摘要：以上海九星公用隧道環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)計為例，對物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)方案進(jìn)行了對比研究。與傳統(tǒng)方案相比，物聯(lián)網(wǎng)具有終端無線聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)用業(yè)務(wù)部署靈活、終端聯(lián)網(wǎng)易于擴(kuò)展、施工維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可提高公用隧道的智能化水平，促進(jìn)公用隧道的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
關(guān)鍵字：公用隧道；環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化轉(zhuǎn)型
引言
公用隧道工程是城市生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著城市信息傳遞、能源運(yùn)輸、排水減災(zāi)、廢物排棄等重要功能。公用隧道建設(shè)作為“十三五"國家戰(zhàn)略bai強(qiáng)工程和“十四五"韌性城市建設(shè)發(fā)展的前沿陣地，已進(jìn)入我國規(guī)模化發(fā)展和創(chuàng)新階段。這條“城市生命線"的安全穩(wěn)定運(yùn)行是未來城市建設(shè)發(fā)展中需要關(guān)注的問題。
１項目背景
九星公用隧道位于上海市閔行區(qū)七寶九星區(qū)，全長約2465，包括星北路公用隧道、智聯(lián)路公用隧道和監(jiān)控中心。ｍ，布局為“工廠"字形，其中:星北路公用隧道位于星北路南側(cè)人行道和綠化帶下，西起智聯(lián)路、東至虹莘路為公用艙和電力艙雙艙，長約715。ｍ；位于智聯(lián)路西側(cè)人行道下的智聯(lián)路綜合管廊，南起平延路，北至星北路，為綜合艙單艙，長約1730。ｍ；監(jiān)控中心位于東蘭路、智聯(lián)路路口北側(cè)地塊的地下空間，通過連接通道與公用隧道連接。九星公用隧道布局圖如圖1所示。
圖1九星公用隧道布局圖
2設(shè)計方案
（1）傳統(tǒng)方案
傳統(tǒng)的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、可編程控制器、遠(yuǎn)程I/O模塊和環(huán)境監(jiān)控相關(guān)檢測儀器組成。如圖2所示，傳統(tǒng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的框架；如圖3所示，傳統(tǒng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的布局。
圖2傳統(tǒng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
從上到下，傳統(tǒng)的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以分為后臺管理層、中間傳輸層和前端感知層。
后臺管理層位于公用隧道控制中心，主要由交換機(jī)、工作站、服務(wù)器等組成。后臺管理層通過中間傳輸層集中存儲、處理和展示前端感知層收集的信息，實現(xiàn)對管廊的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。
圖3傳統(tǒng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)布局圖
中間傳輸層主要由可編程控制器、遠(yuǎn)程I/O、連接交換機(jī)和電纜?？删幊炭刂破髟O(shè)置在管廊內(nèi)各分變電站，負(fù)責(zé)區(qū)域監(jiān)控區(qū)間的聯(lián)動控制和監(jiān)控信息上傳。在每個進(jìn)氣口/排氣井設(shè)置一套遠(yuǎn)程I/O模塊，負(fù)責(zé)收集、上傳和發(fā)出基本監(jiān)控區(qū)間內(nèi)所有防火區(qū)域的聯(lián)動控制信號。編程控制器可以通過管廊內(nèi)的環(huán)境監(jiān)控信息、設(shè)備監(jiān)控信息和電力監(jiān)控信息進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O模塊反饋，完成設(shè)備的控制(聯(lián)動)，通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與監(jiān)控中心后臺管理系統(tǒng)的信息交互。主要監(jiān)控箱內(nèi)的溫度感知層位于綜合管廊。
控制方法分為中央級、地方級和現(xiàn)場級，可實現(xiàn)監(jiān)控中心中央級遠(yuǎn)程控制、編程站自動/手動控制和現(xiàn)場控制箱自動/手動控制。
（2）物聯(lián)網(wǎng)計劃
物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以從上到下分為中心層、傳輸層和接入層。圖4顯示了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5顯示了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的布局。
圖4物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
中心層主要包括物聯(lián)網(wǎng)管理平臺及其硬件支持設(shè)備，部署在監(jiān)控中心，實現(xiàn)統(tǒng)一部署和定期更新應(yīng)用業(yè)務(wù)、環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)信息存儲和可視化展示等功能，并與公用隧道統(tǒng)一管理平臺共享信息。
圖5物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)
傳輸層主要包括主干光纖、交換機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，通過構(gòu)建自愈光纖干線環(huán)網(wǎng)，上傳和發(fā)布中心層和接入層的信息。
接入層主要包括物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設(shè)備、現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備和環(huán)境監(jiān)測儀器等。物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于構(gòu)建現(xiàn)場網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。（Mesh），現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測儀表無線連接物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設(shè)備，邊緣計算與機(jī)器通信(M2)M）等。
（3）方案比較選擇
公用隧道一般呈“群狀"分布，由同一規(guī)劃區(qū)域的幾個公用隧道組成，具有狹長、艙室多、入口隧道管道類型復(fù)雜等特點(diǎn)。為了保證良好的運(yùn)行環(huán)境，需要配備通風(fēng)、排水、照明等機(jī)電設(shè)備，并設(shè)置環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和機(jī)電設(shè)備監(jiān)控。
在傳統(tǒng)方案中，可編程邏輯控制器主要用于環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，通風(fēng)范圍一般用于基本監(jiān)控單元。每個基本監(jiān)控單元設(shè)置一套可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器通過有線方式連接基本監(jiān)控單元內(nèi)的機(jī)電設(shè)備和傳感儀表，實現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備和傳感儀表的集中控制和統(tǒng)一管理。
作為一種新技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)主要采用邊緣計算、終端無線網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器通信(M2)M）等等，物聯(lián)網(wǎng)方案與傳統(tǒng)方案的比較如下表1所示。
表1物聯(lián)網(wǎng)方案與傳統(tǒng)方案的比較
公用隧道機(jī)電設(shè)備多，環(huán)境潮濕。傳統(tǒng)方案容易出現(xiàn)接觸不良等線路故障，導(dǎo)致系統(tǒng)故障，維護(hù)費(fèi)時費(fèi)力。物聯(lián)網(wǎng)提供的終端無線聯(lián)網(wǎng)可以大大降低綜合布線，不僅可以降低管道和安裝調(diào)試的成本，還可以降低許多電纜造成的故障，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
公用隧道入口管道類型復(fù)雜，入口時間不同。不同的管道對管道監(jiān)控內(nèi)容有不同的要求。然而，公用隧道的建設(shè)往往落后于公用隧道的建設(shè)。在公用隧道建設(shè)之初，傳統(tǒng)方案一般會為管道監(jiān)控接入預(yù)留一個接口[4]，但實際上往往很難準(zhǔn)確預(yù)留。預(yù)留的接口也限制了管道監(jiān)控的內(nèi)容和監(jiān)控點(diǎn)的設(shè)置。與傳統(tǒng)方案相比，物聯(lián)網(wǎng)終端無線聯(lián)網(wǎng)可以兼容未來入口管道監(jiān)控的訪問和并網(wǎng)，節(jié)省后期管道入口建設(shè)的投資。
（4）網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)（Mesh）
網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)（Mesh）也就是說，無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)是一種多跳網(wǎng)絡(luò)，是一種可以不斷擴(kuò)展的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是分散的。當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備離線時，可以重新計算新的路由，滿足業(yè)務(wù)互動，大大降低整體故障率。任何兩種設(shè)備都可以保持無線互聯(lián)。與單跳網(wǎng)絡(luò)相比，它具有網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展更靈活、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)動態(tài)調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。
網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，以防火分隔為基本通信單元，每個基本通信單元包括電力艙防火分區(qū)和綜合艙防火分區(qū)。每個基本通信單元設(shè)置一套物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，每個基本通信單元設(shè)置4套物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，支持各種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要用于網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)管理，包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、協(xié)議轉(zhuǎn)換、分組交換、路由選擇、錯誤檢查、流量控制、擁堵控制等功能。，并使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，解耦。
圖6網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)示意圖
（5）實現(xiàn)功能
環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控和電力監(jiān)控，為公用隧道的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。環(huán)境監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)的溫度、濕度、氧氣含量和液位；設(shè)備監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備和照明設(shè)備的聯(lián)動控制和運(yùn)行狀態(tài)；電力監(jiān)控主要包括公用隧道內(nèi)的高低壓配電柜、EPS設(shè)備和UPS設(shè)備的供電狀態(tài)。
物聯(lián)網(wǎng)邊緣接入設(shè)備部署在現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備控制箱或環(huán)境監(jiān)測器旁邊，通過I/O或通信口與機(jī)電設(shè)備控制箱或環(huán)境監(jiān)測器連接，通過網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機(jī)電設(shè)備或環(huán)境監(jiān)測器的無線連接，同時實現(xiàn)以下功能:
接受物聯(lián)網(wǎng)管理平臺發(fā)布的應(yīng)用業(yè)務(wù)并進(jìn)行邊緣部署；
實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱、機(jī)器通信(M2)M）邊緣計算等；
將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息反饋給物聯(lián)網(wǎng)管理平臺。
3AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平臺
（1）平臺概述
AcrelEMS-UT公用隧道能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)控于一體，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制、綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面提供數(shù)據(jù)支持。為建立可靠、安全、高效的公用隧道管理系統(tǒng)，解決了公用隧道管理過程中內(nèi)部干擾性強(qiáng)、用戶多、協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性。
（2）平臺構(gòu)成
安科瑞城市地下公用隧道能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電站環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可以通過瀏覽器和手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度管廊用電和用電安全，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
（3）平臺拓?fù)?/span>
4有關(guān)平臺部署硬件選擇清單
電力監(jiān)控和配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
電火監(jiān)測系統(tǒng)
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
防火門監(jiān)控系統(tǒng)
火災(zāi)應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)
5結(jié)語
物聯(lián)網(wǎng)作為“十四五"規(guī)劃倡導(dǎo)的新技術(shù)，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)在公用隧道中的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢，可以很好地滿足管道逐漸進(jìn)入隧道并伴隨著監(jiān)控需求的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)公用隧道物與物、物與人之間的普遍連接，為公用隧道的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字化賦能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。后期結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和AI輔助決策，可提供公用隧道運(yùn)行監(jiān)控和運(yùn)行管理的智能化程度。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公用隧道中的應(yīng)用，一方面可以推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與安全報警系統(tǒng)、火災(zāi)解決系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
【1】劉新秀.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用.
【2】謝軍.“綜合管廊群"監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計［Ｊ］．中國工程，2017.
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05
