浅谈物联网技术在上海某综合管廊中的应用

摘要：以上海九星公用隧道环境与设备监控系统物联网计为例，对物联网与传统方案进行了对比研究。与传统方案相比，物联网具有终端无线联网、应用业务部署灵活、终端联网易于扩展、施工维护成本低等优点，可提高公用隧道的智能化水平，促进公用隧道的数字化转型。

关键字：公用隧道；环境和设备监控；物联网；数字化转型

引言

 公用隧道工程是城市生存和发展的基础设施，承担着城市信息传递、能源运输、排水减灾、废物排弃等重要功能。公用隧道建设作为“十三五"国家战略bai强工程和“十四五"韧性城市建设发展的前沿阵地，已进入我国规模化发展和创新阶段。这条“城市生命线"的安全稳定运行是未来城市建设发展中需要关注的问题。

１项目背景

 九星公用隧道位于上海市闵行区七宝九星区，全长约2465，包括星北路公用隧道、智联路公用隧道和监控中心。ｍ，布局为“工厂"字形，其中:星北路公用隧道位于星北路南侧人行道和绿化带下，西起智联路、东至虹莘路为公用舱和电力舱双舱，长约715。ｍ；位于智联路西侧人行道下的智联路综合管廊，南起平延路，北至星北路，为综合舱单舱，长约1730。ｍ；监控中心位于东兰路、智联路路口北侧地块的地下空间，通过连接通道与公用隧道连接。九星公用隧道布局图如图1所示。

图1九星公用隧道布局图

2设计方案

（1）传统方案

 传统的环境和设备监控系统主要由工业以太网交换机、可编程控制器、远程I/O模块和环境监控相关检测仪器组成。如图2所示，传统环境和设备监控系统的框架；如图3所示，传统环境和设备监控系统的布局。

图2传统环境和设备监控系统架构

 从上到下，传统的环境和设备监控系统可以分为后台管理层、中间传输层和前端感知层。

后台管理层位于公用隧道控制中心，主要由交换机、工作站、服务器等组成。后台管理层通过中间传输层集中存储、处理和展示前端感知层收集的信息，实现对管廊的远程监控和管理。

图3传统环境和设备监控系统布局图

 中间传输层主要由可编程控制器、远程I/O、连接交换机和电缆。可编程控制器设置在管廊内各分变电站，负责区域监控区间的联动控制和监控信息上传。在每个进气口/排气井设置一套远程I/O模块，负责收集、上传和发出基本监控区间内所有防火区域的联动控制信号。编程控制器可以通过管廊内的环境监控信息、设备监控信息和电力监控信息进行远程I/O模块反馈，完成设备的控制(联动)，通过信息传输网络实现与监控中心后台管理系统的信息交互。主要监控箱内的温度感知层位于综合管廊。

 控制方法分为中央级、地方级和现场级，可实现监控中心中央级远程控制、编程站自动/手动控制和现场控制箱自动/手动控制。

（2）物联网计划

 物联网环境和设备监控系统可以从上到下分为中心层、传输层和接入层。图4显示了物联网环境和设备监控系统的结构图；图5显示了物联网环境和设备监控系统的布局。

图4物联网环境及设备监控系统架构

 中心层主要包括物联网管理平台及其硬件支持设备，部署在监控中心，实现统一部署和定期更新应用业务、环境和设备监控系统信息存储和可视化展示等功能，并与公用隧道统一管理平台共享信息。

图5物联网环境及设备监控系统

 传输层主要包括主干光纤、交换机和物联网网关，通过构建自愈光纤干线环网，上传和发布中心层和接入层的信息。

 接入层主要包括物联网无线网络设备、物联网边缘接入设备、现场机电设备和环境监测仪器等。物联网无线网络设备用于构建现场网格网络。（Mesh），现场机电设备及环境监测仪表无线连接物联网边缘接入设备，边缘计算与机器通信(M2)M）等。

（3）方案比较选择

 公用隧道一般呈“群状"分布，由同一规划区域的几个公用隧道组成，具有狭长、舱室多、入口隧道管道类型复杂等特点。为了保证良好的运行环境，需要配备通风、排水、照明等机电设备，并设置环境监控系统，实现环境监控和机电设备监控。

 在传统方案中，可编程逻辑控制器主要用于环境和设备监控系统，通风范围一般用于基本监控单元。每个基本监控单元设置一套可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器通过有线方式连接基本监控单元内的机电设备和传感仪表，实现对机电设备和传感仪表的集中控制和统一管理。

 作为一种新技术，物联网主要采用边缘计算、终端无线网络、机器通信(M2)M）等等，物联网方案与传统方案的比较如下表1所示。

表1物联网方案与传统方案的比较

 公用隧道机电设备多，环境潮湿。传统方案容易出现接触不良等线路故障，导致系统故障，维护费时费力。物联网提供的终端无线联网可以大大降低综合布线，不仅可以降低管道和安装调试的成本，还可以降低许多电缆造成的故障，提高系统稳定性。

 公用隧道入口管道类型复杂，入口时间不同。不同的管道对管道监控内容有不同的要求。然而，公用隧道的建设往往落后于公用隧道的建设。在公用隧道建设之初，传统方案一般会为管道监控接入预留一个接口[4]，但实际上往往很难准确预留。预留的接口也限制了管道监控的内容和监控点的设置。与传统方案相比，物联网终端无线联网可以兼容未来入口管道监控的访问和并网，节省后期管道入口建设的投资。

（4）网格网络（Mesh）

 网格网络（Mesh）也就是说，无线网格网络是一种多跳网络，是一种可以不断扩展的动态网络架构。无线Mesh网络是分散的。当中间节点设备离线时，可以重新计算新的路由，满足业务互动，大大降低整体故障率。任何两种设备都可以保持无线互联。与单跳网络相比，它具有网络更强、网络扩展更灵活、网络架构动态调整等优点。

 网格网络如图6所示，以防火分隔为基本通信单元，每个基本通信单元包括电力舱防火分区和综合舱防火分区。每个基本通信单元设置一套物联网网关，每个基本通信单元设置4套物联网无线网络设备，支持各种物联网协议的网格网络组网。

物联网网关主要用于网格网络管理，包括网络节点管理、网络拓扑管理、协议转换、分组交换、路由选择、错误检查、流量控制、拥堵控制等功能。，并使用软件定义网络（SDN）结构，将网络控制平面与数据平面分离，解耦。

图6网格网络示意图

（5）实现功能

 环境和设备监控系统的主要功能包括环境监控、设备监控和电力监控，为公用隧道的稳定运行提供保障。环境监控主要包括公用隧道内的温度、湿度、氧气含量和液位；设备监控主要包括公用隧道内排水设备、通风设备和照明设备的联动控制和运行状态；电力监控主要包括公用隧道内的高低压配电柜、EPS设备和UPS设备的供电状态。

 物联网边缘接入设备部署在现场机电设备控制箱或环境监测器旁边，通过I/O或通信口与机电设备控制箱或环境监测器连接，通过网格网络实现机电设备或环境监测器的无线连接，同时实现以下功能:

 接受物联网管理平台发布的应用业务并进行边缘部署；

 实现数据发布/订阅、机器通信(M2)M）边缘计算等；

 将环境监测数据和机电设备运行状态信息反馈给物联网管理平台。

3AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平台

（1）平台概述

 AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监控于一体，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制、综合数据服务等方面提供数据支持。为建立可靠、安全、高效的公用隧道管理系统，解决了公用隧道管理过程中内部干扰性强、用户多、协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性。

（2）平台构成

 安科瑞城市地下公用隧道能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电站环境监控系统、智能电机监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可以通过浏览器和手机APP获取数据，集中监控、统一管理和统一调度管廊用电和用电安全，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

（3）平台拓扑

4有关平台部署硬件选择清单

电力监控和配电室环境监控系统

电火监测系统

消防设备电源监控系统

防火门监控系统

火灾应急照明及疏散指示系统

5结语

 物联网作为“十四五"规划倡导的新技术，是数字化转型的重要基础。物联网在公用隧道中的应用具有明显的优势，可以很好地满足管道逐渐进入隧道并伴随着监控需求的动态调整，实现公用隧道物与物、物与人之间的普遍连接，为公用隧道的数字化转型和数字化赋能提供数据基础。后期结合大数据分析和AI辅助决策，可提供公用隧道运行监控和运行管理的智能化程度。根据物联网技术在公用隧道中的应用，一方面可以推动物联网技术与安全报警系统、火灾解决系统

参考文献

【1】刘新秀.物联网技术在综合管廊中的应用.

【2】谢军.“综合管廊群"监控系统研究与设计［Ｊ］．中国工程，2017.

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05