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综合管沟配套管理系统简介综合管沟智能化设计将采用以计算机为核心的管理方式，通过以千兆光纤局域网作为整个系统的通讯核心，所有的数据信号及控制信号都要经过网络来传输。整合视频监控、IP电话、消防报警和自动化控制等方面的知识来实现对综合管沟内的实时情况进行监控。并通过自动化控制系统提供一些先进的管理方式，比如控制风机进行抽排风，以提供充足的氧气；控制抽水机对集水坑中的积水进行抽排；提供自动控制照明等操作。为今后的管理提供方便、快捷、准确、实时的信息，更加合理的利用一切资源来加强管理的力度。为在综合管沟内的设施，以及在管沟内的人员提供一个安全、可靠的环境。3.2系统的构成设计图2： 智能化管理系统结构图从上图可看出，整个系统由网络系统、视频管理系统、自动控制系统、电话通讯系统和火灾报警系统构成。各子系统分别满足功能需求，并实现相应的功能，即相对独立，但又具有一定的联动性。集成子系统实现对各子系统的具体管理，同时也提供一些扩展的功能，以满足各子系统的功能需求，使整个系统能够更加可靠、稳定的运行。3.3系统各子系统的设计3.3.1 网络系统的设计3.3.1.1 系统的构成根据上述设计原则以及综合管沟智能化管理系统的实际需求，并结合综合管沟现场实际情况的勘察，网络系统应采取三级结构来构建系统，这样才能充分发挥网络的性能。整个网络的系统拓扑设计如下图如示：图3： 网络系统拓扑结构图根据两条综合管沟的实际情况及工作需要，在控制中心设一台核心交换机，负责对昆洛路和广福路网络数据交换和网络管理。核心交换机通过千兆光纤接入到分别位于昆洛路和广福路的两台汇聚交换机，而汇聚交换机负责收集终端设备传送过来的数据，以及下传控制中心发送过来的控制信号到终端设备；最后，汇聚交换机也通过千兆光纤连接到分布在综合管沟内各路段的工作组交换机。这样就构成了一个三层结构的FDDI光纤环网，实现千兆骨干局域网，百兆到各路段的FDDI环网系统，充分保证了网络的可靠性和高速性5。3.3.1.2 系统的组成系统将由三个部分组成，分别是控制中心部份、昆洛路综合管沟内现场部分和广福路综合管沟内现场部分。各部分的详细组成如下；（1） 控制中心：在控制中心设置一台核心交换机，负责对整个网络系统的数据的交换和转发，并应具备对网络设备的远程管理功能。并通过FDDI光纤环网与昆洛路和广福路的汇聚交换机进行连接，构成网络交换通道。（2） 昆洛路：在昆洛路综合管沟内每间隔400米设置1台交换机，共需要设置56台交换。先在广福立交桥附近设置1台汇聚交换机，负责对管沟内的所有数据的交换和转发，并负责与控制中心通讯。再设置55台工作组交换机，负责对终端设备进行数据交换和通讯。各交换机之间采用两根室外单模光纤进行连接，采用100M的网络传输速率。而汇聚层交换机与控制中心的核心交换机之间采用两室外单模光纤进行连接，采用1000M的网络传输速率。这样就构成了两个相对独立的FDDI光纤环网。（3） 广福路：在广福路综合管沟内也每间隔400米设置1台交换机，共需要设置39台交换。先在广福立交桥附近设置1台汇聚交换机，负责对管沟内的所有数据的交换和转发，并负责与控制中心通讯。再设置38台工作组交换机，负责对终端设备进行数据交换和通讯。各交换机之间采用两根室外单模光纤进行连接，采用100M的网络传输速率。而汇聚层交换机与控制中心的核心交换机之间采用两室外单模光纤进行连接，采用1000M的网络传输速率。这样就构成了两个相对独立的FDDI光纤环网。3.3.1.3 系统的设计说明这样设计网络系统的原因主要是以下几点；（1） 根据消防部门的要求，在综合管沟内每隔400米应该设置一道防火门，以确保管沟内的安全，因此，才设计在综合管沟内每间隔400米设置1台交换机；（2） 由于两台交换机之间间隔400米，使用双绞线无法进行连接，所以采用单模光纤进行连接；而之所以不选择多模光纤主要是因为单模光纤与多模光纤的价格差异还小，而单模光纤有更好的光传导性能，损耗小，可达到更高的数据速率6。（3） 采用三层结构能降低对工作组交换机的性能要求，可有效的降低成本；同时也能更合理的配置交换机，使各交换机的性能得到充分的利用；同时，也能有效的避免网络的拥塞，增加网络的性能。（4） 采用三个相互独立的FDDI光纤环网主要是因为：即保证了网络的独立，也具备了一定的冗余保障，提高了网络通讯的可靠性；这样相对独立的网络系统，也有效的避免了网络广播风暴对整个网络性能的影响，提高了网络的利用率15。（5） 避免了电磁场的影响，因为管沟内有超高压电缆铺设在内，不可避免的会产生电磁场，而光纤可有效的避免电磁场的干扰，保证光的传输，保障了信号传输的正确性。3.3.1.4 网络系统的主要设备清单表1：网络系统的主要设备清单序号设备名称单位数量备注1核心交换机台1带8个单模光口2汇聚层交换机台2带4个单模光口3工作组交换机台93带2个单模光口4室外单模光纤米790004芯3.3.2 视频管理系统的设计3.3.2.1 系统的构成本系统采用基于嵌入式技术的网络视频监控系统，其主要的原理是：在网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络系统传送到监控主机。网络上用户也可以直接在工作站上观察图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作22。 由于把视频压缩集成到一个体积很小的设备内，可以直接连入以太网，达到即插即看，省掉各种复杂的电缆，安装方便（仅需设置IP地址），用户的使用也简单，仅需操作软件即可。综合管沟视频管理系统的设计如下图所示：图4：视频管理系统结构图大屏幕从上图可能看出，视频管理系统主要是由在管沟内的终端设备如摄像机、红外双鉴探测器对管沟内的现场情况进行监控，然后通过视频编码器进行编码处理后，通过与之相连的网络交换机将数据利用FDDI光纤环网上传到控制中心的服务器上。服务器将信息解码后可显示在显示器上或通过投影仪将图像显示在大屏幕上。也台通过服务器远程对摄像机进行控制。3.3.2.2 系统的组成根据视频的功能需求分析及综合管沟的实际情况，视频管理系统将由以下几部分组成：（1） 控制中心：负责对两条综合管沟的情况进行处理和显示，同时也可对管沟内的摄像机及红外双鉴探测器进行管理的控制。根据现场的实际情况和工作的需求，以控制中心必须设置以下设备，才能满足视频管理系统的功能需求，才能有效的进行管理和监控： 视频解码器：对摄像机经过视频编码器进行过编码的数据进行解码处理。需要1路输入，4路输出的视频解码器24台。 矩阵主机：需要1台。视频信号通过视频矩阵输出多路视频信号，以便在大屏幕上显示； 大屏幕显示墙：由DLP投影单元拼接组成，每个投影单元的尺寸为50英寸，拼接方式为23，投影单元总数为6屏。 投影仪：1台，用于将需要在大屏幕显示墙上进行显示的图像投影到大屏幕上。 视频管理服务器：负责对视频信号进行处理，同时对终端的摄像机及红外双鉴探测器进行控制，以及处理以之相关的操作。 大屏幕管理主机：通过相应的控制线缆主要控制以下设备：对投影机单元的控制；对图形控制器的控制；对视频矩阵切换器的控制。（2） 昆洛路：每间隔400米安装1部摄像机，这样共需56部摄像机。每部摄像机与交换机进行连接，同时还必须连接1台红外灯，这样才能保证在黑暗中也能实时的对管沟内的情况进行监控。摄像机拍摄到的图像信号经过视频编码器进行编码处理后，通过网络传送到控制中心。昆洛路的北段有125个检查口，南段有54个出入口，因此还需安装179个红外双鉴探测器，对这些出入口进行监控。当发现有人员非法闯入时，立即向控制中心发出报警信号，与此同时，通过与可编程逻辑控制器PLC的联动，立刻打开这一区域的照明，与这个出入口相近的两部摄像机也联动的转向这个出入口方向，对非法闯入的人员进行监控。（3） 广福路：也是每间隔400米安装1部摄像机，这样共需39部摄像机。每部摄像机与交换机进行连接，同时还必须连接1台红外灯，共需39台红处灯，这样才能保证在黑暗中也能实时的对管沟内的情况进行监控。摄像机拍摄到的图像信号经过视频编码器进行编码处理后，通过网络传送到控制中心。广福路的共有125个出入口，因此还需安装125个红外双鉴探测器，对这些出入口进行监控。当发现有人员非法闯入时，立即向控制中心发出报警信号，与此同时，通过与可编程逻辑控制器PLC的联动，立刻打开这一区域的照明，与这个出入口相近的两部摄像机也联动的转向这个出入口方向，对非法闯入的人员进行监控。3.3.2.3 系统的设计说明这样设计视频管理系统的原因主要是以下几点；（1） 选择数字监控的方式主要是因为系统具有无限的无缝扩展能力，所有的设备都以IP地址进行标识，增加设备只是意味着IP地址的扩充。（2） 大屏幕显示墙选择23的拼接方式是因为这种方式具有最佳的显示效果，也最适合人类眼睛的视线范围；同时也是最经济合理的拼接方式。（3） 选用矩阵主机进行控制是因为这样可任意对图像进行几何拼接放大，对多路视频窗口可任意开窗口、漫游、缩放、切换显示，没有物理边界的限制，还可以放大到整个屏幕墙。（4） 大屏幕管理软件具有良好的图形界面，操作界面直观、易用，各类调试与控制均采用中文菜单，界面友好，灵活方便。（5） 数字监控系统具有较高的画面分辨率，可达到800600或更高的分辨率；（6） 可对画面进行任意的分割和显示，还可根据给定时间和录像点名称，自动任意检索到对应历史资料；任意多次检索和回放都不会影响录像的回放质量。（7） 可支持在不同网络介质内的多点同步监视。还可在一个局域网内的多台计算机上同时检索和回放历史资料。（8） 操作简单、性能价格比高，还可进行远程控制和维护。3.3.2.4 视频系统的主要设备清单表2：视频管理系统的主要设备清单序号设备名称单位数量备注控制中心1视频管理服务器台32视频解码器台241路输入/4路输出3矩阵主机台14大屏幕显示墙台1拼接方式为235大屏幕管理主机套16投影仪台1昆洛路1摄像机台56包括云台2红外灯台563视频编码器台564红外双鉴探测器套179安装在出入口位置广福路1摄像机台39包括云台2红外灯台393视频编码器台394红外双鉴探测器套125安装在出入口位置3.3.3 自动控制系统的设计3.3.3.1 系统的构成自动控制系统是整个系统的关键子系统，也是实现智能化控制的核心部分，它设计的好坏直接关键到今后系统在运行中的效果的好坏44。因此，该系统将分别由通风子系统、排水子系统、照明子系统、防盗报警子系统和防火子系统来构成，每一个子系统都是相对独立的，但又是与其它子系统具有联动性的，这样才能真正的实现智能化的管理。图5：自动控制系统的结构图图6：自动控制系统的拓扑图由系统的拓扑图上可见，风机、抽水泵、防爆灯、火灾报警器、红外感探器及防火门都连接到了可编程控制器PLC上，通过PLC控制器来对以上设备的运行状态进行控制，终端设备将实时采集到的信号传送给PLC控制器，控制器根据接收的数据和预先设置好的程序来判断当前状态下的设备应该如何运行23。而PLC控制器又联接到工作组交换机上，通过光纤网络将采集到的各种信号和数据打包转发到汇聚层交换机上，然后再通过网络传送给核心交换机，再通过与核心交换机联接的数据库服务器对数据进行存储，并可通过管理服务器对这些数据进行调用和处理，并将处理后的数据又存储到数据库中，也可通过打印服务器将需要的数据进行打印。同时，也可通过管理服务器远程对终端的设备进行控制，根据实际的需要对设备进行操作。3.3.3.2 系统的组成根据系统的需求功能的要求，以及现场的实际情况，自动控制系统由控制中心、昆洛路综合管沟内现场设备和广福路综合管沟内现场设备三部份组成。（1） 控制中心：负责对整个自动控制系统的信息的处理及对现场设备的监控和管理。因此在控制中心需设置1台前置服务器用于处理自动控制系统的信息、1台数据库服务器用于存储和调动数据，1台管理服务器负责管理自动控制系统，以及几台用于工程师管理系统使用的工作站，同时还需要相关的软件，比如热备份软件。（2） 昆洛路：根据昆洛路综合管沟的现场情况，需要以下设备才能完成智能化自动控制系统： 可编程控制器：因为每一台交换机与一套可编程控制器PLC进行连接，所以需要56套PLC，PLC同时与下端的风机、水泵、照明、报警器、防火门等进行连接，并对这些设备进行智能控制。 风机：在管沟内因为通风情况较差，每间隔200米安装1台双向射流风机，为管沟的内部提供充足的氧气，共需要112台风机； 水泵：因为整条昆洛路共有148个集水井，需安装148台抽水泵对集水井中的积水进行抽排； 液位开关：每个集水井中都必须安装一个双位的液位开关，共需148个； 防爆灯：在综沟内的照明采用防爆灯提供，每间隔12米安装一盏防爆灯，共需1870个，每个分区需要控制34盏防爆灯； 红外双鉴探测器：整条昆洛路共有179个出入口，每个出入口安装1套红外双鉴探测器，需要179套。这一部分的设备已在视频管理系统中计算过，这里只是对其进行监控和管理，并与其它设备发生联动。 防火门和消防报警：这部分的设备都在消防系统中进行计算，这里只是要与其它设备进行联动。（3） 广福路：根据昆洛路综合管沟的现场情况，需要以下设备才能完成智能化自动控制系统： 可编程控制器：因为每一台交换机与一套可编程控制器PLC进行连接，所以需要39套PLC，PLC同时与下端的风机、水泵、照明、报警器、防火门等进行连接，并对这些设备进行智能控制。 风机：在管沟内因为通风情况较差，每间隔200米安装1台双向射流风机，为管沟的内部提供充足的氧气，共需要75台风机； 水泵：因为整条昆洛路共有208个集水井，需安装208台抽水泵对集水井中的积水进行抽排； 液位开关：每个集水井中都必须安装一个双位的液位开关，共需208个； 防爆灯：在综沟内的照明采用防爆灯提供，每间隔12米安装一盏防爆灯，共需1250盏，每个分区需要控制34盏防爆灯； 红外双鉴探测器：整条广福路共有125个出入口，每个出入口安装1套红外双鉴探测器，需要125套。这一部分的设备已在视频管理系统中计算过，这里只是对其进行监控和管理，并与其它设备发生联动。 防火门和消防报警：这部分的设备都在消防系统中进行计算，这里只是要与其它设备进行联动。3.3.3.3 系统的设计说明这样设计自动控制系统主要是出于以下原因：（1） 控制中心前置服务器主要用于对自动控制系统的数据进行处理。（2） 数据库服务器主要用于存储和调用系统的数据。（3） 管理服务器主要是处理系统管理的服务请求，并处理与之相关的信息。（4） 工作站是用来对系统进行操作和管理的设备。（5） 热备份软件主要用于对系统数据进行热备份，以保证在发生故障时能快速、准确的进行系统恢复，确保系统的稳定性。（6） 可编程控制器PLC是自动控制的关键设备，只有通过这个设备才能实现系统的自动控制24。也才能进行联动控制。与PLC相连的设备有风机、水泵、防爆灯、双位液位检测开关、红外双鉴探测器、防火门、火灾报警按钮、警铃。（7） 通过PLC才能发生联动操作，比如测温光纤发现温度过高时，向火灾报警联动控制器发出警报，火灾报警联动控制器向与之相连的PLC发出告警信息，PLC就控制防火门关闭，并启动风机，使管沟内的气温降低。有助于迅速使火灾得到扑灭。（8） 通过对PLC进行编程设定，可以不需要通过控制中心就自动的进行一些操作4。比如当液位开关发出报警信号时，不必控制中心进行确认，PLC就会自动启动水泵进行抽水。又比如当红外双鉴探测器检测到有人闯入时，就向PLC发出报出报警信号，PLC就会自动的打开该区域内的防爆灯进行照明，并将摄像机对准该出入口进行摄像。（9） 风机采用双向射流风机这样才能朝两个方向吹风，为管沟的内部提供充足的氧气。也可通过控制中心远程启动或关闭风机。（10） 水泵采用潜水泵。当液位开关向PLC发出告警信号时，可编程控制器PLC就启动水泵进行抽水，当水位降到警示位置以下时，PLC就关闭水泵停止抽水。也可通过控制中心远程齐心协力水泵进行抽水。（11） 双位液位检测开关分为两个位置对水位进行监测，第一个位置是警戒水位，这个位置只向PLC发出告警，并不启动水泵；当水位达到第二个位置时，就向PLC发了报警信号，PLC启动水泵进行抽水，当水位降到第一个位置以下时就停止水泵。若水位超过第二个位置一定时间后，水泵还没有启动，就向控制中心发出报警信息，由控制中心远程启动水泵进行抽水。（12） 红外双鉴探测器用于监测出入口是否有人闯入。当发现有人闯入时，就向可编程控制器PLC发出报警信号，PLC就会自动的打开该区域内的防爆灯进行照明，并将摄像机对准该出入口进行摄像。（13） 当测温光纤检测到发生火灾时，就向控制中心发出报警信息，控制中心就通过交换机向可编程控制器发出指令进行联动操作，关闭防火门，并启动风机将空气排出，以便降低管沟内的空气含量使火灾迅速熄灭。也可通过控制中心远程关闭和打开防火门。（14） 防爆灯为管沟内提供照明。当有人员需要进入管沟内时，可通过控制中心远程打开这一区域的照明，为工作人员提供方便。3.3.3.4 自动控制系统的主要设备清单表3：自动控制系统的主要设备清单序号设备名称单位数量备注控制中心1前置服务器台12数据库服务器台13管理服务器台14工作站台25热备份软件套1昆洛路1可编程控制器PLC套562双向射流风机台1123水泵台1484双位液位开关套1485防爆灯套1870广福路1可编程控制器PLC套392双向射流风机台753水泵台2084双位液位开关套2085防爆灯套12503.3.4 电话通讯系统的设计VOIP电话系统是新一代全新概念的网络通讯系统，它是以开放式的标准局域网络技术和IP 技术实现话音与数据的完美融合。计算机技术和IP网络技术的发展，使我们看到融合视频、语音和数据的统一网络的未来趋势。现在企业一般都建有电话系统和计算机网络系统。这两套系统从综合布线、传输网络系统、系统设备、业务应用到运营维护都是相互独立的，这无疑使用户的系统建设成本和维护成本巨大。3.3.4.1 系统的构成由于在综合管沟内没有任何通讯信号，因此在管沟内的通话只能通过VOIP电话来实现。根据功能需求必须在控制中心设置一台VOIP交换机，用于VOIP电话的交换，交换机与PSTN市话连接，这样就可以向公安、消防等相关部分进行联系。在管沟内通过交换机连接VOIP话机，这样就可以在管沟内实现通话，并能在管沟内向控制中心或公安、消防等部门进行联系。图7：通讯系统的结构图3.3.4.2 系统的组成系统由控制中心、昆洛路综合管沟内现场部份和广福路综合管沟现场部分三部分组成。（1）控制中心：在控制中心设置一台VOIP交换机，用于VOIP电话的数据交换，VOIP交换机与PSTN市话进行连接，这样就保证了综合管沟内的VOIP电话通讯，及与其它相关部门的联系。（2）昆洛路：每间隔400米设置一部数字（IP）电话机，电话机与工作交换机进行连接，由照明配电箱供电，共需56部电话机。（3）广福路：每间隔400米设置一部数字（IP）电话机，电话机与工作交换机进行连接，由照明配电箱供电，共需39部电话机。3.3.4.3 系统的设计说明（1）在控制中心必须要有VOIP电话交换机，这样才能实现管沟内的VOIP电话通讯。而且交换机还必须与市话进行连接，这样，才能保证工作人员在管沟内能与控制中心和其它部门进行联系，保障人员的安全。还必须安装5部VOIP电话机，方便与管沟内的人员进行联系。（2）在管沟内的数字（IP）电话机必须与交换机连接方能正常工作，因此必须安装在交换机附近。（3）数字（IP）电话机的电源是220V的，因此必须由照明动力箱进行提供。3.3.4.4 电话通讯系统的主要设备清单表4：通讯系统的主要设备清单序号设备名称单位数量备注控制中心1VOIP交换机套12VOIP电话机部53PSTN市话线路条1昆洛路1数字（IP）电话机部56与交换机连接广福路1数字（IP）电话机部39与交换机连接3.3.5 火灾报警系统的设计3.3.5.1 系统的构成按消防部门的要求，综合管沟内每400米作为一个消防分区，设置一道防火门。火灾报警系统由光纤感温探测系统和火灾自动报警系统组成。两套系统为各自独立的系统，不相互依赖，当其中一套系统出现故障而停止工作时，不影响另一套系统的正常工作。同时，两套系统又是相互联系的，光纤感温探测系统将探测到的火警信息通过接点信号发送给火灾自动报警系统，系统根据这些信息做出相应的操作。光纤感温探测报警系统由感温光纤和光纤测温系统主机构成21，感温光纤按直线沿综合管沟顶壁敷设，完成管沟内的环境温度监测、火灾时温度探测报警，并具备将管沟内的温度值实时传输到光纤测温系统主机，再传送到中心控制室的功能。而光纤测温系统主机负责收集感温光纤传送的数据，并可设定一些相关的参数，以便能更好的监测管沟内的实时温度，并可通过相关的接口将数据传送到PLC控制器上，以实现与其它设备的联动。火灾自动报警系统由火灾报警联动控制器、手动报警按钮、警铃构成20。当现场工作人员发现火情等异常情况时，通过手动报警按钮向火灾报警联动控制器发出报警信号，并通过警铃中继器控制警铃发出火灾警示。同时通过联动中继器控制相关的设备进行操作。图8：火灾报警系统拓扑图3.3.5.2 系统的组成根据综合管沟的实际情况及功能的需求，该系统将由三个部分组成，分别是控制中心部分、昆洛路部分和广福路部分。（1） 控制中心：设置一台光纤测温系统主机，用于接收和处理测温光纤传送的数据，并将数据传送给管理服务器，与其它系统发生联动。也可显示在大屏幕上。并分别铺设一根测温光纤到昆洛路的顶点和广福路的顶点，用于对综合管沟内的温度进行实时的监测。设置一台火灾报警联动控制器，用于对控制中心的消防设备进行控制。同时，安装4个警铃、4个手动报警按钮