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隨著城市化進程的加快，城市中各種行業(yè)，例如供水、燃氣、電力、通信、智能交通控制等都需要敷設大量的地下管網(wǎng)。為了應對復雜的城市地下管網(wǎng)建設，已有案例如云南省昆明市為適應現(xiàn)代城市發(fā)展需要，建造了箱體式地下綜合管構系統(tǒng)，并采用高技術手段對整個地下管網(wǎng)進行智能化平臺管理。本文將對該管網(wǎng)系統(tǒng)和管理平臺進行系統(tǒng)性介紹。
為了杜絕由于行業(yè)營運商自行開挖城市道路敷設管道，導致重復開挖、浪費地下空間資源、施工混亂等弊病，現(xiàn)在已有在市政管道線路建設中采用新型綜合管溝技術，以實現(xiàn)一次挖埋、一次建設、一次安裝、最大限度減少了路面開挖次數(shù)，避免了由于道路開挖影響城市交通和市民出行，提高了道路的完好率和管線的耐用性，既保護了街容街貌，又為城市發(fā)展預留了寶貴的地下空間資源。
項目背景
云南省昆明市廣福路與昆洛路是昆明主城與呈貢新城、以及沿滇池大昆明城市圈的中心走廊。這兩條道路交通功能完備，隨之配套的沿線電力、電信、自來水、煤氣、消防、雨污水管等地下管線的建設也成為一個重大的市政問題。針對昆明市這樣兩條重要道路的管網(wǎng)，項目計劃采用新技術對二路的管網(wǎng)進行改造，并實現(xiàn)城市道路地下管網(wǎng)的現(xiàn)代化管理。
已建的廣福路與昆洛路沿線綜合管溝全長約34公里，設計每隔400米劃分為一段。綜合管溝箱體采用鋼筋混凝土單孔矩形箱涵結構，標準斷面尺寸為4.7米×3米，其內(nèi)部凈尺寸為4米×2.3米。綜合管溝設置用于通風的通風口、用于放入大型設備或材料的投料口、供人員進出管溝的出入口及各種支線引出口，管溝能非常方便將各種管線引入或引出。
對于這樣一個龐大的地下綜合管線建筑，需要對綜合管網(wǎng)的設備運行及安全防范狀況進行實時檢測和監(jiān)控。在管網(wǎng)控制中心，要能對整個管網(wǎng)實現(xiàn)智能監(jiān)控和監(jiān)視。譬如，作為沿線重要的電力和通訊系統(tǒng)線網(wǎng)，將涉及到沿線各子系統(tǒng)的正常運行。為了實現(xiàn)管溝內(nèi)部設備的綜合管理，需要對各區(qū)域管溝實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控，所以集中管理具有十分重要的意義。
為了實現(xiàn)綜合管理，在綜合管溝的內(nèi)部每隔400米設置有一道防火門，在兩防火門之間為一個接入?yún)^(qū)域。每個區(qū)域需要向控制中心上傳視頻信號、區(qū)域內(nèi)進出井蓋的狀態(tài)信號、出入門和防火門按鈕信號，以及區(qū)域與中心之間的IP電話、自動控制網(wǎng)絡信號。整個管路系統(tǒng)由控制中心的集成平臺負責運行監(jiān)控，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的具體管理，同時也提供一些擴展的功能，以滿足各子系統(tǒng)的功能需求，使整個系統(tǒng)能夠更加可靠、穩(wěn)定地運行。
本管溝智能化監(jiān)控系統(tǒng)共設計了98個前端監(jiān)測區(qū)域，每個區(qū)域包含1~4路視頻，共計255路視頻。同時每個區(qū)域包含供出入口和防火門使用的6路正向和2路反向開關量信號、多路低速232/485數(shù)據(jù)、以及IP電話和自動控制系統(tǒng)。為了滿足沿線視頻監(jiān)控、設備狀態(tài)檢測及自動控制、電話通訊的需求，系統(tǒng)設計本著多系統(tǒng)協(xié)同運行，一體化統(tǒng)籌傳輸?shù)睦砟睿O計考慮使用一個共享的光纖網(wǎng)絡實現(xiàn)各類信號的傳輸。
從管溝情況和管理要求可以看出，該系統(tǒng)存在前端點位多、分布廣泛、附帶數(shù)據(jù)類型復雜、可用光纖資源少等特點，如采用傳統(tǒng)點對點(前端點與中控點)方式，則光纖資源消耗將非常大，所以設計考慮選用一種高效、可靠的新型傳輸方式來滿足該工程多種類、多點數(shù)信號傳輸?shù)男枨蟆?br /> 設計考慮
傳輸方式選擇
根據(jù)本項目前端區(qū)域環(huán)境溫濕度可控性差的特點，要實現(xiàn)在前端監(jiān)測點錄像困難較大，因此設計將所有前端區(qū)域視頻和控制數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)娇刂浦行倪M行監(jiān)看和錄像，監(jiān)測區(qū)域與中心之間的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和開關量控制數(shù)據(jù)也同時傳輸?shù)娇刂浦行摹Ｓ捎谇岸藬?shù)量多，對系統(tǒng)傳輸方案有比較嚴格的要求。
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圖1節(jié)點掉電故障光路保護功能示意圖
如圖1在某個節(jié)點出現(xiàn)掉電故障后，節(jié)點光端機內(nèi)置的光路保護功能將使得光路可以跳過該故障節(jié)點，不影響到前后節(jié)點圖像等信號的傳輸。在故障節(jié)點恢復供電后，該節(jié)點的運行自動恢復。該光路自保護功能，為防止節(jié)點供電故障而影響系統(tǒng)正常運行起到了關鍵的作用。
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圖2鏈式傳輸無法屏蔽單點鏈路故障圖
鑒于此，在本工程中，系統(tǒng)采取了環(huán)狀架構來保障信號的傳輸，環(huán)路具備自愈功能，在任意點出現(xiàn)光纖斷裂，系統(tǒng)會重新指定所使用的光線傳輸路徑，從而達到不間斷傳輸?shù)墓δ堋Ｅc此同時，系統(tǒng)中心的網(wǎng)管軟件可以根據(jù)故障情況進行提示，提醒用戶對出現(xiàn)異常的光路進行檢查。光纖環(huán)路架構示意圖見圖3。
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圖3環(huán)路自愈功能，自動屏蔽故障的光纖
該系統(tǒng)中，同時采用了組環(huán)和光路保護功能，可以屏蔽任意節(jié)點斷電故障，并具備在鏈路上單點光纖斷裂后仍可以正常維持整個系統(tǒng)的運行，由此，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
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圖4接入點分布情況圖
該系統(tǒng)中所有前端視頻圖像和其它信號經(jīng)過前端節(jié)點光發(fā)射機接入主干光纖，每個節(jié)點光端機最大接入4路視頻圖像，提供反向2路共享RS422信道，用于傳輸前端快球的控制信號。同時每個節(jié)點構建2路雙向獨立數(shù)據(jù)信道供前端控制設備與中心進行連接，本系統(tǒng)中其中1路用于傳輸開關量信號。前端的開關量信號通過開關量采集器，轉換為RS422信號進入百節(jié)點光端機進行統(tǒng)一傳輸。每個節(jié)點機提供的100M共享以太網(wǎng)用于傳輸自控系統(tǒng)信號和IP電話信號。
所有前端接入信號在中心接收機上進行統(tǒng)一輸出，在中心接收機上通過相應的板卡來提供相應的接口。在系統(tǒng)容量需要增減時，通過增加前端發(fā)射機以及中心板卡，即可實現(xiàn)鏈路視頻、數(shù)據(jù)、音頻、電話、開關量的擴展。
系統(tǒng)中共有4套64節(jié)點光傳輸接收設備，視頻信號從64節(jié)點接收機8路視頻輸出板輸出到視頻分配器，共使用16臺視頻分配器對255路視頻進行復制分配，一組輸出到硬盤錄像機進行錄像，另一組輸出到矩陣，供電視墻使用。矩陣通過模擬鍵盤進行切換控制，硬盤錄像機通過客戶端軟件瀏覽實時視頻及錄像資料。
攝像機的PTZ控制信號在中心通過多協(xié)議轉換器進行連接，4臺接收機的控制端口與多協(xié)議轉換器控制輸出口相連，多協(xié)議轉換器支持多種協(xié)議輸入，可實現(xiàn)多種設備控制前端攝像機，也就是說通過矩陣和硬盤錄像機都可對可控攝像機的PTZ進行控制，可以為后臺客戶端通過網(wǎng)絡方式訪問系統(tǒng)。
系統(tǒng)4臺節(jié)點傳輸接收端的網(wǎng)絡信號連接到交換機，通過交換機接入到自控系統(tǒng)電腦以及IP電話服務器。報警信號由4臺64節(jié)點接收機全輸出到開關量采集器的接收機，將前端的開關量信號輸出給報警系統(tǒng)主機，由報警主機實現(xiàn)系統(tǒng)的布防、撤防以及聲光聯(lián)動。通過報警碼轉換器將報警主機的報警碼轉換為矩陣能夠識別的報警信號，由矩陣實現(xiàn)圖像聯(lián)動報警，當綜合管溝內(nèi)部發(fā)生報警時，報警區(qū)域附近的攝像機圖像在指定布防監(jiān)視器上自動彈出。
結語
昆明市廣福路與昆洛路綜合管溝工程及基于光纖環(huán)網(wǎng)的管溝綜合監(jiān)控平臺為同類型市政綜合管網(wǎng)建設起到了示范作用。但是，由于市政綜合管網(wǎng)建設的特性，其應用功能龐大、節(jié)點數(shù)量眾多、分布情況復雜，同時，可利用傳輸資源又非常有限，因此如何適應實際情況，拓展更多應用業(yè)務，是綜合管網(wǎng)設計和建設中首先需要解決的一道難題。
本方案基于時分復用技術節(jié)點插入光端機，以及百節(jié)點自愈環(huán)傳輸系統(tǒng)的正確選用是工程得以成功實施的關鍵。該工程及應用技術的特點是：能夠利用有限的光纖資源，通過2芯光纖插入100個節(jié)點，最大可接入2000路視頻資源，最大同時傳輸128路視頻，附帶的通道可以支持128路以上的低速數(shù)據(jù)，同時可以選擇支持128路雙向語音信號，并可以為每個節(jié)點提供1路100M共享以太網(wǎng)通道。此外，通過附加相應設備，可以實現(xiàn)開關量、E1等常用數(shù)據(jù)格式的傳輸。
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