区域联动联控。n研制了地下管廊多关联系统设备

23、和环境、安全状态感知、信号可靠传输和管控执行装置与在线监测诊断系统，实现了关键设备的预知维修。四、主要研究成果和创新点4.2 创新点 四、主要研究成果和创新点4.3 知识产权01城市地下综合管廊智慧监控平台V1.0软件著作权020305一种基于大尺寸地理域伸展特性的城市管廊信息化装置发明实用新型专利06温度传感器固定装置发明实用新型专利一种地下综合管廊机电安装用电缆架设装置发明实用新型专利一种新型的地下管廊智能安防系统实用新型（策划中）04一种地下综合管廊机电安装支架发明实用新型专利社会与经济效益社会与经济效益 五、社会与经济效益5.1 社会效益社会效益提 高 管 线 耐 久性、稳 定 性降 低 扩 容维 护 成 本提 高 地 下 空间 利 用 率提 高 城 市生 活 和 质 量方 便 运维 管 理保 障 生产 生 活培 养 人 才 五、社会与经济效益5.2 经济效益感谢您的耐心观看感谢您的耐心观看中铁四局集团有限公司