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　　隨著城市化進(jìn)程的加快，城市中各種行業(yè)，例如供水、燃?xì)狻㈦娏?、通信、智能交通控制等都需要敷設(shè)大量的地下管網(wǎng)。為了應(yīng)對復(fù)雜的城市地下管網(wǎng)建設(shè)，已有案例如云南省昆明市為適應(yīng)現(xiàn)代城市發(fā)展需要，建造了箱體式地下綜合管構(gòu)系統(tǒng)，并采用高技術(shù)手段對整個地下管網(wǎng)進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)性介紹。
　　為了杜絕由于行業(yè)營運(yùn)商自行開挖城市道路敷設(shè)管道，導(dǎo)致重復(fù)開挖、浪費(fèi)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(shè)中采用新型綜合管溝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)一次挖埋、一次建設(shè)、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(hù)了街容街貌，又為城市發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間資源。
　　項(xiàng)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(shè)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(xiàng)目計劃采用新技術(shù)對二路的管網(wǎng)進(jìn)行改造，并實(shí)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(shè)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(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置用于通風(fēng)的通風(fēng)口、用于放入大型設(shè)備或材料的投料口、供人員進(jìn)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(shè)備運(yùn)行及安全防范狀況進(jìn)行實(shí)時檢測和監(jiān)控。在管網(wǎng)控制中心，要能對整個管網(wǎng)實(shí)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(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)管溝內(nèi)部設(shè)備的綜合管理，需要對各區(qū)域管溝實(shí)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(shí)現(xiàn)綜合管理，在綜合管溝的內(nèi)部每隔400米設(shè)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(jìn)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(luò)信號。整個管路系統(tǒng)由控制中心的集成平臺負(fù)責(zé)運(yùn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對各子系統(tǒng)的具體管理，同時也提供一些擴(kuò)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(yùn)行。
　　本管溝智能化監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)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(guān)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(shè)備狀態(tài)檢測及自動控制、電話通訊的需求，系統(tǒng)設(shè)計本著多系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，一體化統(tǒng)籌傳輸?shù)睦砟?，設(shè)計考慮使用一個共享的光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(diǎn)位多、分布廣泛、附帶數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、可用光纖資源少等特點(diǎn)，如采用傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)(前端點(diǎn)與中控點(diǎn))方式，則光纖資源消耗將非常大，所以設(shè)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(diǎn)數(shù)信號傳輸?shù)男枨蟆?br />　　設(shè)計考慮
　　傳輸方式選擇
　　根據(jù)本項(xiàng)目前端區(qū)域環(huán)境溫濕度可控性差的特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)在前端監(jiān)測點(diǎn)錄像困難較大，因此設(shè)計將所有前端區(qū)域視頻和控制數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)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(guān)量控制數(shù)據(jù)也同時傳輸?shù)娇刂浦行?。由于前端?shù)量多，對系統(tǒng)傳輸方案有比較嚴(yán)格的要求。

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　　圖1節(jié)點(diǎn)掉電故障光路保護(hù)功能示意圖

　　如圖1在某個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)掉電故障后，節(jié)點(diǎn)光端機(jī)內(nèi)置的光路保護(hù)功能將使得光路可以跳過該故障節(jié)點(diǎn)，不影響到前后節(jié)點(diǎn)圖像等信號的傳輸。在故障節(jié)點(diǎn)恢復(fù)供電后，該節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行自動恢復(fù)。該光路自保護(hù)功能，為防止節(jié)點(diǎn)供電故障而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行起到了關(guān)鍵的作用。

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　　圖2鏈?zhǔn)絺鬏敓o法屏蔽單點(diǎn)鏈路故障圖

　　鑒于此，在本工程中，系統(tǒng)采取了環(huán)狀架構(gòu)來保障信號的傳輸，環(huán)路具備自愈功能，在任意點(diǎn)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(dá)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(jìn)行提示，提醒用戶對出現(xiàn)異常的光路進(jìn)行檢查。光纖環(huán)路架構(gòu)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(hù)功能，可以屏蔽任意節(jié)點(diǎn)斷電故障，并具備在鏈路上單點(diǎn)光纖斷裂后仍可以正常維持整個系統(tǒng)的運(yùn)行，由此，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

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　　圖4接入點(diǎn)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(diǎn)光發(fā)射機(jī)接入主干光纖，每個節(jié)點(diǎn)光端機(jī)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(diǎn)構(gòu)建2路雙向獨(dú)立數(shù)據(jù)信道供前端控制設(shè)備與中心進(jìn)行連接，本系統(tǒng)中其中1路用于傳輸開關(guān)量信號。前端的開關(guān)量信號通過開關(guān)量采集器，轉(zhuǎn)換為RS422信號進(jìn)入百節(jié)點(diǎn)光端機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一傳輸。每個節(jié)點(diǎn)機(jī)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(jī)上進(jìn)行統(tǒng)一輸出，在中心接收機(jī)上通過相應(yīng)的板卡來提供相應(yīng)的接口。在系統(tǒng)容量需要增減時，通過增加前端發(fā)射機(jī)以及中心板卡，即可實(shí)現(xiàn)鏈路視頻、數(shù)據(jù)、音頻、電話、開關(guān)量的擴(kuò)展。
　　系統(tǒng)中共有4套64節(jié)點(diǎn)光傳輸接收設(shè)備，視頻信號從64節(jié)點(diǎn)接收機(jī)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(jìn)行復(fù)制分配，一組輸出到硬盤錄像機(jī)進(jìn)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(jìn)行切換控制，硬盤錄像機(jī)通過客戶端軟件瀏覽實(shí)時視頻及錄像資料。
　　攝像機(jī)的PTZ控制信號在中心通過多協(xié)議轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接，4臺接收機(jī)的控制端口與多協(xié)議轉(zhuǎn)換器控制輸出口相連，多協(xié)議轉(zhuǎn)換器支持多種協(xié)議輸入，可實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備控制前端攝像機(jī)，也就是說通過矩陣和硬盤錄像機(jī)都可對可控攝像機(jī)的PTZ進(jìn)行控制，可以為后臺客戶端通過網(wǎng)絡(luò)方式訪問系統(tǒng)。
　　系統(tǒng)4臺節(jié)點(diǎn)傳輸接收端的網(wǎng)絡(luò)信號連接到交換機(jī)，通過交換機(jī)接入到自控系統(tǒng)電腦以及IP電話服務(wù)器。報警信號由4臺64節(jié)點(diǎn)接收機(jī)全輸出到開關(guān)量采集器的接收機(jī)，將前端的開關(guān)量信號輸出給報警系統(tǒng)主機(jī)，由報警主機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的布防、撤防以及聲光聯(lián)動。通過報警碼轉(zhuǎn)換器將報警主機(jī)的報警碼轉(zhuǎn)換為矩陣能夠識別的報警信號，由矩陣實(shí)現(xiàn)圖像聯(lián)動報警，當(dāng)綜合管溝內(nèi)部發(fā)生報警時，報警區(qū)域附近的攝像機(jī)圖像在指定布防監(jiān)視器上自動彈出。
　　結(jié)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(shè)起到了示范作用。但是，由于市政綜合管網(wǎng)建設(shè)的特性，其應(yīng)用功能龐大、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多、分布情況復(fù)雜，同時，可利用傳輸資源又非常有限，因此如何適應(yīng)實(shí)際情況，拓展更多應(yīng)用業(yè)務(wù)，是綜合管網(wǎng)設(shè)計和建設(shè)中首先需要解決的一道難題。
　　本方案基于時分復(fù)用技術(shù)節(jié)點(diǎn)插入光端機(jī)，以及百節(jié)點(diǎn)自愈環(huán)傳輸系統(tǒng)的正確選用是工程得以成功實(shí)施的關(guān)鍵。該工程及應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)提供1路100M共享以太網(wǎng)通道。此外，通過附加相應(yīng)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量、E1等常用數(shù)據(jù)格式的傳輸。