蔣 建 彬

[上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司,上海200063]

0 引 言

綜合管廊作為地下構(gòu)筑物,容納電力、通信、供水、燃?xì)?、熱力等管線,是保障城市安全運(yùn)行的生命線,其往往呈帶狀,延綿數(shù)千米,甚至數(shù)十千米。綜合管廊日常運(yùn)行過程中,安全防范和通信是不可或缺的[1-2]。本文針對寧波通途路綜合管廊的安全防范與通信系統(tǒng),提出安防通信一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

1 項(xiàng)目概況

寧波通途路綜合管廊工程長約為5.4 km,西起世紀(jì)大道,東至東外環(huán),分高壓電力艙、綜合艙。入廊管線包含高壓電力(220 kV、110 kV)、10 kV電力、通信、供水管線。起終點(diǎn)接入福明變、新樂變路段管廊采用明挖施工,長約為0.7 km;中間段管廊采用盾構(gòu)施工,長度約為4.6 km。在海晏路及東外環(huán)處各設(shè)置兩條電力頂管隧道,總長約為170 m。

2 安防通信一體化系統(tǒng)

安防通信一體化系統(tǒng)是一套適合綜合管廊場景應(yīng)用的系統(tǒng),可以為用戶提供全廊道入侵探測及定位、人員精準(zhǔn)定位、在線式電子巡查、無線語音通信、物聯(lián)網(wǎng)融合通信等服務(wù),實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、多功能的深度融合,是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市綜合管廊領(lǐng)域的成功應(yīng)用。

安防通信一體化系統(tǒng)由管理層、核心層、匯聚層、接入層和終端層組成,系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

(1) 管理層包括綜合管理軟件服務(wù)器(MP)和監(jiān)控顯示終端。MP負(fù)責(zé)探測系統(tǒng)告警處理、定位管理、區(qū)域管理、巡檢管理、視頻聯(lián)動(dòng)、設(shè)備管理、參數(shù)配置等功能。監(jiān)控顯示終端提供人機(jī)交互入口。

(2) 核心層包括網(wǎng)絡(luò)控制軟件服務(wù)器(NC)、多媒體服務(wù)器(SIP)和無線控制器(AC)。NC負(fù)責(zé)入侵信號(hào)分析、定位數(shù)據(jù)計(jì)算、語音數(shù)據(jù)漫游等功能。SIP負(fù)責(zé)語音呼叫、連接、轉(zhuǎn)發(fā)、掛斷等語音功能。AC負(fù)責(zé)WiFi無線接入子網(wǎng)管理。

(3) 匯聚層包括綜合控制器(CC)和綜合控制器(防爆)(CC)。CC負(fù)責(zé)接入層設(shè)備供電、有線數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能。綜合控制器在常規(guī)倉使用,支持接入智慧AP、無線覆蓋通信線和擴(kuò)展基站。

(4) 接入層包括窄帶無線子網(wǎng)接入和WiFi無線子網(wǎng)接入,窄帶無線子網(wǎng)包括無線覆蓋通信線基站、擴(kuò)展基站和末端器,負(fù)責(zé)建立微波陣列,采集入侵傳感和定位原始數(shù)據(jù),語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。WiFi無線子網(wǎng)由智慧AP組成,負(fù)責(zé)WiFi設(shè)備接入和數(shù)據(jù)傳輸。

(5) 終端層包括礦用智能手機(jī)、窄帶無線通信模塊和標(biāo)識(shí)卡。礦用智能手機(jī)和窄帶無線通信模塊組合可實(shí)現(xiàn)定位和語音通信。標(biāo)識(shí)卡可實(shí)現(xiàn)定位。

3 需求分析

3.1 全方位通信

安防通信一體化系統(tǒng)基于底層基礎(chǔ)架構(gòu)提供的物聯(lián)網(wǎng)與WiFi網(wǎng)絡(luò),能實(shí)現(xiàn)全方位通信能力。

(1) 實(shí)現(xiàn)基于無線物聯(lián)網(wǎng)的高并發(fā)、低速率、低功耗通信,適合于各種固定式、移動(dòng)式傳感器接入和終端定位卡接入,從而智慧運(yùn)維管理平臺(tái)具備更快捷接入新物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的能力。

(2) 實(shí)現(xiàn)對燃?xì)馀摰忍厥鈪^(qū)域的基本通信能力覆蓋,包括語音和短信,從而使系統(tǒng)提供的通信能力沒有死角。

(3) 實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)+WiFi的雙模融合通信能力,支持語音、短信、視頻、即時(shí)通信等多種通信手段,有力支持運(yùn)維工作開展。

(4) 實(shí)現(xiàn)對手機(jī)、內(nèi)部固話、外部固話、公網(wǎng)移動(dòng)電話、PC客戶端5類通信媒介的全方位融合支持,支持混搭式多方通話,支持廊內(nèi)-監(jiān)控中心-外單位多方協(xié)同工作。

3.2 應(yīng)急救援/應(yīng)急指揮調(diào)度

緊急情況下,管理人員可根據(jù)管廊內(nèi)人員分布情況,通過移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線廣播系統(tǒng)、精確定位終端等指導(dǎo)管廊內(nèi)人員沿安全路徑進(jìn)行逃生,同時(shí)能指導(dǎo)救援人員快速定位事發(fā)區(qū)域和被困人員,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援的統(tǒng)一調(diào)度和指揮。

3.3 緊急事件實(shí)時(shí)快速響應(yīng)

當(dāng)發(fā)生入侵、人員傷病、嚴(yán)重危險(xiǎn)事故等情況時(shí),需要盡快進(jìn)行處置,及時(shí)找到管廊內(nèi)的相關(guān)人員并做出指揮調(diào)度,系統(tǒng)需要精確定位找到廊內(nèi)人員,自動(dòng)顯示其聯(lián)系方法,值班員可立刻與之聯(lián)系進(jìn)行指揮調(diào)度。系統(tǒng)精確定位能力使應(yīng)急指揮調(diào)度更加高效、精準(zhǔn)。

3.4 人員安全預(yù)警

控制中心需要對管廊內(nèi)部的人員分布、行為模式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,例如20 m內(nèi)有8～10個(gè)人一起施工,能發(fā)現(xiàn)人員擁擠的安全隱患問題,并給出報(bào)警,值班員通過視頻重點(diǎn)關(guān)注或聯(lián)系現(xiàn)場要求分散開。管廊內(nèi)通道狹窄,且地面并不完全平整,兩側(cè)鐵支架、纜線、管道等很多,人如果快速移動(dòng),如跑動(dòng),可能產(chǎn)生危險(xiǎn),系統(tǒng)要求對人員的移動(dòng)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測,一旦判斷其速度過快,則可產(chǎn)生行為異常告警,值班員可調(diào)取攝像頭進(jìn)行查看,并通知現(xiàn)場處置。

3.5 施工監(jiān)管

管廊土建結(jié)構(gòu)完成后,面臨自來水管道、熱力管道、燃?xì)夤艿馈㈦娎|支架、橋架安裝、電力電纜、通信管線等入廊敷設(shè)施工,以及管線周期性更換、管廊大修等場景。要求一套維護(hù)使用方便的安防通信一體化系統(tǒng),可在管廊封頂后即展開部署,并可實(shí)現(xiàn)“入侵告警”、“人員定位”、“人員分布管控”、“無線語音通信”、“出入口控制”、“在線式電子巡查”等功能,有效助力建設(shè)單位、施工總承包方對施工現(xiàn)場的安全管理和資產(chǎn)管理。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

管廊標(biāo)準(zhǔn)段系統(tǒng)平面圖如圖2所示。

圖2 管廊標(biāo)準(zhǔn)段系統(tǒng)平面圖

綜合管廊系統(tǒng)斷面圖如圖3所示。

圖3 綜合管廊系統(tǒng)斷面圖

4.2 入侵報(bào)警及定位

無線覆蓋通信線中的微基站密集排列,在管廊各艙室沿線構(gòu)成全空間、均勻分布的自適應(yīng)微波陣列。非法人員進(jìn)入綜合管廊時(shí),對微波陣列的無線信號(hào)造成阻擋、吸收、反射等干擾,系統(tǒng)通過對擾動(dòng)進(jìn)行分析從而判別入侵行為并報(bào)警,可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)入侵及并行報(bào)警,定位精度最高可達(dá)2 m。

另外,監(jiān)控中心管理平臺(tái)具有分區(qū)遠(yuǎn)程布防、遠(yuǎn)程撤防、遠(yuǎn)程報(bào)警復(fù)位等功能。

4.3 精確定位及行動(dòng)軌跡

系統(tǒng)能夠快速對系統(tǒng)內(nèi)的手機(jī)、標(biāo)識(shí)卡等物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)精確定位,定位精度可達(dá)2～5 m。系統(tǒng)的定位管理平臺(tái)可提供如下多種基于位置信息的服務(wù)。

(1) 實(shí)時(shí)位置監(jiān)控:實(shí)時(shí)追蹤、顯示和記錄系統(tǒng)內(nèi)終端(標(biāo)識(shí)卡、手機(jī)等)的位置、身份、數(shù)量和分布情況。

(2) 歷史軌跡查詢及回放:支持按照姓名、終端編號(hào)、時(shí)間、區(qū)域等條件查詢系統(tǒng)內(nèi)終端的歷史位置和活動(dòng)軌跡,并支持回放功能。

(3) 區(qū)域管理:可以對指定區(qū)域設(shè)置超員、超時(shí)、禁入/禁出限制。

(4) 考勤統(tǒng)計(jì):自動(dòng)統(tǒng)計(jì)人員出入工作區(qū)域的時(shí)間、工作時(shí)長等信息。

(5) 異常事件告警:包括超員告警、超時(shí)告警、區(qū)域告警、設(shè)備告警等。

3、提高森林火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的完整性和靈活性。相關(guān)政府部門應(yīng)加強(qiáng)對森林資源的監(jiān)管力度，提高森林資源監(jiān)督管理工作的全面性和高效性，實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)督管理工作流程的統(tǒng)一化和規(guī)范化，提升森里火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的準(zhǔn)確話和快速化，提前準(zhǔn)備好可能需要的各種森林火災(zāi)滅火設(shè)備，將森林火災(zāi)發(fā)生幾率以及森林火災(zāi)造成的損失控制在最低范圍之內(nèi)。提高森林防火管理工作的標(biāo)準(zhǔn)和要求，正視當(dāng)前森林火災(zāi)管理過程中出現(xiàn)的各種問題，并采取臨時(shí)性和根本性的措施來解決這些問題，提高森林防火運(yùn)行體系的系統(tǒng)化和完整化。

4.4 在線式電子巡查

通過設(shè)置無線覆蓋通信線內(nèi)部對應(yīng)微基站為巡檢點(diǎn),可以靈活規(guī)劃巡檢工作路線,巡查人員隨身攜帶巡檢終端完成巡查工作。系統(tǒng)可對巡查人員的巡查區(qū)域、巡查路線、停留時(shí)間等進(jìn)行規(guī)劃、記錄、提醒、報(bào)警等。當(dāng)巡查人員未按路線行進(jìn)、停留時(shí)間過長或未作停留等情況發(fā)生時(shí),可發(fā)出報(bào)警提示,地面工作人員可通過無線語音通信系統(tǒng)對工作人員進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)和管理。當(dāng)巡檢人員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或安全隱患,可以通過終端APP以文字、語音、圖片、視頻等多種形式將現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)上傳匯報(bào),為管理人員決策提供詳盡現(xiàn)場信息。

與動(dòng)態(tài)人臉布控系統(tǒng)結(jié)合,可有效避免巡檢人員換卡、單一工種人員進(jìn)入限定區(qū)域等工作違規(guī)事件,避免安全隱患。

4.5 無線對講及通信調(diào)度

智能手機(jī)就近接入到無線覆蓋通信線,通過專用信道實(shí)現(xiàn)全雙工的語音通信,保證通信質(zhì)量,同時(shí)不占用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬。系統(tǒng)采用多點(diǎn)服務(wù)的移動(dòng)性管理策略,實(shí)現(xiàn)手機(jī)的全網(wǎng)無縫漫游,形成語音通信“專網(wǎng)”。系統(tǒng)可對智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位,精度2～5 m。

系統(tǒng)具有完善的調(diào)度管理功能,監(jiān)控平臺(tái)可以實(shí)時(shí)顯示通話狀態(tài),并具有選呼、組呼、全呼、緊急呼叫、呼叫優(yōu)先級(jí)權(quán)限等調(diào)度通信功能,支持文本信息收發(fā)等數(shù)據(jù)通信功能,支持強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、代答、轉(zhuǎn)接、群發(fā)短信、語音會(huì)議、視頻會(huì)議等豐富的管理業(yè)務(wù)。

另外,系統(tǒng)通過語音網(wǎng)關(guān)與PSTN連接,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外的互聯(lián)互通。

4.6 物聯(lián)網(wǎng)融合通信平臺(tái)

系統(tǒng)集可靠通信、物聯(lián)網(wǎng)接入、寬帶無線接入系統(tǒng)于一體,綜合控制器可同時(shí)提供無線寬帶和無線覆蓋通信線接入功能,可同時(shí)為終端提供無線覆蓋通訊線2 Mb/s和無線寬帶WiFi 300 Mb/s兩種無線接入方式,并通過上層服務(wù)器的數(shù)據(jù)存貯和大數(shù)據(jù)處理,集成多種應(yīng)用平臺(tái),為終端提供定位、語音、視頻、通信、調(diào)度、數(shù)據(jù)、通信等豐富的應(yīng)用業(yè)務(wù)。

4.7 其他拓展和應(yīng)用

(1) 廣播系統(tǒng)。通過集成開發(fā),廣播終端可與入侵探測系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),也可播放音樂、廣播等,為日常管理服務(wù);廣播可具備群呼、組呼等功能。

(2) 移動(dòng)視頻傳輸。以無線寬帶為基礎(chǔ),可實(shí)現(xiàn)特殊位置、緊急情況下的無線視頻傳輸,同視頻監(jiān)控系統(tǒng)一起,構(gòu)成城市綜合管廊的“無死角”視頻管理。

(3) 應(yīng)急逃生及救援。緊急情況下,管理人員可根據(jù)管廊內(nèi)人員分布情況,通過移動(dòng)通信系統(tǒng)、無線廣播系統(tǒng)、精確定位終端等指導(dǎo)管廊內(nèi)人員沿安全路徑進(jìn)行逃生。同時(shí)指導(dǎo)救援人員快速定位事發(fā)區(qū)域和被困人員,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援的統(tǒng)一調(diào)度和指揮。

(4) 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)和融合。通過該物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),在實(shí)現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)可與環(huán)境監(jiān)測、消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng),提高城市綜合管廊的“數(shù)字化”管理水平,實(shí)現(xiàn)“智慧管廊”。

4.8 功能對比

(1) 基本功能對比?；跓o線覆蓋通信線的安防通信一體化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)綜合管廊規(guī)范中要求的入侵報(bào)警、電子巡查、人員定位、無線通信等功能,功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。安防通信一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)技術(shù)方案的基本功能對比如表1所示。

表1 安防通信一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)技術(shù)方案的基本功能對比

(2) 功能擴(kuò)展對比。安防通信一體化系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)、出入口管控、物聯(lián)網(wǎng)融合通信等功能,在移動(dòng)視頻傳輸、應(yīng)急逃生及救援、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等多業(yè)務(wù)拓展和融合上具有豐富擴(kuò)展空間。安防通信一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)技術(shù)方案的功能擴(kuò)展對比如表2所示。

表2 安防通信一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)技術(shù)方案的 功能擴(kuò)展對比

(3) 生命周期對比?；跓o線覆蓋通信線的安防通信一體化系統(tǒng)可以從“管廊封頂”開始,為管廊的全生命周期的建設(shè)、運(yùn)營服務(wù),系統(tǒng)簡潔且維護(hù)方便,可在管廊封頂后即展開部署,可實(shí)現(xiàn)入廊管理、出入口管理、人員安全管理、人員定位管理、入侵檢測、無線通信、應(yīng)急支持等功能,有效協(xié)助建設(shè)單位、施工總承包方對施工現(xiàn)場的安全管理和資產(chǎn)管理。

在管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)的同時(shí),該系統(tǒng)可以直接接入,是管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的一部分,在運(yùn)營管理中發(fā)揮作用。該系統(tǒng)具備自檢功能,后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測線纜、綜合控制器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警;支持遠(yuǎn)程診斷、升級(jí)和重啟等操作。無線覆蓋通信線纜出現(xiàn)故障,可利用連接器快速排除故障,維修人員不需要具備通信設(shè)備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和技能。

安防通信一體化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全空間、全地形、全氣候的入侵探測,具有報(bào)警速度快、定位準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn),大大提高管廊的安全管理水平,對非法人員入侵、巡檢人員違規(guī)等實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格監(jiān)管。當(dāng)管廊發(fā)生危險(xiǎn)事故,救援人員可以使用系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急通信,并根據(jù)精準(zhǔn)的人員定位數(shù)據(jù)進(jìn)行搶險(xiǎn)救援和應(yīng)急疏散。

5 結(jié) 語

介紹了基于無線覆蓋通信線的安防通信一體化系統(tǒng),特別適合用于綜合管廊、礦井、隧道等帶狀構(gòu)筑物中。該方案設(shè)計(jì)于2018年5月被寧波通途路綜合管廊建設(shè)方采納。隨著國內(nèi)綜合管廊建設(shè)的蓬勃發(fā)展,安全運(yùn)營的問題日益突出,智能高效的安防通信系統(tǒng)能為綜合管廊運(yùn)營維護(hù)提供強(qiáng)有力的支撐。