综合管廊安防通信一体化系统设计

蒋 建 彬

[上海电器科学研究所(集团)有限公司,上海200063]

0 引 言

综合管廊作为地下构筑物,容纳电力、通信、供水、燃气、热力等管线,是保障城市安全运行的生命线,其往往呈带状,延绵数千米,甚至数十千米。综合管廊日常运行过程中,安全防范和通信是不可或缺的[1-2]。本文针对宁波通途路综合管廊的安全防范与通信系统,提出安防通信一体化系统设计优化建议。

1 项目概况

宁波通途路综合管廊工程长约为5.4 km,西起世纪大道,东至东外环,分高压电力舱、综合舱。入廊管线包含高压电力(220 kV、110 kV)、10 kV电力、通信、供水管线。起终点接入福明变、新乐变路段管廊采用明挖施工,长约为0.7 km;中间段管廊采用盾构施工,长度约为4.6 km。在海晏路及东外环处各设置两条电力顶管隧道,总长约为170 m。

2 安防通信一体化系统

安防通信一体化系统是一套适合综合管廊场景应用的系统,可以为用户提供全廊道入侵探测及定位、人员精准定位、在线式电子巡查、无线语音通信、物联网融合通信等服务,实现多系统、多功能的深度融合,是物联网技术在城市综合管廊领域的成功应用。

安防通信一体化系统由管理层、核心层、汇聚层、接入层和终端层组成,系统拓扑图如图1所示。

图1 系统拓扑图

(1) 管理层包括综合管理软件服务器(MP)和监控显示终端。MP负责探测系统告警处理、定位管理、区域管理、巡检管理、视频联动、设备管理、参数配置等功能。监控显示终端提供人机交互入口。

(2) 核心层包括网络控制软件服务器(NC)、多媒体服务器(SIP)和无线控制器(AC)。NC负责入侵信号分析、定位数据计算、语音数据漫游等功能。SIP负责语音呼叫、连接、转发、挂断等语音功能。AC负责WiFi无线接入子网管理。

(3) 汇聚层包括综合控制器(CC)和综合控制器(防爆)(CC)。CC负责接入层设备供电、有线数据传输和协议转换等功能。综合控制器在常规仓使用,支持接入智慧AP、无线覆盖通信线和扩展基站。

(4) 接入层包括窄带无线子网接入和WiFi无线子网接入,窄带无线子网包括无线覆盖通信线基站、扩展基站和末端器,负责建立微波阵列,采集入侵传感和定位原始数据,语音数据转发。WiFi无线子网由智慧AP组成,负责WiFi设备接入和数据传输。

(5) 终端层包括矿用智能手机、窄带无线通信模块和标识卡。矿用智能手机和窄带无线通信模块组合可实现定位和语音通信。标识卡可实现定位。

3 需求分析

3.1 全方位通信

安防通信一体化系统基于底层基础架构提供的物联网与WiFi网络,能实现全方位通信能力。

(1) 实现基于无线物联网的高并发、低速率、低功耗通信,适合于各种固定式、移动式传感器接入和终端定位卡接入,从而智慧运维管理平台具备更快捷接入新物联网终端设备的能力。

(2) 实现对燃气舱等特殊区域的基本通信能力覆盖,包括语音和短信,从而使系统提供的通信能力没有死角。

(3) 实现基于物联网+WiFi的双模融合通信能力,支持语音、短信、视频、即时通信等多种通信手段,有力支持运维工作开展。

(4) 实现对手机、内部固话、外部固话、公网移动电话、PC客户端5类通信媒介的全方位融合支持,支持混搭式多方通话,支持廊内-监控中心-外单位多方协同工作。

3.2 应急救援/应急指挥调度

紧急情况下,管理人员可根据管廊内人员分布情况,通过移动通信系统、无线广播系统、精确定位终端等指导管廊内人员沿安全路径进行逃生,同时能指导救援人员快速定位事发区域和被困人员,实现应急救援的统一调度和指挥。

3.3 紧急事件实时快速响应

当发生入侵、人员伤病、严重危险事故等情况时,需要尽快进行处置,及时找到管廊内的相关人员并做出指挥调度,系统需要精确定位找到廊内人员,自动显示其联系方法,值班员可立刻与之联系进行指挥调度。系统精确定位能力使应急指挥调度更加高效、精准。

3.4 人员安全预警

控制中心需要对管廊内部的人员分布、行为模式进行实时监测,例如20 m内有8～10个人一起施工,能发现人员拥挤的安全隐患问题,并给出报警,值班员通过视频重点关注或联系现场要求分散开。管廊内通道狭窄,且地面并不完全平整,两侧铁支架、缆线、管道等很多,人如果快速移动,如跑动,可能产生危险,系统要求对人员的移动速度进行实时侦测,一旦判断其速度过快,则可产生行为异常告警,值班员可调取摄像头进行查看,并通知现场处置。

3.5 施工监管

管廊土建结构完成后,面临自来水管道、热力管道、燃气管道、电缆支架、桥架安装、电力电缆、通信管线等入廊敷设施工,以及管线周期性更换、管廊大修等场景。要求一套维护使用方便的安防通信一体化系统,可在管廊封顶后即展开部署,并可实现“入侵告警”、“人员定位”、“人员分布管控”、“无线语音通信”、“出入口控制”、“在线式电子巡查”等功能,有效助力建设单位、施工总承包方对施工现场的安全管理和资产管理。

4 系统设计

4.1 系统设计图

管廊标准段系统平面图如图2所示。

图2 管廊标准段系统平面图

综合管廊系统断面图如图3所示。

图3 综合管廊系统断面图

4.2 入侵报警及定位

无线覆盖通信线中的微基站密集排列,在管廊各舱室沿线构成全空间、均匀分布的自适应微波阵列。非法人员进入综合管廊时,对微波阵列的无线信号造成阻挡、吸收、反射等干扰,系统通过对扰动进行分析从而判别入侵行为并报警,可实现多点入侵及并行报警,定位精度最高可达2 m。

另外,监控中心管理平台具有分区远程布防、远程撤防、远程报警复位等功能。

4.3 精确定位及行动轨迹

系统能够快速对系统内的手机、标识卡等物联网终端进行实时精确定位,定位精度可达2～5 m。系统的定位管理平台可提供如下多种基于位置信息的服务。

(1) 实时位置监控:实时追踪、显示和记录系统内终端(标识卡、手机等)的位置、身份、数量和分布情况。

(2) 历史轨迹查询及回放:支持按照姓名、终端编号、时间、区域等条件查询系统内终端的历史位置和活动轨迹,并支持回放功能。

(3) 区域管理:可以对指定区域设置超员、超时、禁入/禁出限制。

(4) 考勤统计:自动统计人员出入工作区域的时间、工作时长等信息。

(5) 异常事件告警:包括超员告警、超时告警、区域告警、设备告警等。

3、提高森林火灾应急预案的完整性和灵活性。相关政府部门应加强对森林资源的监管力度，提高森林资源监督管理工作的全面性和高效性，实现森林资源监督管理工作流程的统一化和规范化，提升森里火灾应急预案的准确话和快速化，提前准备好可能需要的各种森林火灾灭火设备，将森林火灾发生几率以及森林火灾造成的损失控制在最低范围之内。提高森林防火管理工作的标准和要求，正视当前森林火灾管理过程中出现的各种问题，并采取临时性和根本性的措施来解决这些问题，提高森林防火运行体系的系统化和完整化。

4.4 在线式电子巡查

通过设置无线覆盖通信线内部对应微基站为巡检点,可以灵活规划巡检工作路线,巡查人员随身携带巡检终端完成巡查工作。系统可对巡查人员的巡查区域、巡查路线、停留时间等进行规划、记录、提醒、报警等。当巡查人员未按路线行进、停留时间过长或未作停留等情况发生时,可发出报警提示,地面工作人员可通过无线语音通信系统对工作人员进行相应的指导和管理。当巡检人员在巡检过程中发现设备故障或安全隐患,可以通过终端APP以文字、语音、图片、视频等多种形式将现场情况实时上传汇报,为管理人员决策提供详尽现场信息。

与动态人脸布控系统结合,可有效避免巡检人员换卡、单一工种人员进入限定区域等工作违规事件,避免安全隐患。

4.5 无线对讲及通信调度

智能手机就近接入到无线覆盖通信线,通过专用信道实现全双工的语音通信,保证通信质量,同时不占用数据业务带宽。系统采用多点服务的移动性管理策略,实现手机的全网无缝漫游,形成语音通信“专网”。系统可对智能手机实现精确定位,精度2～5 m。

系统具有完善的调度管理功能,监控平台可以实时显示通话状态,并具有选呼、组呼、全呼、紧急呼叫、呼叫优先级权限等调度通信功能,支持文本信息收发等数据通信功能,支持强插、强拆、监听、代答、转接、群发短信、语音会议、视频会议等丰富的管理业务。

另外,系统通过语音网关与PSTN连接,实现网内网外的互联互通。

4.6 物联网融合通信平台

系统集可靠通信、物联网接入、宽带无线接入系统于一体,综合控制器可同时提供无线宽带和无线覆盖通信线接入功能,可同时为终端提供无线覆盖通讯线2 Mb/s和无线宽带WiFi 300 Mb/s两种无线接入方式,并通过上层服务器的数据存贮和大数据处理,集成多种应用平台,为终端提供定位、语音、视频、通信、调度、数据、通信等丰富的应用业务。

4.7 其他拓展和应用

(1) 广播系统。通过集成开发,广播终端可与入侵探测系统联动,也可播放音乐、广播等,为日常管理服务;广播可具备群呼、组呼等功能。

(2) 移动视频传输。以无线宽带为基础,可实现特殊位置、紧急情况下的无线视频传输,同视频监控系统一起,构成城市综合管廊的“无死角”视频管理。

(3) 应急逃生及救援。紧急情况下,管理人员可根据管廊内人员分布情况,通过移动通信系统、无线广播系统、精确定位终端等指导管廊内人员沿安全路径进行逃生。同时指导救援人员快速定位事发区域和被困人员,实现应急救援的统一调度和指挥。

(4) 系统联动和融合。通过该物联网平台,在实现上述功能的基础上,系统可与环境监测、消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、排水系统、标识系统进行联动,提高城市综合管廊的“数字化”管理水平,实现“智慧管廊”。

4.8 功能对比

(1) 基本功能对比。基于无线覆盖通信线的安防通信一体化系统可以实现综合管廊规范中要求的入侵报警、电子巡查、人员定位、无线通信等功能,功能远远优于标准要求。安防通信一体化系统与传统技术方案的基本功能对比如表1所示。

表1 安防通信一体化系统与传统技术方案的基本功能对比

(2) 功能扩展对比。安防通信一体化系统还可以实现视频联动、出入口管控、物联网融合通信等功能,在移动视频传输、应急逃生及救援、系统联动等多业务拓展和融合上具有丰富扩展空间。安防通信一体化系统与传统技术方案的功能扩展对比如表2所示。

表2 安防通信一体化系统与传统技术方案的 功能扩展对比

(3) 生命周期对比。基于无线覆盖通信线的安防通信一体化系统可以从“管廊封顶”开始,为管廊的全生命周期的建设、运营服务,系统简洁且维护方便,可在管廊封顶后即展开部署,可实现入廊管理、出入口管理、人员安全管理、人员定位管理、入侵检测、无线通信、应急支持等功能,有效协助建设单位、施工总承包方对施工现场的安全管理和资产管理。

在管廊监控与报警系统建设的同时,该系统可以直接接入,是管廊监控与报警系统的一部分,在运营管理中发挥作用。该系统具备自检功能,后台实时监测线缆、综合控制器等设备的运行状态,出现故障及时报警;支持远程诊断、升级和重启等操作。无线覆盖通信线缆出现故障,可利用连接器快速排除故障,维修人员不需要具备通信设备相关的专业知识和技能。

安防通信一体化系统可以实现全空间、全地形、全气候的入侵探测,具有报警速度快、定位准等优点,大大提高管廊的安全管理水平,对非法人员入侵、巡检人员违规等实现严格监管。当管廊发生危险事故,救援人员可以使用系统进行应急通信,并根据精准的人员定位数据进行抢险救援和应急疏散。

5 结 语

介绍了基于无线覆盖通信线的安防通信一体化系统,特别适合用于综合管廊、矿井、隧道等带状构筑物中。该方案设计于2018年5月被宁波通途路综合管廊建设方采纳。随着国内综合管廊建设的蓬勃发展,安全运营的问题日益突出,智能高效的安防通信系统能为综合管廊运营维护提供强有力的支撑。