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城市综合管廊智能监控与报警系统

    一、概述

    城市综合管廊是指将电力、通信、燃气、给排水、热力等市政公用管线集中敷设在同一地下建造的隧道空间内，进行综合开发利用，以节约城市建设用地，便于统一管理规划，美化城市的景观。城市综合管廊内部整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，管廊自身功能使用的动力、照明、排水等设备繁多，无论纳入管线出现故障，还是自身附属设备出现故障，都将造成沿线城市功能的瘫痪甚至发生灾害性事故，因此城市综合管廊监控系统必须与综合管廊的建设统一规划、同步建设。监测的主要内容有：管廊内环境温、湿度，有害气体浓度，通风、水泵设备状态，集水坑液位，入侵监测，视频监控等。当监测到灾害及异常情况时，及时发出预警或报警信息至相关工作和管理人员，便于及时防范、指挥处理，对预防及减少管廊内灾害事故起着重要的作用。

    本系统方案就是综合利用目前最先进的光纤环网技术、环境监测技术、分布式光纤传感器技术、通信技术、安全防范监控技术、地理信息技术以及系统集成技术，将地下管廊各类安全信息进行综合监控。

    二、系统构成

    城市综合管廊监控与报警系统分为环境与设备监控子系统、安全防范子系统、通信子系统、预警与报警子系统、地理信息子系统、统一管理信息平台、管线温度实时监测系统和电力电缆在线监测。本系统方案不仅从软件上通过数据中间件技术进行了数据接口的集成（不是简单的提供链接按钮方式），还从硬件设计上做到了从对环境多参数数据集成采集到多系统的接入集成。极大地减少设备的布线，不仅减少了投资，而且提高整个系统的稳定性，便于安装和维护，做到了真正意义上的“综合监控”。

    2.1 环境与设备监控子系统

    环境与设备监控子系统主要由本质安全型的自带液晶显示及声光报警功能的多参数（O2、CH4、H2S、CO、温度、湿度传感元件按需要自由组合）智能组合检测仪、设备开停传感器、水位传感器、风速传感器、烟雾传感器、本质安全型综合网络分站（内置光纤网络交换机，自带液晶显示屏和声光报警功能，能接入十六路模拟量/开关量/数字型传感器，可接十六路读卡器，具有八路控制输出）、本质安全型控制器、隔爆兼本安型不间断电源、地面监控主机及环境与设备监控系统软件等组成。

    2.2安全防范子系统

    安全防范子系统主要包含视频监控系统、防入侵系统和门禁系统三部分。

    2.2.1 视频监控系统

    在廊道中安装视频摄像头对廊道内的环境、异常情况和设备进行实时监视。实现对廊道的可视监管和远程巡检。摄像设备通过系统设置可与报警信息进行联动控制，当报警发生时自动转向和录制报警设备信息，且监控中心人员可远程调节摄像头。

    2.2.2防入侵系统

    ? 红外入侵报警探测

    ? 通风口防入侵监测

    ? 管廊异常监测

    2.2.3 门禁系统

    管廊出入口设置门禁系统。根据现场情况还需要对进入管廊内的入口进行门禁控制管理，采用门禁控制器（TCP/IP型网络门禁控制器+电控锁+读卡器）的方式实现门禁现场及中心系统远程集中管理。

    2.3 通讯系统

    通信子系统主要由广播对讲基站、WIFI无线手机和语音调度服务器等设备组成。

    通信子系统的功能是实现管理、巡检和施工人员的通信联络，管廊配备各区间工作人员之间、现场工作人员与监控中心之间保持信息通畅，确保前端巡检人员信息及时上报，监控中心命令及时下达。

    2.4 预警与报警系统

    预警与报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测，系统将预警和报警信息通过多综合分站、分布式光纤测温系统、光纤环网交换机及时、准确地传输到监控中心，实现灾情预警、报警、处理及疏散，同时通过广播系统，向综合管廊内的工作人员广播，使他们及时撤离现场，保证人身安全等功能。预警与报警系统由火灾报警系统和可燃气体探测报警系统两部分组成。

    2.4.1火灾报警系统

    火灾报警系统主要由多参数组合检测仪、烟雾传感器、分布式光纤测温系统（含系统软件、主机、测温光纤）、综合分站和智能广播基站等设备组成。

    在每段防火分区内设置含CO、O2、温度探头的组合检测仪（自带声光报警器）、烟雾传感器、分布式测温光纤、手动报警按钮、火灾电话、多功能广播基站等设备。手动报警按钮设置在卸料口两边的防火门处。基站与基站之间采用可插拔光纤连接。光纤测温主机连接多条线性测温光缆，测温光缆主要监测管廊内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行，对于管廊内110kv及以上的电力电缆，每根配置一条测温光缆监测其温度的变化；对于10kv的电力电缆，每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为0.1℃，监测距离可达30km，定位精度可达1m，可任意设置多级温度报警值。在监控中心设置火灾报警屏，通过总线回路巡检、接收、显示每个报警点的工作情况。当火灾发生时，启动整个管廊内声光讯响器。

    2.4.2可燃气体探测报警系统

    可燃气体探测报警系统主要由多参数组合检测仪（含CH4检测探头）、分布式测温光纤、综合分站、远程控制器和智能广播基站等设备组成。

    为使系统有效工作，在每段防火分区内设置多参数组合检测仪、手动报警按钮、报警电话、多功能广播基站和声光报警器等设备。多参数组合检测仪设置间距为10m；手动报警按钮设置在卸料口两边的防火门处。

    监控中心可按需设定天然气报警浓度的上限值（小于其爆炸下限值的20%），多参数组合检测仪接入综合分站，当天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定上限值时，由综合分站自动启动天然气舱事故段分区及其相邻分区的事故通风设备，并通过远程控制器切断施工动力电源，且紧急切断浓度设定的上限值要小于其爆炸下限值的25%，如果天然气管道发生泄漏，高压气体的体积膨胀将引起漏点附近温度的下降，分布式光纤测温系统同样可通过温度异常点的探测，发现并定位天然气管道的泄漏情况。并通过可燃气体报警系统解决燃气泄漏或危险气体累积带来的爆炸隐患，确保燃气管廊设施正常、稳定运行。

    2.4.3联动功能

    （1）消防联动：探测器发出检测信号，报警装置联动视频系统，跳出该防区的视频画面，确认报警。

    （2）联动排烟/气系统：每段防火分区设置有排风及排烟/气系统，正常时用于排风。当确认探测到火灾/可燃气体时，监控中心可通过多功能基站传输指令实现远程启动风机排烟/气。

    （3）联动电源：灾情探测信息确认后，监控中心可通过多功能基站进行指令传输以切断非消防电源。

    （4）联动广播系统：灾情探测信息确认后，监控中心启动广播切换模块进行灾情信息广播，特别针对灾情确认区、相邻分区进行广播疏散。

    （5）联动电话系统：监控中心可启动专用模块与任一广播基站通话；现场任一广播基站或电话通过监控中心确认后实现与调度主机通话录音。

    2.5 地理信息子系统

    地理信息子系统通过最先进的GIS地图方式对综合管廊进行地理标注和各类设备运行数据及状态信息展示。同时通过三维虚拟现实技术，渲染出逼真高效的地下综合管廊三维环境，可实现三维漫游功能，巡检功能，三维定位功能，设备或资源信息查询功能，交互操作功能等。系统能实时对数据采集系统的数据在模型上进行展示，直观的反应设备的工作状况，并能对告警等作出不同的状态展示。系统具有综合管廊和内部各专业管线基础数据管理、图档管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、基础数据共享等功能。显示内容大致可以分为2D地图显示和3D虚拟展示。

    2.6 统一管理信息平台

    综合管廊统一管理信息平台就是将以上环境与设备监控子系统、安全防范子系统、通信子系统、预警与报警子系统、地理信息子系统的信息通过统一的数据接口，由统一管理信息平台控制软件在一个界面上进行集成显示或管理切换，是监控中心的主要工作界面，对全部管廊的监测数据进行分级分层的展示，并实现预报警管理、联动控制操作应急处置等功能，以达到综合监控的目的。统一管理信息平台包括综合数据支撑平台和综合信息显示平台两大部分。

    2.7 管线温度实时监测系统

    管线温度实时监测系统主要以光纤测温传感技术，对温度的变化进行报警，主要解决电缆着火和热力管道泄漏的安全隐患。本系统利用分布式光纤传感器对热力管道泄漏进行实时监测，当热力管道发生泄漏或管道附近的机械施工和人为破坏等事件产生的振动、压力或温度变化信号作用于光纤时，光波在光纤中传输时产生的损耗具有不同的信号特征，分布式光纤传感器可以同时获取损耗的空间分布及其随时间的变化；在入射端利用光时域反射技术和在输出端利用光功率检测，可实现光纤上各点静态与动态损耗的测量和定位；计算机通过对数据进行分析和融合，根据信号特征判断并准确定位管道泄漏等事件的发生，提高热力管道的监测水平。

    2.8 电力电缆在线监测

    电力电缆在线监测预警系统是基于前端传感技术、无线网络技术、计算机技术、大数据分析的整体解决方案。通过建立地下电力管沟综合数据库、电力管沟地理信息系统平台、电力管沟综合管理平台、电力管沟三维分析系统、电力管沟巡检管理系统和电力管沟动态监控系统，最终实现电力管沟数据的查询、统计、分析、设计、竣工验收、预警、应急处理等一整套解决方案。

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