智能监控系统在城市地下管道的应用

　　系统背景

　　任何城市的地下都埋有通信、供水、供气和排水等各类管道，宛如人体的“神经”和“血管”，是城市生产生活不可或缺的重要基础设施。目前地下管道的管理多以人工管理为主，而近年来城市的快速扩大与建设使管道的扩建改建频繁，存在着图挡信息不完全、更新滞后、与实际不符等问题。另外井盖破损被盗造成人员车辆事故的现象时有发生；下井施工时发现井内积水或高温无法施工而耽误工期；管井可随意进出也存在人为破坏的安全隐患；井盖状况巡视存在遗漏现象。因此相关单位需要可行的技术手段帮助解决上述问题。

　　本案例是针对实际的通信管道需求进行设计开发的，但稍加修改既可用于供水供气供暖和排水管道。

　　组成与方案
　　
　　核心思想：

　　在采用管网数字化管理系统的基础上，利用开发的PDA手持设备可以实现管井数据的快速采集、日常管理的信息维护和巡检的自动考核管理。在各类管井里安装传感控制器采集井盖信息（破损、开启或丢失）、水位、温度和人员入侵信息，通过GPRS与管理中心实时通信，在GIS界面上实现实时监测、快速报警和远程控制报警开关的功能，达到远程实时监控与管理的目的。

　　系统硬件、软件配置：

　　系统硬件配置：普通服务器1台，PC终端多台，PDA终端多台（加装GPS定位、高频RFID读写器和GPRS通信等模块），专用传感控制器多台（8051单片机、总线通信、电源及多个传感器串行接口），各类传感器多个（温湿度、磁性开关、水位开关、红外探头等），GPRS通信模块1个，电源（蓄电池和变压器）1台，RFID无源标签多个，其他材料。

　　系统软件配置：Windows操作系统，MS SQLServer数据库，ArcGIS Server图形系统，Win CE操作系统，Tomcat，J2EE与C#开发环境等。

　　总体解决方案：

　　系统架构

　　系统由管井监测控制、PDA数据采集与巡检、管道信息管理三个子系统组成。 

　　图表12- 72 城市地下管道智能监控系统架构

　　功能说明

　　管井监测控制子系统是由多套传感节点链组成。每套节点链有一个关键节点作为控制节点，安装有电源系统和GPRS通信系统，为其他节点供电并与控制中心通信实现节点链的传感数据上报和控制指令的下达。关键节点用有线的方式为链上的其他节点供电，用总线方式与各节点控制器通信。各管井的传感控制器连接各类传感器，检测井盖的破损与开启、井内温度与水位、人员进入等数据。当数据达到报警水平时立即通过关键节点向控制中心发出报警信息。另外可以根据接收到的控制中心指令开启或关闭报警。

　　PDA数据采集与巡检子系统由专用的PDA设备和软件组成。在现场可以读写管井的RFID标签取得或设定管井编号；用GPS取得管井的坐标；采集（输入）各管道中的通信光缆穿线数据（初始数据或日常施工数据）；通过GPRS通信与控制中心交换数据。启动巡检功能后可以根据GPS的动态位置获取巡检路线考核巡检人员，避免发生遗漏。当发现问题时可以输入相应数据发送到控制中心，以便及时采取应对措施。

　　管道信息管理子系统进行管网的数字化管理、管井的实时监控报警管理和巡检管理，是整个系统的控制管理中心。在系统建立时可以把已有的管网CAD图导入系统经简单修正后实现管网拓扑结构数字化；利用PDA采集各管井及管道的穿线数据实现管网业务信息数字化。利用管井监测控制子系统实现管井的远程监测与实时报警控制管理；利用PDA数据采集与巡检子系统实现管网日常施工管理数字化和巡检管理自动化。

　　应用价值

　　应用示范工程： 该应用解决方案针对江苏省某市公共通信管道公司的需求进行研究开发，完成了验证系统的开发实验和示范，到达了预期的效果。 预期效果： 管井感知监测装置反应快速灵敏，各项传感数据上传及时。PDA数据采集和巡检功能正常，数据上传和下载及时准确。管理软件功能完善，达到了预定目的。

　　预期社会效益： 该应用解决方案以通信管道应用为实例，但基本思想和技术稍加修正同样适用与供水供电供气供暖和排水等城市地下管道类应用，能取得如下的社会效益：

　　快速实现地下管网数字化管理，解决目前多数城市地下管网数据人工管理效率低不准确的问题；

　　解决现场管井相关数据快速采集和巡检考核的问题；

　　实现管井远程实时监控，防止井盖丢失及可能造成的二次事故；

　　防止非法入侵及可能的人为破坏，保护重要管道的安全；

　　随时掌握管井的环境状况，保障施工的正常进行。

　　本方案是由中心的直属研发单元“系统工程部”设计实施的，部门的主要业务是面向社会各地进行物联网应用的规划设计、示范应用系统的设计研发及实施。