谈市政地下管线远程探测设备的配置要求

张 胜 国

(烟台市地理信息中心，山东 烟台 264002)

0 引言

市政地下管线探测涉及城市地下给排水、燃气、热力、电力、通信、工业(油气)、化粪池等等管线及其附属设施的气体浓度、管道泄漏与第三方破坏等方方面面。做好市政地下管线的探测工作意义重大。市政地下管线探测需要借助探测设备，探测设备的配置和性能在其中起着举足轻重的作用，尤其是远程探测设备。下面就市政地下管线远程探测设备配置问题谈谈个人的一些浅陋的看法和认识。

1 探测设备的架构要求

系统部署架构应合理，系统应由感知终端设备与管控平台构成。系统部署架构涉及用户群体U；市政地下管线远程探测设备管控平台P；地下管线云计算中心C；负载系统L；集群服务器(S1，S2)；数据库B1；数据传输(有线+无线)D1；感知终端设备(T1，T2，T3，T4，T5)。

系统软件架构应合理，系统软件架构应该由感知层、基础层、数据层、应用层以及用户层组成[1]。系统软件架构涉及用户层UL；公众用户UP；市政用户UM；应急用户UE；决策用户UD；应用层AL；市政地下管线远程探测设备管控平台S1；WebAPI(供第三方软件调用)W1；消息中间件数据整合(如RabbitMQ或其他中间件)R1；数据层D1；浓度数据DC；光纤感知数据DP；环境监测数据DE1；水位监测数据DW；设备报警数据DE2；基础层BL；云服务器硬件SH；数据库软件DS；网络设施NF；安全设施SF；感知层PL；甲烷浓度监测MM；硫化氢浓度监测MH；氧气浓度监测MO；一氧化碳浓度监测MC；氨气浓度监测MA；氯气浓度监测MC2；二氧化碳浓度监测MC3；光纤振动传感器SS；光纤温度传感器ST；光纤应变传感器SO；环境参数监测MP；水位监测MS；气体浓度监测MG；光纤传感监测主机HO。

系统软件架构应基于Hadoop体系的大数据架构，其通过感知层捕获各类异构数据；通过网络传输给数据层；经过数据层的各类数据清洗和消息中间件处理工作；应用层通过数据接口或服务方式调取应用；最终提供给用户层使用。

系统安全应符合相关要求。系统安全的基本要求包括以下8个方面，即应在中央调度室中建立监控中心，以集中管理整个网络的运营。应建立各种完美的规则和规定，配置一个负责管理系统的特殊人员，及时更新网络安全技术动态跟踪和网络安全程序。应加强安全维护，并巡逻检查网络和系统。局域网应分为多个VLAN，控制网络流量，增加网络效率，并防止网络窃听。不同的VLAN，安全级别可以不同，网络管理VLAN应该设置网络管理和系统管理设备，并且访问控制表应用于访问权限限制。用于为用户提供服务的重要服务器应关闭不需要打开的服务端口，应限制用户操作权限以防止非法操作。应限制用户的权限，以便非法用户无法访问系统管理员的密码进而防止非法用户损坏系统。用户的安全意识应注重培养，应加强密码管理，限制用户使用易解密的密码，使非法用户无法猜测用户名。

传输线路应符合相关安全要求。系统传输线路安全涉及以下三方面问题，即应保证前端采集子系统的传输采用专网线路传输稳定；核心层与汇聚层应采用千兆光网络对接；核心层交换机应采用2台交换机做双热备，保证传输网络的冗余备份及不间断传输。

数据安全应符合相关要求。数据安全涉及以下4方面问题，即应对数据库进行周期性数据备份；应采用专业存储的方式，在核心汇集层中心节点，对重要数据进行冗余备份；对于存储的数据应采用加密的方式，确保信息的完整性；应建立完整的与本地系统相当的备份应用系统[2]。

软件安全应符合相关要求。软件安全涉及以下四个方面，即应由中央平台进行身份验证并转发控制指令和合法用户操作说明，前端设备仅接收来自中央平台的法律指令，并且其他设备发送的控制指令被拒绝以防止其他设备接收和篡改非法设备控制的说明。远程监控应采用完美的密码权限认证系统，通过客户端特殊软件，权限集中认证管理，验证用户的合法性，阻断未授权用户访问，防止非法使用和操作，并应打开第三方认证界面以满足特殊行业用户的需求。远程监控应采用数字水印技术，以确保真实的图像数据，确保其不被篡改、假冒。系统应具有完整的日志管理功能，并记录系统中所有设备的操作记录，并且无法更改所有日志记录。

机房安全应符合相关规范要求。机房安全涉及以下四方面问题，即机房应该采用专门的监控系统并接入整个监控专网；应该在机房设立空调，对机房进行装修，保证机房的环境；应通过指纹门禁系统，对机房进行统一管理；应该设立专门的UPS，保证系统电源的稳定及不间断地运行。

2 探测设备的基本技术要求

探测设备应满足必要的条件，这些条件可概括为以下9个方面，即设备应满足两种及两种以上气体监测要求；探测光纤的物理特性指标应满足国家相关标准要求；在进行地下管线探测工作时不应对管线进行开挖；应满足环境的温度、湿度、腐蚀性等要求；设备气路部分的防爆形式应采用本质安全型或本质安全兼隔爆型；设备使用期限一般是三年，当环境苛刻或在特殊情况时，可以适当调整。设备设置应该是打开的，符合某些特权的用户可以根据需要设置相关参数。设备应具有可扩展功能，以满足监测指标的扩展需求。该设备应根据规定的程序和国家授权检查机构制造。设备的外观和结构应符合相关要求。设备显示的数字、符号应清楚并完整,不应该有腐蚀、涂层或涂覆的泡沫、裂缝、划痕、毛刺和其他机械损伤。该设备应合理耐用。应该有适用于悬浮或载体的结构构件。每个部件应可靠、坚固，紧固部件应没有松动。纤维振动传感器和信号处理器的连接器应无松动地固定。插件和零件应采取防腐措施，涂层和电镀层应均匀、坚固和匹配。印刷电路板应涂有三个防御(防腐、防霉菌和防潮)涂料。远程传输符合相关要求。远程数据传输应采用具备检查功能的通信协议，并且能够可以及时校正发送错误的分组。可以支持电缆通信(ADSL/ISDN/光纤等)和无线通信(GSM-SMS/CDMA/GPRS,LoRa,NB-IOT,ZigBee、无线电台，卫星通讯等)。设备采用GPRS数据无线传输时，应用2G/3G/4G/5G专用无线基带通讯模块，支持4频：GSM850/900MHz/1 800 MHz/1 900 MHz频率。设备应具备模拟量、数字量、标准串行口(RS485/RS232)接口、并行数据接口、USB数据通讯接口等。

设备功能应符合相关要求。气体监测功能应符合以下2条要求，即设备应根据实际接入的气体传感器类型及对应预警阈值/报警阈值进行配置,当设备监测到气体传感器浓度超预警阈值或报警阈值时应发出报警；设备在气体传感器超预警阈值时应密集采集信息，启动抽排装置或生物原液投放装置，降低毒害易爆气体浓度。图像采集功能应对设备周边环境进行视频监控、录像。人脸抓拍功能应符合要求，当有人员进入设备监视范围时，应对其人脸进行抓拍，存储。一键报警功能应可靠，在设备附近有人员违法犯罪活动，受害人员/求助人员可以通过一键报警装置进行报警，取得平台人员帮助。语音双向对讲功能应通畅，设备向平台发起对讲请求时，管理平台人员接通呼叫线路，智能设备和管理平台可进行双向语音对讲，管理平台同时具备视频监控功能。设备语音交互功能应满足要求，授权人员可对智能设备进行语音交互，交互功能包括设备自检信息、控制操作、环境信息等。水位监测功能应可靠，设备应可进行地下水位监测。断电掉线报警功能应符合要求，设备应具备停电报警功能。管线监测功能应符合要求，应通过光纤振动(温度、应变)传感器采集各类管线的运行状态参数，实现管线泄漏的精确定位、报警和运行状态评估，并实现管线安全预警与全寿命管理。结构健康监测功能应完善，应通过光纤振动(应变)传感器采集管线本体、管线沟的荷载等状态参数，对地层沉降、坍塌、挖掘等进行预测，并能够精确定位及自动告警。管线环境监测与处理功能应满足要求，应对管线内环境参数(水位、温湿度、氧气、硫化氢、甲烷等)进行监测与报警。可联动控制消防、风机等电气装置[3]。

3 探测设备的性能要求

气体分辨率及报警误差值应符合要求，设备采用数字显示，各种气体分辨率及报警误差值应符合相关规范规定。检测方法和范围应符合相关要求，各种气体检测方法和范围应符合相关规范要求。输出端子应符合相关条件要求，应带有控制排气扇操作的输出端子，终端输出功率应不小于370 W。设备的基本误差应符合相关规范的相关要求。响应时间T90应达标并符合相关要求，涉及硫化氢(H2S)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)、氯气(Cl2)、一氧化碳(CO)、氧气(O2)、二氧化硫(SO2)。振动传感器性能应符合相关规范规定，涉及探测距离、探测频率范围、采样分辨率、定位精度、测量时间。温度传感器性能应符合相关规范规定。应变监测性能应符合相关规范规定，涉及应变测量范围、测量距离、应变测量精度、应变分辨率、空间分辨率、定位精度、测量时间[4]。

4 探测装备的环境适应性要求

气候环境适应性应符合相关规范的规定和要求，设备应按照相关规则进行选择，设备应进行相应的气候环境适应性实验。实验后的入侵报警功能应该是正常、安全、可靠的。机械环境适应性应符合要求，应按相关规范规定对设备进行机械环境适应性实验，实验后设备不应产生永久性的结构变形，机械损伤、电气故障且入侵报警功能应正常。抗干扰能力应符合相关规范要求，应按相关规范规定对设备进行抗风干扰实验，实验期间不应产生误报警和漏报警，定位型设备的定位精度应符合相关规范规定。应按相关规范规定对设备进行抗雨干扰实验，实验期间不应产生误报警和漏报警，定位型设备的定位精度应符合相关规范规定。

电磁兼容性要求应满足规范规定，静电放电抗扰度限值应该符合相关规范规定，实验中设备不应有误报警发生，实验后应能够正常工作。射频电磁场辐射抗扰度限值应符合相关规范规定，实验中设备不应有误报警发生，实验后应能够正常工作。电快速瞬变脉冲群抗扰度限值应符合相关规范规定，实验中设备不应有误报警发生，实验后应能够正常工作。浪涌(冲击)抗扰度限值应符合相关规范规定，交流电源线3级:直流、信号及其他输电线2级的浪涌(冲击)干扰，实验中设备不应有误报，实验后应能正常工作[5]。

防爆应满足相关规范要求。设备应采用本质安全型或者本质安全兼隔爆型的防爆结构且符合相关规范。它应被合理指定，且至少应达到ⅡA型电气设备要求。任何与基本安全性能相关的组件应符合相关规范要求。在正常操作和故障中，不应超过由组件安装条件和温度范围指定的最大电流，电压和功率额定值不超过2/3，且应与环境条件匹配。设备外壳的保护应符合保护水平IP55的规定。当设备为塑料外壳时，外壳的绝缘电阻不应超过1 GΩ。当设备使用塑料外壳时，壳体的阻燃性能应符合相关规范要求。该设备应能够通过涉及点燃的相关规范的要求，满足指定的火花点火条件的测试要求。该装置在正常和故障状态下应不超过135 ℃。设备的壳结构、相应的电气间隙以及攀爬距离均应符合相关规范的基本要求。

安全性应符合相关规范要求。抗电强度应该符合相关要求，电网电源的电源引入和外壳的裸金属部件之间的电力强度应该符合相关规范要求。绝缘电阻应满足电网电源以及电源引入的要求，外壳的裸机部件之间的绝缘电阻应满足相关规范要求。泄漏电流应该满足要求，采用交流电网电源供电设备工作时的泄漏电流应符合相关规范规定。阻燃应满足要求，设备的阻燃应符合相关规范规定。

稳定性应符合相关规范要求。设备在正常工作条件下连续工作15 d的基本误差应符合相关规范要求。设备的可靠性应符合相关规范要求。

5 其他方面的要求

在设备体上应该有以下5种类型的标记，即激光警告标志；制造商名称及商标标识；产品名称和型号标记；额定工作电压标志；出厂日期或编码标识。如果在设备主体上无法标记上述内容，则应在使用说明书中给出。产品的终端和界面应标有相应的字符。产品外包装上应有以下3种类型的徽标，即制造商的名称、商标和体量大小；产品的名称及型号；出厂的日期或生产编码。包装应标准化，产品应以适合长途运输的材料包装，包装盒中应该有防水或防火措施。包装盒中应该有附带的文件，比如产品证书、产品说明手册、包装清单。储存应遵守相关规定，产品应储存在通风环境中，环境应干燥且无酸碱和腐蚀性气体，周围还应没有强大的机械振动以及强磁场的干扰。运输应遵守相关规范的相关规定，包装产品可以用常规工具运输。运输过程应避免剧烈的振动、雨雪、阳光、暴晒，应避免接触腐蚀性气体，应防止出现机械性损坏。

6 结语

地下管线类型繁多，涉及敷设于地下的管线，用于传送能源、信息和排泄废物等的管道(沟、廊)、线缆等及其附属设施，按功能可分为给水、排水、燃气、热力、电力、通信、工业等，包括长输管线和城市管线。远程探测中前端设备获取的数据通过有线或者无线的方式传输到设在监控中心的数据采集计算机，设在监控中心的数据采集计算机也可以发送相应的指令给前端设备执行。探测设备可实现对监测点的气体浓度、图像采集、温度、声频/振动、温度、应变、设备状态等进行监测。合理进行相应的配置对确保市政地下管线远程探测质量具有举足轻重的作用，务必全面思考、认真对待。