摘要：以上海九星公用隧道環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)計為例，對物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)方案進行了對比研究。與傳統(tǒng)方案相比，物聯(lián)網(wǎng)具有終端無線聯(lián)網(wǎng)、應用業(yè)務部署靈活、終端聯(lián)網(wǎng)易于擴展、施工維護成本低等優(yōu)點，可提高公用隧道的智能化水平，促進公用隧道的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關鍵字：公用隧道；環(huán)境和設備監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型

引言

 公用隧道工程是城市生存和發(fā)展的基礎設施，承擔著城市信息傳遞、能源運輸、排水減災、廢物排棄等重要功能。公用隧道建設作為“十三五"國家戰(zhàn)略bai強工程和“十四五"韌性城市建設發(fā)展的前沿陣地，已進入我國規(guī)?；l(fā)展和創(chuàng)新階段。這條“城市生命線"的安全穩(wěn)定運行是未來城市建設發(fā)展中需要關注的問題。

１項目背景

 九星公用隧道位于上海市閔行區(qū)七寶九星區(qū)，全長約2465，包括星北路公用隧道、智聯(lián)路公用隧道和監(jiān)控中心。ｍ，布局為“工廠"字形，其中:星北路公用隧道位于星北路南側(cè)人行道和綠化帶下，西起智聯(lián)路、東至虹莘路為公用艙和電力艙雙艙，長約715。ｍ；位于智聯(lián)路西側(cè)人行道下的智聯(lián)路綜合管廊，南起平延路，北至星北路，為綜合艙單艙，長約1730。ｍ；監(jiān)控中心位于東蘭路、智聯(lián)路路口北側(cè)地塊的地下空間，通過連接通道與公用隧道連接。九星公用隧道布局圖如圖1所示。

圖1九星公用隧道布局圖

2設計方案

（1）傳統(tǒng)方案

 傳統(tǒng)的環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)主要由工業(yè)以太網(wǎng)交換機、可編程控制器、遠程I/O模塊和環(huán)境監(jiān)控相關檢測儀器組成。如圖2所示，傳統(tǒng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)的框架；如圖3所示，傳統(tǒng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)的布局。

圖2傳統(tǒng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

 從上到下，傳統(tǒng)的環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)可以分為后臺管理層、中間傳輸層和前端感知層。

后臺管理層位于公用隧道控制中心，主要由交換機、工作站、服務器等組成。后臺管理層通過中間傳輸層集中存儲、處理和展示前端感知層收集的信息，實現(xiàn)對管廊的遠程監(jiān)控和管理。

圖3傳統(tǒng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)布局圖

 中間傳輸層主要由可編程控制器、遠程I/O、連接交換機和電纜?？删幊炭刂破髟O置在管廊內(nèi)各分變電站，負責區(qū)域監(jiān)控區(qū)間的聯(lián)動控制和監(jiān)控信息上傳。在每個進氣口/排氣井設置一套遠程I/O模塊，負責收集、上傳和發(fā)出基本監(jiān)控區(qū)間內(nèi)所有防火區(qū)域的聯(lián)動控制信號。編程控制器可以通過管廊內(nèi)的環(huán)境監(jiān)控信息、設備監(jiān)控信息和電力監(jiān)控信息進行遠程I/O模塊反饋，完成設備的控制(聯(lián)動)，通過信息傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)與監(jiān)控中心后臺管理系統(tǒng)的信息交互。主要監(jiān)控箱內(nèi)的溫度感知層位于綜合管廊。

 控制方法分為中央級、地方級和現(xiàn)場級，可實現(xiàn)監(jiān)控中心中央級遠程控制、編程站自動/手動控制和現(xiàn)場控制箱自動/手動控制。

（2）物聯(lián)網(wǎng)計劃

 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)可以從上到下分為中心層、傳輸層和接入層。圖4顯示了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5顯示了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)的布局。

圖4物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境及設備監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

 中心層主要包括物聯(lián)網(wǎng)管理平臺及其硬件支持設備，部署在監(jiān)控中心，實現(xiàn)統(tǒng)一部署和定期更新應用業(yè)務、環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)信息存儲和可視化展示等功能，并與公用隧道統(tǒng)一管理平臺共享信息。

圖5物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境及設備監(jiān)控系統(tǒng)

 傳輸層主要包括主干光纖、交換機和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，通過構(gòu)建自愈光纖干線環(huán)網(wǎng)，上傳和發(fā)布中心層和接入層的信息。

 接入層主要包括物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡設備、物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設備、現(xiàn)場機電設備和環(huán)境監(jiān)測儀器等。物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡設備用于構(gòu)建現(xiàn)場網(wǎng)格網(wǎng)絡。（Mesh），現(xiàn)場機電設備及環(huán)境監(jiān)測儀表無線連接物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設備，邊緣計算與機器通信(M2)M）等。

（3）方案比較選擇

 公用隧道一般呈“群狀"分布，由同一規(guī)劃區(qū)域的幾個公用隧道組成，具有狹長、艙室多、入口隧道管道類型復雜等特點。為了保證良好的運行環(huán)境，需要配備通風、排水、照明等機電設備，并設置環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和機電設備監(jiān)控。

 在傳統(tǒng)方案中，可編程邏輯控制器主要用于環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)，通風范圍一般用于基本監(jiān)控單元。每個基本監(jiān)控單元設置一套可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器通過有線方式連接基本監(jiān)控單元內(nèi)的機電設備和傳感儀表，實現(xiàn)對機電設備和傳感儀表的集中控制和統(tǒng)一管理。

 作為一種新技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)主要采用邊緣計算、終端無線網(wǎng)絡、機器通信(M2)M）等等，物聯(lián)網(wǎng)方案與傳統(tǒng)方案的比較如下表1所示。

表1物聯(lián)網(wǎng)方案與傳統(tǒng)方案的比較

 公用隧道機電設備多，環(huán)境潮濕。傳統(tǒng)方案容易出現(xiàn)接觸不良等線路故障，導致系統(tǒng)故障，維護費時費力。物聯(lián)網(wǎng)提供的終端無線聯(lián)網(wǎng)可以大大降低綜合布線，不僅可以降低管道和安裝調(diào)試的成本，還可以降低許多電纜造成的故障，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

 公用隧道入口管道類型復雜，入口時間不同。不同的管道對管道監(jiān)控內(nèi)容有不同的要求。然而，公用隧道的建設往往落后于公用隧道的建設。在公用隧道建設之初，傳統(tǒng)方案一般會為管道監(jiān)控接入預留一個接口[4]，但實際上往往很難準確預留。預留的接口也限制了管道監(jiān)控的內(nèi)容和監(jiān)控點的設置。與傳統(tǒng)方案相比，物聯(lián)網(wǎng)終端無線聯(lián)網(wǎng)可以兼容未來入口管道監(jiān)控的訪問和并網(wǎng)，節(jié)省后期管道入口建設的投資。

（4）網(wǎng)格網(wǎng)絡（Mesh）

 網(wǎng)格網(wǎng)絡（Mesh）也就是說，無線網(wǎng)格網(wǎng)絡是一種多跳網(wǎng)絡，是一種可以不斷擴展的動態(tài)網(wǎng)絡架構(gòu)。無線Mesh網(wǎng)絡是分散的。當中間節(jié)點設備離線時，可以重新計算新的路由，滿足業(yè)務互動，大大降低整體故障率。任何兩種設備都可以保持無線互聯(lián)。與單跳網(wǎng)絡相比，它具有網(wǎng)絡更強、網(wǎng)絡擴展更靈活、網(wǎng)絡架構(gòu)動態(tài)調(diào)整等優(yōu)點。

 網(wǎng)格網(wǎng)絡如圖6所示，以防火分隔為基本通信單元，每個基本通信單元包括電力艙防火分區(qū)和綜合艙防火分區(qū)。每個基本通信單元設置一套物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，每個基本通信單元設置4套物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡設備，支持各種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)格網(wǎng)絡組網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關主要用于網(wǎng)格網(wǎng)絡管理，包括網(wǎng)絡節(jié)點管理、網(wǎng)絡拓撲管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、分組交換、路由選擇、錯誤檢查、流量控制、擁堵控制等功能。，并使用軟件定義網(wǎng)絡（SDN）結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，解耦。

圖6網(wǎng)格網(wǎng)絡示意圖

（5）實現(xiàn)功能

 環(huán)境和設備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括環(huán)境監(jiān)控、設備監(jiān)控和電力監(jiān)控，為公用隧道的穩(wěn)定運行提供保障。環(huán)境監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)的溫度、濕度、氧氣含量和液位；設備監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)排水設備、通風設備和照明設備的聯(lián)動控制和運行狀態(tài)；電力監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)的高低壓配電柜、EPS設備和UPS設備的供電狀態(tài)。

 物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設備部署在現(xiàn)場機電設備控制箱或環(huán)境監(jiān)測器旁邊，通過I/O或通信口與機電設備控制箱或環(huán)境監(jiān)測器連接，通過網(wǎng)格網(wǎng)絡實現(xiàn)機電設備或環(huán)境監(jiān)測器的無線連接，同時實現(xiàn)以下功能:

 接受物聯(lián)網(wǎng)管理平臺發(fā)布的應用業(yè)務并進行邊緣部署；

 實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、機器通信(M2)M）邊緣計算等；

 將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和機電設備運行狀態(tài)信息反饋給物聯(lián)網(wǎng)管理平臺。

3AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平臺

（1）平臺概述

 AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)控于一體，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制、綜合數(shù)據(jù)服務等方面提供數(shù)據(jù)支持。為建立可靠、安全、高效的公用隧道管理系統(tǒng)，解決了公用隧道管理過程中內(nèi)部干擾性強、用戶多、協(xié)調(diào)復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性。

（2）平臺構(gòu)成

 安科瑞城市地下公用隧道能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能電機監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可以通過瀏覽器和手機APP獲取數(shù)據(jù)，集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度管廊用電和用電安全，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

（3）平臺拓撲

4有關平臺部署硬件選擇清單

電力監(jiān)控和配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

電火監(jiān)測系統(tǒng)

消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)

火災應急照明及疏散指示系統(tǒng)

5結(jié)語

 物聯(lián)網(wǎng)作為“十四五"規(guī)劃倡導的新技術(shù)，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎。物聯(lián)網(wǎng)在公用隧道中的應用具有明顯的優(yōu)勢，可以很好地滿足管道逐漸進入隧道并伴隨著監(jiān)控需求的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)公用隧道物與物、物與人之間的普遍連接，為公用隧道的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字化賦能提供數(shù)據(jù)基礎。后期結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和AI輔助決策，可提供公用隧道運行監(jiān)控和運行管理的智能化程度。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公用隧道中的應用，一方面可以推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與安全報警系統(tǒng)、火災解決系統(tǒng)

參考文獻

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【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05