基于工业物联网地下管网系统的研究与应用

徐伟 沙万里 封立林

摘  要：工业物联网地下管网系统是保障工厂健康运行和可持续发展的重要基础设施，本文对基于工业物联网地下管网系统进行研究應用。本文从感知层布设、网络层设置、应用层设计三个方面对基于工业物联网地下管网系统的研究与应用进行论述，物联网技术使管与控相结合，建立起智能化、便利化的远程监控管理系统。

关键词：工业物联网;地下管网;系统应用

1 引言

随着人工智能、大数据、云计算、物联网、虚拟现实/增强现实/混合现实等新技术的发展，工业领域也在跟随时代发生惊人的变革，数字化工厂的建设需求越来越迫切。在工业生产领域，建立涵盖工厂规划与设计、工厂运行与运营管理的数字化系统是必然趋势。信息化管理让地下管网的科学管理变为现实，而物联网技术必将给地下管管的信息化管理插上一对有力的翅膀，产生更大的飞跃。基于工业物联网地下管网系统是一种针对地下管网监测管理及应急指挥业务应用需求，应用物联网技术，使用三维GIS可视化平台，对各种管线及管井运行状态及环境情况进行实时监测，通过与巡检及各管线单位既有应用系统相结合，建立安全隐患预警系统和安全应急管理系统。

2 物联网技术

物联网技术简称“IOT Tech”，是通过射频识别、全球定位系统、激光扫描器，温度、压力、流量、震动、位移采集器，红外感应器等信息传感设备，按约定的协议，将“物”或研究目标与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。物联网技术的核心和基础仍然是“互联网技术”，通过各种无线和（或）有线的长距离和（或）短距离通讯网络，实现互联互通、实时在线监测、调度指挥、报警联动、远程控制、远程维保、在线升级等管理和服务功能。

3 基于工业物联网地下管网系统的应用

物联网技术的应用实践，首先要建立起比较合理的应用模型架构（如图3-1），然后再细化设计和布设各个环节和流程。针对工厂管网信息化管理，重点是根据实际要求，有针对性地或者个性化地合理设计“感知层”和“应用层”：

3.1感知层布设

要想把基于工业物联网地下管网系统纳入物联网平台，首先要把基于工业物联网地下管网系统的监测、管控对象变为物联网的“物”，使其能够与物联网建立连接和对话（数据通信）。通过加入各种传感器把普通的“物”升级为物联网中的“物”。因此，关键是如何恰当地布设传感器，完成对被监控管线的布局走向、定时（实时）状态信息的采集。各种管线监控的传感层布设原理架构基木类似，区别是：不同的管线需要关注和监测的信息不一样，根据不同的需求布设相应的传感器（采集设备）。布设位置要合理，还要结合在实际使用中测量的经验值，理论联系实际地设定监测报警限值;有些参数要通过定期检定，并结合流向、流量等因素来判断其状态是否完好。在管线的不同位置合理布设这些设备，并对它们统一编号（可识别的唯一网络ID号）。如果布设的是智能采集设备，它可能自带数据转化和传输功能，可以直接联网;如果布设的是简单的传感器，就需要配备专门的智能模块或者把信号接人数据采集终端统一处理，完成数据转化和传输，连接到互联网，从而建立起管线监测系统。

3.2网络层设置

处于“感知层”和“应用层”之间的是“网络层”，作为“监控目标”与“监控中心”（或“监控者”）之间的通路，主要完成通路两端之间的数据传输。目前，数据的传输技术已经比较成熟，主要是把要传输的数据格式和收发、传输流程设计成行业标准化的模式，并严格遵守标准通讯协议，就可以成功接人几种通用的网络平台进行数据传输。针对基于工业物联网地下管网系统，也是如此。

网络层的近距离数据传输主要是指数据采集终端（“感知层”）的数据发送，通过有线或无线通信方式将采集到的信息发送到标准的网络平台。网络层的远距离数据传输主要以广泛覆盖的移动通信网络作为基础设施，是物联网中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分。运用通信网络技术使信息可以按照设计要求远距离传输，并顺利到达指定的应用系统中。我国无线通信网络主要有4G、WLAN、LTE、GPRS。网络层的远距离数据传输的速度、功耗、正确率、保密性、抗干扰性等由网络平台自身的性能来保障，并受限于其在当今社会的技术发展水平。

3.3应用层设计

“感知层”是管网信息化监控管理系统的基础，融入物联网技术的基于工业物联网地下管网系统系统，不仅要“管”，更要“控”;不能仅仅满足于GIS地理信息系统和资源网的被动查询方式，而是要把管理功能体现为主动（自动）的“查”、“管”、“控”、“维”、“升”等方面，实现对所关注的基于工业物联网地下管网系统对象进行在线监测、实时（定时）查询、在线控制、在线维护、在线升级等功能，和对一些管网故障和灾情进行预警、报警等功能。并不是所有管线的所有信息都可以非常恰当地布设相应的传感器来监测，要考虑监测的需求、监测的必要性和监测成本，以及客观的物质条件和技术条件。要充分利用管线中原有的设备，比如，调压器、流量计、控制阀等。在应用实践中，不断地积累经验，提高技术水平，不断地改进和完善，使感知层布设、应用层设计，以及整个智能化监控系统的完善逐渐达到比较理想的状态。

总结

工业物联网地下管网系统是保障工厂健康运行和可持续发展的重要基础设施，可是，目前我国基于工业物联网地下管网系统工作存在很大缺陷，必须尽快对它进行科学、有效的管理。物联网技术可以让地下管网系统产生更大的飞跃，管与控相结合，建立起智能化、便利化的远程监控管理系统。但是新技术的应用要以成本和效率优先，以客观条件和现实需要为出发点，不能只是噱头。

参考文献

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[2] 谢鸣.基于物联网技术的综合管控信息系统[J].中国给水排水，2019（16）：26-29.

[3] 沈晓铃.基于物联网技术的地下管网系统系统构建[J].中国给水排水，2020（06）：62-64.