物联网技术在综合管廊智慧化中的应用研究

梁仕贤，羊保品

（中冶京诚工程技术有限公司）

1 引言

综合管廊负责容纳多种城市综合管线，一旦失控将对城市生产、生活造重大经济损失，严重影响城市运营。所以应在综合管廊内设置管廊智慧化系统，为管廊以及廊内管线与人员提供基本的安全保护。当前这些系统依旧采用独立的系统进行集成，而海量的多种类设备所产生的庞大信息数据，结合对外通讯的复杂性、信息数据接入方式传统等因素，为数据的采集、处理和信息的集成带来困难。同时，设备缺乏自处理能力，其功能的实现对通讯依赖度高；各子系统自成一体，大量的自用缆线占据综合管廊有限空间；信息孤岛现象明显，系统间不能实现跨系统设备联动，系统反应迟缓，应急措施受限。

2 物联网技术应用分析

从2018年开始，高校、科研院所、市政设计院陆续加大了物联网技术在管廊智慧化中的应用研究。例如上海市政院发表论文《基于物联网和BIM的管道渗漏预警系统、方法和应用》；山西省信息产业技术研究院有限公司发表论文《物联网架构的管廊综合监控管理平台》；重庆市勘测院发表论文《物联网和BIM技术在地下综合管廊建设运维中的应用研究》；京投公司开展基于物联网技术的融合通讯设备研究，北京建工开发边缘计算管廊区域控制单元；苏交科开发BIM+物联网结合建立基于云的城市管网智慧监控平台。这些公司通过探索和研究，尝试找到物联网技术，解决管廊智慧化的建设的某些问题。

物联网技术在设备连接、大数据量承载方面具有独特的优势。通过对物联网技术进行创新应用，优化管廊管控系统网络架构，解决管廊设备数据量大、通讯协议多样、集成难度大、跨系统联动响应迟缓等问题，保障海量设备并发接入，提高数据安全性和响应速度，实现数据互联互通，降低统一管理平台信息集成难度，提高设备自处理能力，确保智慧管控系统安全高可用，并降低事故风险，同时减少建设中电缆、光缆的使用，预留出更多宝贵的廊内空间。

3 物联网技术应用

本文中的综合管廊智慧化系统将从云、边、端对物联网技术进行全方位的研究和应用。

3.1 物联网云平台的研究与开发

3.1.1 物联网云平台功能设计

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物联网软件平台主要功能包括设备物联、资产管理和应用使能。设备物联实现平台和设备的泛在连接、数据采集和设备控制等，资产管理实现设备资产采购、安装、维护和报废的全生命周期管理，应用使能实现对业务系统的应用支撑。

3.1.2 物联网云平台架构设计

物联网软件平台的开发采用微服务架构，微服务核心组件通过调用HTTP、MQTT、CoAP三种通讯微服务实现和设备、网关的设备连接、遥感数据采集、控制指令发送等。引入规则链进行业务逻辑编制，数据通讯采用消息队列。物联网软件平台作为业务系统（综合管廊智慧管控平台）的数据和应用支撑。引入Zookeeper架构，实现平台的集群部署和高可用（见图1）。

图1 智慧管廊物联网平台架构示意

3.1.3 物联网云平台开发

参考国内外物联网平台的功能实现，采用java语言开发适合智慧管廊应用场景的物联网平台（见图2）。

图2 智慧管廊物联网平台界面

3.2 物联网边缘计算的研究和应用

通过在管廊现场（防火分区设备间）设置管廊边缘计算控制器，实现就地化数据采集、设备联动、数据上传，可以大大提高数据效率，并节省电缆。

管廊边缘计算控制器主要汇总环境和设备监控、安防、通讯、结构监测等系统的数据，常用协议为MQTT、OPC UA、Modbus、ODBC、视频（码流）等，实现不同系统之间的设备联动。数据上传将采集的数据上传给物联网平台（见图3）。

图3 综合管廊边缘计算网关

3.3 物联网终端的应用

采用物联网技术，对综合管廊进行全方位的监控和数据采集。针对环境与设备监控、安全防范、通信、火灾自动报警、可燃气体报警、电子标签、巡检机器人、结构检测、管线监测、其他智能终端都采用物联网终端设备进行采集。配置原则如表1所示。

4 结语

通过物联网技术在综合管廊智慧化中云、边、端的全方位应用，大大提高了综合管廊的信息感知能力，降低了综合管廊数据采集的难度，避免了数据孤岛，提高了系统平台数据的承载能力，从而间接提高了综合管廊的智能化管控水平与运行效率，降低了运维管理成本，保障了综合管廊、市政管线和人员的安全。