城市地下綜合管廊統一管理業務集成平臺

綜合管廊將電力、通信、燃氣、給排水等各種管線集于一體，有利于解決城市“拉鏈路”和空中“蜘蛛網”等問題，節約寶貴的土地資源，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。

為保障城市地下綜合管廊的安全、經濟和高效運行,針對系統集成、設備接口和數據兼容等問題,設計綜合管廊統一管理業務集成平臺。包括綜合管廊統一管理平臺的架構和接口設計、業務基礎平臺組件構成和在線巡檢技術、BIM和GIS可視化技術等。平臺可對系統感知到的管廊內部數據進行融合、分析和處理,并借助平臺內各業務模塊的集成設計,為各項管理工作提供一體化的智能解決方案。

綜合管廊是將各種用途的市政管線匯集到一個專用的地下隧道空間建設和安裝業務監控和管理系統。綜合管廊附屬設施中的應用子系統繁多，管廊的安全運行與監控管理需要保證各個子系統之間的數據一致。因此，要建立一個靈活并且能快速響應的統一管理系統架構，該架構既可包容現有的應用，又能滿足未來新的應用和業務需求，實現各個子系統信息的高度集成。這就要求管廊主體、附屬設施及高壓電纜、燃氣、熱力、給水、排水、通信等入廊管線與人之間實現信息的互聯互通。

一個城市地下綜合管廊統一管理平臺，可保證及時監測管廊內的消防、溫度、有毒氣體、氧氣含量等環境數據，并將信息傳遞至監控中心，對管廊內的機械風機、排水泵、供電設備、消防設施進行監測與監控。為實現對綜合管廊的環境參數、設備狀況、人員安全和運行維護的統一監控和統一管理。運用物聯網、GIS+BIM、云計算等新技術，設計一種城市地下綜合管廊統一管理業務集成平臺，可滿足管廊管理各種子系統的業務集成和數據融合。

綜合管廊統一管理業務集成平臺架構設計總體上采用SOA的模型體系，按多層模式組織各種服務和應用。體系的特點是松散耦合、兼容性強，便于復用和系統擴容與擴展。為更方便地對各種服務進行靈活配置，完成各種業務的數據交換，平臺采用服務總線的形式，將封裝的WEB Service注冊到企業總線上，這樣就實現了所有業務流程的統一管理和各個子系統的業務集成。利用系統的用戶管理權限平臺，可完成各個業務子系統的統一登錄和安全認證。

綜合管廊統一管理業務集成平臺主要有六大集成功能。

1、用戶界面集成。用戶界面集成可使用戶不需要反復在多個應用系統之間進行界面切換，提高操作的便捷性。

2、業務流程集成。通過SOA架構，將各個系統的業務流程集成于同一平臺，可方便地進行信息流程擴展和重組，提高系統的靈活性，降低系統的使用及維護成本。

3、應用集成。通過SOA架構將各應用子系統功能進行封裝，通過同一標準格式的數據交換和面向服務的系統調用等實現應用的集成，提高多應用子系統之間的信息共享及信息交互能力。

4、數據集成。通過SOA架構實現數據標注和數據交換的集成，進行基礎代碼、元數據、公共數據對象等的標準化定義，完成數據共享交換平臺對各類應用子系統的統一支撐。

5、管理集成。通過對系統設備、系統軟件等的統一配置、統一維護和更新，完成對各個業務子系統的集成管理。

6、安全認證集成。為各個子系統的用戶安全登錄和管理建立統一的用戶權限管理機制，實行統一授權管理、規范身份認證、保障用戶安全。

一般的綜合管廊監測與監控系統，各種廠商設備采用的接口協議不盡相同。如果不對接口協議進行統一，會造成接口協議數量眾多，平臺數據對接非常困難。因此，平臺要開發相應的組態軟件來兼容各種數據格式，還要完成不同數據格式之間的相互轉化，這樣就會造成平臺的兼容性及處理效率降低。平臺采用標準化的開放接口和兼容協議，與各個業務子系統可實現無縫連接，包括多種通信接口的傳輸協議的轉換等。其中多源數據的接入有兩種實現方式：

1、通過設置防火墻和軟件接口等設備，利用原系統的Modbus和OPC等協議接口的輸入輸出功能，實現與原管廊設備安全防范系統、環境監控監測系統和數據通信系統等的信息接口對接。

2、為獲取管廊本體及附屬設施的液位、壓力、溫度等監測數據，可通過設置串口服務器的方式，與DCS和PLC提供的RS232/485接口進行對接，由融合控制主機統一接收串口服務器送來的監測與監控數據，控制主機再匯總，傳給平臺，也可通過數據庫接入的方式進行數據傳輸。綜合管廊環境與設備監控系統的數據接口對接特性。

綜合管廊業務基礎平臺和在線巡檢管理系統為保證平臺的高效運行和數據處理的迅速準確，同時緊密結合各個業務管理子系統的實際應用，如巡檢指揮、安全運行、日常維護、應急處理等，平臺在數據采集和系統設計上主要通過實時數據顯示和視頻展示的方式，提供和呈現管廊內各個管線位置的設備運行狀況參數和環境狀況參數。

業務基礎平臺包括多個軟件應用子系統，如果每個子系統都是獨立的設計和架構，則系統的整體性和兼容性必然存在問題。從專項應用角度而言，雖然各個應用子系統是相對獨立的，但從整體角度而言，還是屬于同一個管理中心平臺，所以必須在基礎的業務設計和架構上進行統一的設計，開發公用的業務基礎平臺，在業務基礎平臺上再搭建和開發相應的專項應用系統，從而保證整個平臺的統一性和完整性。為向各個業務應用提供基本的框架支撐，業務基礎平臺提供組件化的開發部署模型，運用軟件構件的復用技術。業務基礎平臺可提供工作流引擎、數據的建模、報表引擎、數據編碼元、權限管理、配置管理及性能管理等，同時兼顧系統的靈活性、實用性、先進性和可升級性，減少系統開發成本。

為解決傳統管廊巡檢系統功能單一、實時性差、通信聯絡不便、業務流程分散的問題，定制開發了在線巡檢管理系統及對應的App。在線巡檢管理系統是利用軟交換、WiFi無線通信技術、NFC技術、在線流程管理技術開發的專門用于綜合管廊管理的多媒體巡查巡更管理系統。該系統主要由無線語音通信、可視化閉環巡檢管理、人員實時定位三大功能模塊組成，將巡更、維檢、人員管理、績效考核融為一體，提高管廊運維管理效率，降低運維成本，提升安全保障。

綜合管廊在線巡檢管理系統基于工業以太環網，主要由數據庫服務器、數據分析服務器、業務操作臺（人員定位、無線通信、可視化巡更）、AC控制器、無線AP、智能手機、標識卡等設備組成。

數據庫服務器可實現各種異構數據和信息的匯聚和集中存儲，為各種業務及大數據分析提供數據源；數據分析服務器可對海量數據進行融合分析，根據邏輯關系樹挖掘數據深層次信息，分析其內在關聯，實現災害預測預警，為災害超前控制提供判決手段；業務工作站可提供子系統人機界面，通過人工或自動方式實現各類子系統的業務操作和流程傳遞；AC控制器可實現對無線AP的集中控制和統一管理，如下發配置、修改相關配置參數、射頻智能管理、接入安全控制等，并上傳手機在AP上的聯系信息，實現手機定位；無線AP可實現WiFi無線信號覆蓋，為智能手機提供通話、數據傳輸所需的無線傳輸通道；智能手機配備給管廊巡查管理人員，可實現語音通話、位置定位、巡更打卡等各類終端功能，可配合不同的App軟件實現應用擴展；標識卡具有全球唯一ID碼，用于標注地點、設備，通過專用智能手機可讀取卡內信息，并支持雙向讀寫，標識卡采用無源設計，具有壽命長、免維護的特點。

GIS技術是一種為地理研究、地理決策和信息服務提供的計算機技術系統，又稱地理信息系統。它采用地理模型的研究方法，以地理空間為依托，可實時提供多種空間和不同動態的地理信息。BIM技術應用于一些微觀領域中的建筑設計，連接建筑主體不同建設階段的過程數據和有效資源。BIM核心模塊是單體精細化模型，包括最后竣工階段和竣工后日常的運維管理過程，管理和監督的信息具有完備性、關聯性、一致性、可視化、協調性和可模擬等特點。BIM模型對于三維GIS地理信息而言是一個重要的數據資源，可實現對建筑構件的精細化管理，使地理信息從宏觀轉向微觀。GIS地理信息側重于宏觀的地理環境信息的分析，具有靈活處理各種復雜地理數據的能力，從而可完成室內與室外一體化的管理。三維GIS地理信息系統可為BIM提供決策支持，并可根據周邊的宏觀地理信息，提供各種空間的分析、空間的查詢等三維GIS功能。BIM與GIS相結合，能更有效地提升運維管理平臺的智能性。

平臺設置單獨的GIS+BIM模塊，依據CAD圖紙、勘察資料及設計圖紙建模，將模型及相關信息導入GIS+BIM模塊，聯動運維管理平臺應用。BIM技術主要為平臺提供綜合管廊完整的工程施工信息和3D幾何信息，包括管廊主體、投料口、通風口、出線口等特殊節點，以及機電設備和控制設備等，管廊內設備與附屬設施之間的拓撲關系還包括監控設備提供的管廊內環境和設備運行信息等。GIS技術可使平臺更宏觀地呈現管廊的結構、形狀、走向、長度和類型等，能賦予綜合管廊所有結構和設備準確的地理信息屬性。GIS技術還能更全面地展示管廊沿線周邊的交通、地質、公共資源儲備情況，為管廊安全管理和應急救援工作提供輔助決策。平臺將BIM呈現的管廊屬性賦予GIS，在三維可視化環境中提供一種身臨其境的現場感，增強管廊業務人員對管廊地理空間的認知能力。平臺將GIS的準確地理信息賦予BIM技術，可為模型提供真實的地理位置信息屬性，保證平臺空間數據、空間信息服務的準確性。

在GIS與BIM結合的模型中，平臺可同步顯示氧氣、溫濕度、可燃氣體等環境狀態信息和排風機、照明、排水泵等設備的狀態信息，還可同步顯示廣播、電話等通訊設備的狀態信息、滅火器等消防設備的信息，以監控視頻數據和所有設備的位置信息等。此外，平臺對于人員的跟蹤定位主要通過GIS與BIM結合的模型與攝像頭跟蹤完成三維顯示，巡檢人員攜帶通訊設備進入管廊后，通過無線定位系統，平臺會自動監測到人員的位置并對其跟蹤，發生告警時，平臺會聯動調取周圍的監控。

在日常巡檢流程中，在GIS與BIM結合的模型中可直觀地看到不同管廊、不同分區、不同設備的具體位置及其狀態信息，通過無線定位技術設定巡檢軌跡和監控巡檢人員軌跡。在應急指揮過程中，還可對GIS進行圖層化的管理，查看應急物資、應急設施、設備等的位置，協助制定相應的應急逃生路線。同時可通過與廣播、電話和攝像頭等設備的聯動，指揮人員快速撤離。

綜合管廊統一管理業務集成平臺集成了環境與設備監控系統、安防系統、通信系統、火災自動報警系統和氣體報警系統等子系統。各個子系統的業務集成可實現統一管理、聯動控制及數據共享。平臺可采集各個子系統的設備運行參數、環境狀態參數、報警參數、人員信息、維護數據、安全數據等關鍵數據，通過數據模型和數據挖掘，為管理者提供決策和執行依據，如對溫濕度傳感器、光纖感溫探測器采集的長期數據進行分析，可預測不同季節、不同月份和不同工況的環境變化等。

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