20160830地下综合管廊监测技术方案

1、. 地下综合管廊监测技术方案 . . 同方威视技术股份有限公司 （内部资料 ，严谨外传 ） 目录 一、综合管廊简介1 1.1 用途 .1 1.2 分类 .1 1.3 经济成本2 1.4 国内外发展状况2 . . 二、本方案依据标准3 三、系统总体架构4 3.1 层次架构4 3.2 逻辑架构5 四、监测内容及实施8 4.1 基础设施结构健康监测8 4.1.1 监测内容8 4.1.2 监测技术手段8 4.2 环境监测14 4.2.1 监测内容14 4.2.2 监测技术手段14 4.3 火灾监测16 4.3.1 监测内容16 4.3.2 监测技术手段17 4.4 视频监测20 4.4.1 监测内容2

2、0 4.4.2 监测技术手段21 4.5 入侵防盗监测21 4.5.1 监测内容21 4.5.2 监测技术手段21 4.6 电力监测29 . . 4.6.1 监测内容29 4.6.2 监测技术手段29 4.7 通信监测34 4.7.1 监测内容34 4.7.2 监测技术手段34 4.8 管道监测35 4.8.1 监测内容35 4.8.2 监测技术手段35 4.9 照明系统37 4.9.1 自然光照明系统37 4.9.2 激光远距离照明系统38 4.10 通讯系统38 4.10.1 电子巡查39 4.10.2 语音监听41 4.10.3 应急通讯41 五、系统综合管理平台44 六、系统辅助设备4

3、6 七、施工管理措施46 7.1 质量控制46 7.2 安全控制48 7.3 环保控制49 . . . . 一、综合管廊简介 1.1 用途 综合管廊主要用于 ：电力线缆 、通讯线缆 、有线电视线缆 、给水管线 、中 水管线 、供冷管线 、供热管线 、燃气管线 、排水管渠 、路灯线缆 、垃圾真空系 统、输油管线等市政民生工程项目。 1.2 分类 综合管廊宜分为干线综合管廊、支线综合管廊及缆线管廊。干线综合管廊 ： 用于容纳城市主干工程管线采用独立分舱方式建设的综合管廊；支线综合管廊 ： 用于容纳城市配给工程管线采用单舱或双舱方式建设的综合管廊；缆线管廊 ： 采用浅埋沟道方式建设，设有可开启盖板但

4、其内部空间不能满足人员正常通行 要求，用于容纳电力电缆和通信线缆的管廊。 图 3.1综合管廊分类示意图 . . 1.3 经济成本 综合管廊盾构成本最高 ，一般为 1 亿元 / 公里；普通施工 0.5 亿元 / 公里 。综 合管廊内基本都是市政民生工程，不利于提高收费 ，否则会影响老百姓基础生 活成本 ，影响物价稳定 ；同时综合管廊建成后只是方便市政管线和线缆的综合 管理，消除公路拉链现象 ，不会有其它盈利途径 。 综合管廊建设的一次性投资常常高于管线独立铺设的成本。据统计 ，日本、 台北、上海的综合管廊平均造价（按人民币计算 ）分别是 50 万元 / 米、 13 万元 / 米和 10 万元 /

5、 米，较之普通的管线方式的确要高出很多。但综合节省出的道路 地下空间 、每次的开挖成本 、对道路通行效率的影响以及环境的破坏，综合管 廊的成本效益比显然不能只看投入多少。台湾曾以信义线 6.5 公里的综合管廊为 例进行过测算 ，建综合管廊比不建只需多投资五亿元新台币，但 75 年后产生的 效益却有 2337 亿元新台币 。 1.4 国内外发展状况 在国外 ，地下综合管廊是综合利用地下空间的一种手段，一些发达国家已 实现了将市政设施的地下供、排水管网发展到地下大型供水系统、地下大型能 源供应系统 、地下大型排水及污水处理系统，与地下轨道交通和地下街相结合， 构成完整的地下空间综合利用系统。 欧美

6、是地下综合管廊的发源地。世界上第一条管廊在巴黎建成，随之该理 念推广到欧美各国 。 日本是当今管廊技术最成熟的国家，这个和日本地域有很 大关系，规划建设一致沿用 1964 年制定的相关措施条例，各在野党执政期间一 致延续该条例不断完善。由于日本是多地震国家，一旦遇到地震破坏 ，恢复期 . . 大部分经历及费用都要放在开挖及回填过程中，如果将综合管线放置在管廊内， 管道与管廊侧壁变为柔性连接，管道抗震补偿措施可以更大范围的使用，基本 不受地震时土体的位移影响，如果维修的话也是区域更换及系统性能检查，对 管廊上交通无影响 。 中国仅有北京 、上海、深圳、苏州、沈阳等少数几个城市建有综合管廊， 据不

7、完全统计 ，全国建设里程约800 公里，综合管廊未能大面积推广的原因不 是资金问题 ，也不是技术问题 ，而是意识 、法律以及利益纠葛造成的。 住建部会同财政部开展中央财政支持地下综合管廊试点工作，确定包头等 10 个城市为试点城市 ，计划到 2018 年建设地下综合管廊389 公里（2015 年开 工 190 公里），总投资 351 亿元 。根据测算 ，未来地下综合管廊需建 8000 公里，若按每公里 1.2 亿元测算 ，投资规模将达 1 万亿 。 试点的 10 个城市总投资 351 亿元，其中中央财政投入 102 亿元，地方政府投入 56 亿元，拉动社会投资约 193 亿元 。“我们的思路是

8、以试点示范带动全国建设地下综合管廊的积极性 。全国共有 69 个城市在建地下综合管廊约 1000 公 里，总投资约 880 亿元 。” 二、本方案依据标准 GB50838-2015 城市综合管廊工程技术规范 CECS333-2012结构健康监测系统设计标准 GA_T 1217-2015 光纤振动入侵探测器技术要求 GB 50394-2007入侵报警系统工程设计规范 GB 50116-2013火灾自动报警系统设计规范 . . 三、系统总体架构 3.1 层次架构 地下综合管廊监测主要分为应用层、传输层和展示层 。 其中应用层包括管廊监控单元、管道监测单元 、线缆监测单元 、通讯单元 和照明单元 ，

9、每个单元由前端传感器或探头、以及监控单元组成单个智能前端 设备，前端传感器负责采集现场基础设备的状态信息，探头用于管廊内的照明、 通讯、警报等 ，监控单元对采集的设备状态信息进行预处理、上传服务器和对 联动设备下达命令 ； 传输层主要包括服务器、传输网络 ，服务器用于前端设备状态信息的多信 息融合处理 、数据存储和输出 、报警信息发布 、前端探头联动命令下达、现场 设备状态上传至监控子站和监控中心，传输网络可以是现场无源的光网络、也 可以是工业级无线网络 ； 展示层主要包括监控子站区域设备状态信息展示、监控中心全局设备状态 信息展示 、声光报警 、短信报警和打印输出等。 . . 展 示 层监控

10、中心 监控子站 传 输 层 应 用 层 监控单元 管廊监控 管道监测 线缆监测 通讯 照明 结构健康 结构健康 防盗监测 应急通讯 日光照明 火灾监测 火灾监测 电子巡查 激光照明 温度监测 环境监测 局部放电 语音监听 压力监测 气体监测 温度监测 腐蚀监测 入侵报警 载流量监测 泄漏监测 视频监控 电源品质 图 3.1综合管廊运行监控系统总体架构图 3.2 逻辑架构 综合管廊运行监控系统从逻辑上讲包括五大部分：综合管廊运行监控管理 平台、地理信息系统 、信息管理系统 、安全监控系统 、通讯照明系统 （如图 3.2 所示）。 其中综合管廊运行监控管理平台是用于面向用户的最终界面，将人性化展

11、示综合管廊状态信息 ，根据客户需求可以是平面展示，也可以是三维立体360 . . 全景展示 （线缆、管道、仪表、管廊），实现更直观简洁的综合管廊运行状态 的虚拟巡检 。 并设有监控子站和监控中心两个级别展示，监控子站主要是展示 该管控区域内的综合管廊状况，监控中心用于全局综合管廊状态展示。 地理信息系统是一种专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的 信息系统 ，它既是表达 、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具 ”， 也可看作是人们用于解决空间问题的“资源 ”，同时还是一门关于空间信息处理 分析的 “科学技术 ”。它将直观展示出综合管廊空间三维的信息，还可以立体展 示管廊内部设

12、施的布设，结合监测单元的传感器和探头，显示管廊内部设备的 状态信息 。 信息管理系统涉及经济学、管理学 、运筹学 、统计学 、计算机科学等很多 学科，它除了具备信息系统的基本功能外，还具备预测 、计划、控制和辅助决 策特有功能 。（ 1）数据处理功能 。 包括数据收集和输入 、数据传输 、数据存储 、 数据加工和输出 ，用于安全监控系统和通讯照明系统上传的数据管理、上传显 示和打印报警 ；（ 2）预测功能 。运用现代数学方法 、统计方法和模拟方法 ，根 据过去的数据预测未来的情况，用于将管廊内部的状态信息（多传感器信息 ） 融合，预测管道寿命 、管道腐蚀速率 、电缆载流量 、结构健康寿命等 ；

13、（ 3）计 划功能 。 根据企业提供的约束条件，合理地安排各职能部门的计划，按照不同 的管理层 ，提供不同的管理 ，提供相应的计划报告 ；（ 4）控制功能 。根据各监 测单元提供的数据 ，对综合管廊基础安防设备进行联动控制，查明并消除危险 源，例如灭火装置联动 、视频联动等 ；（ 5）辅助决策功能 。采用各种数学模型 和所存储的大量传感数据，及时推导出有关问题的最优解或满意解，辅助各级 管理人员进行决策 ，以期合理利用人财物和信息资源，取得较大的经济效益 。 . . 安全监控系统主要功能是监测并保护综合管廊内部设备财产安全，包括管 廊本身的监控 、各种油气管道和水管的监控、各种线缆的监控 。

14、通讯照明系统主要是用于有人员（巡检人员 、偷盗人员 ）在综合管廊内部 时，方便巡检人员正常工作的门禁、照明、通讯、在岗巡查等 ，同时对于偷盗 人员进行监听 、警示。 综合管廊运行监控管理平台 地理信息系统信息管理系统 安全监控系统通讯照明系统 管廊监控 管道监测 线缆监测 通讯 照明 结构健康 结构健康 防盗监测 应急通讯 日光照明 火灾监测 火灾监测 电子巡查 激光照明 温度监测 环境监测 局部放电 语音监听 压力监测 气体监测 温度监测 腐蚀监测 入侵报警 载流量监测 泄漏监测 视频监控 电源品质 图3.2综合管廊运行监控系统模块图 综合管廊运行监控系统根据现场情况，有可能采取多种不同技术

15、手段的融 合，为确保各技术信息相容性，必须考虑该系统的通信组网能力。如图 3.3 所示， 我们采用开放式接口将各底层监控单元数据汇合，然后经过协议判定器进行通 信协议判断 ，之后用协议转换器进行通信协议的统一化，然后按照行业标准通 讯模型将数据上传 。 该功能还可方便客户自行增加监测设备，不至于产生不兼 容问题。 . . 终端显示电脑 通讯服务器信息输出 数据处理器监控器 监测单元 动作装置 配置工具 通讯模型 状 库 态 显 示 协议转换器 器 映射规则 协 议 编辑器 库 协议判定器 开放接口 监 监 监 监 控 控 控 控 单 单 单 单 元 元 元 元 1 2 3 N 图 3.3综合管

16、廊运行监控系统通讯逻辑示意图 四、监测内容及实施 4.1 基础设施结构健康监测 4.1.1 监测内容 基础设施结构健康监测主要包括综合管廊本身的位移沉降、裂缝、倾斜、 渗漏、振动、表面应力应变 、土体压力压强等监测，还有管道水泥墩 、线缆支 架的应力应变 、压力压强 、振动、倾斜等监测 。 4.1.2 监测技术手段 . . 名称 技术原理 关键技术指标 厂家 量程 ： 100mm 、 200mm 、 400mm 分辨率 ： 0.1mm 北京希卓 、北京达 位移沉降计 光纤光栅 精度： 1mm 卡、上海波汇 温度范围 ：-80 +150 量程： 2000 分辨率 ： 1 北京希卓 、北京达 表面

17、应变计 光纤光栅 精度： 1F.S. 卡、上海波汇 工作温度范围 ：-80 150 标准量程 ： 2000 精度 ： 0.3 F.S. 北京希卓 、北京达 埋入式应变计 光纤光栅 灵敏度 ： 0.1 F.S. 卡、上海波汇 工作温度范围 ：-80 150 标准量程 （ MPa ）： 0.35 ， 0.7 ，1 ， 2， 5，7，10，15，30，60 北京希卓 、北京达 渗压计 光纤光栅 分辨率 ：0.03%F?S 卡、上海波汇 灵敏度 ： 0.05 F.S. 工作温度范围 ： -30 80 量程 ：（ 1 ， 5， 10 ）g 可选 频响范围 ： 0.5-100hz 上海铂珏 、深圳太 加速

18、度传感器 光纤光栅 分辨率 ： 0.1 F.S 辰、北京达卡 测量精度 ： 0.3 F.S. . . 量程 （ kPa）： 50 34500 北京希卓 、北京达 土压力计 光纤光栅 准确度 ：15%F.S 卡、上海波汇 工作温度 ： -40 120 量程 ： 15、 30、 60、 100mm 分辨率 ： 0.1 F.S. 上海拜安 、北京达 裂缝计 光纤光栅 精度 ： 0.5 F.S. 卡、上海波汇 工作温度范围 ：-50 80 北京希卓 、北京达 索力计 光纤光栅 承载力 （ KN ）： 223 4450 卡、上海波汇 量程： 50mm 、 100mm 、 200mm 、 400mm 北京

19、希卓 、北京达 静力水准仪 光纤光栅 分辨率 ： 0.01mm 卡、上海波汇 精度： 1mm 温度范围 ：-80 +150 标准量程 （MPa ） 0.5 ， 1， 1.6， 2.5， 10 ， 25， 50， 60 北京希卓 、北京达 压力传感器 光纤光栅 精度：0.5%FS 卡、上海波汇 灵敏度 ： 0.2% F.S. 工作温度范围 ： -30 80 标准量程 ：拉伸 ： 0 400Mpa ； 压缩 ： 北京希卓 、北京达 钢筋计 光纤光栅 0 320Mpa 卡、上海波汇 测量精度 ：0.3% F?S . . 分辨率 ： 0.1%F.S 工作温度范围： -20 80 量程 ：0180（可选

20、 ） 无锡迈科传感、无锡 倾角传感器电子类分辨率 ：0.002 慧联信息 、北微传感 精度：0.01 方位测量范围量程：0 360北微传感 、陕西航天 光纤陀螺光纤传感 精度： 1.5 长城测控 测量距离 ：5-100km浙江中欣动力、上海 温度范围 ： -190 700 拜安 、威海北洋 、宁 布里渊散 BOTDA温度精度 ： 1波诺驰光电 、江西旭 射 应变测量范围 ： -4000 6000 微应变锋光电 、加拿大 OZ 、 应变精度 ： 20 微应变无锡亚天 4.1.3 技术原理简介 1) 光纤光栅 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干 场图样写入纤芯 ，在纤

21、芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永 久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射 ） 滤波器或反射镜 。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件 的波长将产生反射 ，其余的波长透过光纤光栅继续传输。 . . 图 4.1光纤光栅传感原理示意图 由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小 、全兼容于光纤 、能埋入智能材料 等优点 ，并且其谐振波长对温度、应变、折射率 、浓度等外界环境的变化比较 敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。 2) 光纤陀螺 光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克（Sagnac ）效应 。萨格纳克效应是相 对惯性空间转动的闭环光

22、路中所传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合 光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇 合到同一探测点 。 图 4.2光纤陀螺仪原理图 若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度， . . 则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差 ，其光程差与旋转的 角速度成正比 。 因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到 旋转角速度 。 3)BOTDA 光在光纤中传输时 ，由于光纤材料的密度、折射率等存在不均匀性，入射 光会产生散射现象 。 布里渊散射是光波和声波在光纤中传播时相互作用而产生 的光散射过程 。 当环境温度变化或光纤产

23、生形变时，光纤中声速和光的折射率 都会随之变化 ，从而使布里渊频移发生变化，并且布里渊频移变化量与温度和 应变成线性关系 。BOTDA 基于受激布里渊散射效应，利用泵浦光pump 、探测 光 probe和声波的相互作用，使得后向布里渊散射信号不断放大。对泵浦光 pump和探测光probe的频率差进行连续扫描 ，可确定光纤不同位置的布里渊 频移，从而获得整根光纤的温度、应变分布信息 。 图4.3BOTDA 原理示意图 4) 倾角传感器 倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆 ”式、 “液体摆 ”式、“气体摆 ”三种倾角传感器 ，倾角传感器还可以用来测量相对于水平 面的倾角变

24、化量 。 . . 工作原理 ：理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系 统内部 ，速度是无法测量的 ，但却可以测量其加速度。如果初速度已知 ，就可 以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性 原理的一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加 速度作用 ，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器 灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。 4.2 环境监测 4.2.1 监测内容 环境监测主要有三方面功能，一方面是综合管廊内部的温度、湿度、风速 风向、PM2.5 监测，另一方面是保证巡检人员安全的氧气含量、有毒气体 、易 燃气体和淹

25、积水监测，第三方面是监测天然气管道是否泄漏。最终形成综合管 廊内部环境状况的实时报告系统，对综合评估管廊内部问题，并指导管廊基础 设施的检修工作 ，确保管廊内部设备和进入管廊的人员的安全。 4.2.2 监测技术手段 名称技术原理关键技术指标厂家 量程 ： -50 +120 北京希卓 、北京 温度计光纤光栅 测量精度 ： 0.3 达卡 、上海波汇 湿度精度 ：典型值4.5% RH 霍尼韦尔 、广州 温度精度(BFSL)： 0.5 （典型值 ） 湿度计电子类奥松电子 、河南 工作温度范围 ： -40 至 100 驰诚电气 响应时间 ： 6s . 温湿度变送 电子类 器 风速风向仪电子类 PM2.5

26、 监测 电子类 仪 电子 、化 氧气 学、光学 硫化氢电子类 甲烷红外 . 长期稳定性 ： 1.2% RH 保持 5 年 工作湿度范围 ：0% RH 至 100% RH 北京九纯健科 准确度 ： 0.5 ， 3%RH 20%-80%RH ， 技、北京达卡 、 25 北京昆仑海岸传 温度范围 ： -20 +70 感、广州奥松电 子 启动风速 ： 0.4m/s 武汉中科能慧 、 分辨率 ：风速 ： 0.1m/s 风向：线性度 0.1% 北京达卡 、清胜 量程：风速： 0 70m/s 风向：0360 度 电子 北京浩开科技 、 量程 ：0- 80g/m3 误差： 2%预热时间 ： 1 分 北京聚道合

27、盛 、 钟 康姆德润达 （无 锡）测量技术 量程选择 ： 0-10/100/1000/10000ppm ； 安帕尔 、北京达 0-5/10/25/30/100%VOL 卡、河南驰诚电 准确度 ： 2%FS 气 量程 ：50 、 200 、 1000ppm 河南驰诚电气 、 分辨率 ： 1 ppm 深圳市鑫海瑞 、 响应时间 ： 30 秒 安帕尔 测量范围 ： 0-2000ppm 、 5000ppm 、 山东中煤工矿 、 10000ppm 、 5%VOL 、 10%VOL 、 20%VOL 、 北京达卡 、深圳 . . 50%VOL 、 100%VOL（可选 ，未列出量程可订市鑫海瑞 、河南 制

28、）驰诚电气 分 辨 率：1ppm （10000ppm以内 ）、 0.01%VOL （ 5%VOL-100%VOL ） 精度 ： 1% 北京九纯健科 报警浓度 ： 8%LEL 天然气气敏元件技、安帕尔 、深 工作环境 ： 0-55 ； 相对湿度 95%RH 圳市吉顺安 北京达卡 、安帕 量程选择 ： 尔、深圳市矢量 二氧化碳红外0-2000/5000ppm;0-1%/2%/5%10%20%50%10 联合 、武汉中科 0%VOL 能慧 北京九纯健科 技、北京赛斯尔 淹积水电子类工作环境 ： -10 50， 10%RH 90%RH 自控 、深圳市宏 电技术 、基康 4.3 火灾监测 4.3.1 监

29、测内容 综合管廊内部布设有很多线缆，它们都属于易燃物品，并且电缆的局部放 电、人为点火破坏及各种意外都会引起管廊内部发生火灾，因此监测管廊内部 火灾，并与消防设备联动进行自动灭火的技术显得很有必要。火灾监测技术主 . . 要从管廊内部温度异常、红外线和紫外线强度异常、烟雾浓度异常等角度来监 测，同时将监测结果送至服务器处理，若有异常现象发生 ，服务器会给灭火设 备下达指令 ，启动起火位置处的灭火设备进行灭火，视频也会集中关注起火位 置。 综合调研着火的方方面面特征，我们针对各种火灾着火的初期、中期进行 实时监测 ，采用温度异常 、烟雾异常 、红外线和紫外线辐射异常的情况综合判 断火灾发生发展过

30、程，预判火势发展趋势 ，综合调动现场视频和灭火设备，对 现场火灾进行实时监控，并有的放矢的进行灭火程序，以期将火灾破坏降到最 低。 4.3.2 监测技术手段 名称 技术原理 关键技术指标 厂家 北京希卓 、北京达 量程 ：-50 +120 温度传感器 光纤光栅 卡、上海波汇 、深圳 测量精度 ： 0.3 太辰 、武汉理工光科 同方威视 、浙江中欣 探测距离 ：最长 10km 动力 、北京诺可电 响应时间 ：10s 子、威海北洋 、上海 温度传感器 DTS 测温精度 ： 12km 华魏 、宁波诺驰光 定位精度 ： 1m 电、江西旭锋光电 、 测温范围可高达 350700 无锡亚天 工作温度 ：

31、-10 +50 烟雾报警器 光电式 深圳市宏达瑞斯 相对湿度 ： 95%RH(40 2 ) . . 监测面积 ： 20 平方米 灵敏度等级 ： 1 级 工作温度 ：-10 50 烟感器 红外光电管 北京九纯健科技 环境温度 ： 95%RH 视角范围 ： 90 探测距离 ： 燃烧物 火源大小 探测 距离 正庚烷 0.3m 0.3m 50 米 汽 油 0.3m 0.3m 50 米 柴 油 0.3m 0.3m 45 米 煤 油 0.3m 0.3m 45 米 酒 精 0.3m 0.3m 45 米 济南东山仪器 、西安 红外火焰探测 甲 烷 0.5m 0.2m 30 米 红外感应 众安电子 、北京翼捷

32、器 纸 张 0.3m 0.3m 30 米 世纪 响应特性 ： 燃烧物 火源大小 响应 时间 汽 油 0.3m 0.3m 10s 汽 油 0.7m 0.7m 5s 灵敏度等级 ： 5 级灵敏度 （通过磁棒设 定） 工作温度 ： -40 70 工作湿度 ： 95%RH (不结露 ) . . 响应的光谱范围： 185nm260nm 响应时间 ：5s 灵 敏 度： 1-5 级可调济南东山仪器、西安 紫外火焰探测 紫外感应视角范围 ：90 众安电子 、北京翼捷 器 最大探测距离 ： 50m （条件：世纪 1100cm 2，高 5cm 的正庚烷火 ） 环境温度 ：-1055 首安工业消防、北京 灭火设备京

33、盾消防设备、浙安 消防科技有限公司 4.3.3 技术原理简介 DTS简介： DTS 技术同时用单根光缆实现温度监测和信号传输，综合利用光纤拉曼散 射效应 （ Raman scattering ）和光时域反射测量技术（ OpticalTime-Domain Reflectometry ，简称 OTDR）来获取空间温度分布信息。其中光纤拉曼散射效 应（ Raman scattering ）用于实现温度测量，光时域反射测量技术（ Optical Time Domain Reflectometer）用于实现温度定位 ，DTS 技术是近几年发展起来 的一种用于实时测量空间温度场分布的高科技技术，它能够连

34、续测量光纤沿线 的温度分布情况 ，测量距离在可达 30 公里，空间定位精度达到米的数量级，能 够进行不间断的自动测量，特别适宜于需要长距离、大范围多点测量的应用场 合。 . . 4.4 视频监测 4.4.1 监测内容 综合管廊智能监控系统具备视频监视与控制功能，视频监控系统管理软件 能够对管廊内部环境、管廊出入口等重要位置处实时全方位的图像监控，使监 控中心值班人员清楚了解管廊现场实际情况，并及时获得以外情况的图像信息。 监控中心可随时调取网络摄像机的实时视频信号和历史回放图像，并投放到显 示大屏上 。 综合管廊内设备集中安装地点、人员出入口 、变配电间和监控中心等场所 应设置摄像机 。 管廊

35、每个防火分区中间设置带红外的网络像机实时采集图像信 息。投料口 、通风口和转弯等处根据实际情况设置。采集到的视频信号通过工 业以太网交换机 、通讯光纤上传至监控中心视频监控系统服务器经数据处理， 视频监控画面都实现全范围实时显示，并且可在监视器上切换显示各分区的监 视画面 。 现场由于摄像机与接入层交换机之间距离较长，所以可采用光电结合 的方式进行信号传输 。视频监控系统架构图如图所示。 图 4.4视频监控系统架构图 . . 注：当综合管廊线路过长 ，含大量视频数据时 ，对交换机要进行VLAN 划 分，控制数据与视频数据要隔离开来。防止视频数据影响正常系统采集与监控， 从而增加系统安全性 ，减

36、少广播风暴 ，缩小冲突域的功能 。 4.4.2 监测技术手段 综合管廊内设备集中安装地点、人员出入口 、变配电间 、监控中心可根据 需要设置多套彩色转黑白一体化低照度高清网络固定摄像机。视频信号通过超 五类线与千兆以太网交换机连接。在每个防火分区内每个仓设置2 套彩色转黑 白一体化低照度红外高清网络摄像球机，视频信号通过超五类线传输至区域控 制单元 ACU，区域控制单元 ACU 可利用监控系统光缆环网将信号送至硬盘录像 机 NVR。 4.5 入侵防盗监测 4.5.1 监测内容 综合管廊入侵防盗监测分两步三步实施，首先在入口 （如通风口 、检修口 ） 安装入侵报警系统 ，在第一时间探测到入侵人员

37、时间和地点；然后在关键设备 上安装防盗报警系统，探知入侵人员入侵目的和位置；最后对管廊壁进行监测， 事实探知管廊壁的振动情况，以防破坏分子凿壁入侵，以及挖掘机无意破坏而 侵入管廊 。该系统并与视频监控联动，从而在最短时间捕捉入侵人员的样貌和 行为的图像 ，同时启动声光报警设备进行警告入侵人员。 4.5.2 监测技术手段 名称技术原理关键技术指标厂家 防区型周界安迈克尔逊单防区最大长度2km ，防区数量可定制同方威视 . . 防报警系统干涉仪 长距离定位型 监测距离 ： 40Km 入侵监测报警-OTDR同方威视 定位精度 ： 10m 系统 北京国林创安、杭州 输出电压 ： 约 3000-8000

38、V锐盾 、成都海德克 、 脉冲间隔 ： 1.28s深圳市安通瑞达、深 脉冲电子围栏脉冲高压 脉冲持续时间： 3.12ms圳市宏安科智能科 环境温度 ：-10 +55 技、深圳市华俊信科 技 深圳市艾礼安安防设 监测距离 ：室外： 50 250m备、北京亿安和科 红外对射红外感应 室内： 150 750m技、宁波恒博通讯设 备、 触发力度 ：施加 15 30kg 力并持续2 秒，即可触发报警Magal 、杭州锐盾 、 张力围栏张力感应 误报率 ：每公里每 3 个月最多1 次深圳市安通瑞达 温度范围 ：-40 72 Magal 、杭州锐盾 、 每台处理器可防护长达800 米的周界 成都海德克 、深

39、圳市 埋地泄漏电缆磁场感应可将入侵者的位置精确在1 米内 ，置信 宏安科智能科技、北 度 95% 京国林创安 . . 处理器可连接两根感应电缆，每根电缆最 长 305 米。 振动电缆振动感应 定位精度3 米 环境温度 ：-40C +70 单个防区周界为300 米以内 静电感应周界 静电感应环境温度 ： -40 +55 报警探测器 工作相对湿度 ： 93% 探测范围 ： 3 150m 微波入侵探测 微波感应爬行探测 ：最小 5cm/s 系统 工作温度 ：-40 +66 热成像仪性能：车辆目标 ：（ 2.3 m x 2.3 m ）， 探测距离- 6900 m T=2，识别 距离- 大于 2300

40、m T=2； 视频入侵报警图像人员目标 ：（ 1.7 m x 0.5 m）， 探测距离 - 大于2766 m T=2 ，识别距离- 大 于 922m T=2 ； 工作温度 ：-40 +60 视场角度 ： 190 红外漫反扫描频率 ： 激光雷达 射25Hz/35Hz/50Hz/75Hz/100Hz 范围 ： 0m 65m Magal 、杭州锐盾 、 成都海德克 、北京国 林创安 成都海德克 、杭州锐 盾、深圳市宏安科智 能、深圳市安通瑞 达 Magal 、北京聚速微 波技术 Magal 、深圳市宏安 科智能科技 、海康威 视、 Magal . . 角分辨率 ： 0.167 ，0.25 ，0.33

41、 ， 0.5，0.67 ，1 系统误差 ： 小于 50mm 温度 ： -30 C 60 C 4.5.3 技术原理简介 1) 防区型光纤周界安防报警系统 本系统采用迈克尔逊干涉仪方案。如图所示 ，由激光器发出的窄带激光， 经过反射端面反射 ，与参考臂反射的光在探测器上干涉，如果有入侵事件 ，则 在敏感臂上处受扰动信号的调制而发生相位改变，引起干涉条纹变化 ，从而使 探测器探测光强发生变化。通过测量该变化则可以判定入侵事件的发生。 图4.5防区型光纤周界系统原理示意图 2) 长距离定位型光纤入侵监测报警系统 -OTDR 技术从原理上讲是基于OTDR（光时域反射仪 ）技术的，其不同之 处在于 -OT

42、DR 需要采用线宽极窄和频率漂移极小的激光光源，从而进入传感 光纤中的光脉冲在其脉冲宽度内的瑞利背向散射光能够进行干涉，进而加强散 射光的强度和传感的灵敏度，其原理如图所示 。 当有入侵行为发生时，光纤线 路上发生扰动 ，由于光纤的弹光效应，光纤扰动位置的折射率发生变化，从而 导致该处的光相位发生变化。由于光纤中的光干涉作用，相位的变化会引起后 向瑞利散射光的光强发生变化。通过探测后向瑞利散射光受扰动前后的光强大 小（如图中的时刻 1 与时刻 2），两时刻数值相减 ，就会得到扰动信号 ，并根据 . . 光在光纤中的传播速度与扰动信号传递时间的关系，能够对扰动信号的距离进 行准确定位 。 图 4

43、.6基于 -OTDR 原理的长距离定位型入侵报警系统原理示意图 3) 主动式红外周界入侵报警技术 主动式红外对射周界入侵报警系统由发射机和接收机成对组成，其主要原 理是发射机向接收机发射红外光束，当有入侵事件发生时，红外光束被遮断 ， 接收机没有探测到红外光信号，触发报警 。 这类报警系统监测距离短，只有 100m左右，且容易受到地形条件的高低、 曲折、转弯、折弯等的限制 ，容易受强光的影响 ，在空气中有大量灰尘或者恶 劣的气候条件如雨 、雪、霜、雾的情况下容易出现误报，地面振动 、强风可能 会使发射机和接收机失准，导致误报 ，而采用 ATC(自动跟踪装置 )的代价又比较 昂贵。 4) 被动红

44、外探测周界入侵报警技术 被动红外探测技术主要是利用人体自发辐射的红外射线来探测入侵事件， 当有人接近探测报警区域时，探测装置接收到人体辐射的红外射线，触发报 警。 . . 这类报警系统监测距离一般在10m 左右，且误报率比较高 ，一旦有和人体 温度接近的物体接近探测装置时，就会引起误报 ，另外，一旦探测装置被遮挡 而不能接收红外射线时 ，报警系统将失灵 。 5) 张力式电子围栏 张力式电子围栏是一种防止人体逾越的障碍物和感知攀爬、拉压、剪断障 碍物企图入侵的机电装置的集合体，是一种新型周界防入侵报警设施。张力式 电子围栏由机电部件、电子部件和机械部件三部分组成。机电部件有张力探测 器、张力模块

45、 。 张力探测器是根据电子围栏的张力特征，对于攀爬 、拉压、剪 断电子围栏企图入侵做出响应产生报警信号的装置。张力模块是根据电子围栏 的张力特征 ，感知由于攀爬 、拉压、剪断电子围栏企图入侵所引起的电子围栏 的状态变化 ，并把该状态变化转换成电信号的部件。张力模块和防区控制器配 套使用 ，可产生报警信号 。 该设备检测的是张力变化，外界普通环境变化不会 引起张力报警阀值的变化，因此可以胜任在恶劣的环境中。 但是由于控制各个点张力相对比较复杂，所以在安装和维护方面比较困难。 虽然一个防范区域不大于50 米相对以前同类产品有所提高，但是还是希望能增 大作用区域 。 6) 埋地磁场式泄漏电缆入侵围栏

46、 埋地式泄漏电缆是一种隐蔽的入侵探测传感器，通过在埋地泄漏电缆周围 产生不可见的电磁场。在发射电缆的外层导体开槽，使得电场能量外泄 ，由另 一根并行的接收电缆来探测泄漏出来的电场的能量。当有人干扰该电磁场时， 就会触发报警 。 埋地式泄漏电缆采用的是一种大的空间场，对移动目标的导电 性、体积、移动速度进行探测。人或车通过该电磁场都会被探测到，而小动物 . . 或鸟类却不会引起报警 。 由于检测的传感信号是外界磁场变化，所以外界非入侵物体的磁场变化将 对于该检测方法产生很大干扰，所以受磁场影响较大；而且该装置必须泄漏磁 场，对于那些要求较少外界磁场干扰的场所环境，是不能符合标准要求的 。 7)

47、振动电缆 振动电缆探测属于电磁感应式的解决方案。起探测元件为振动电缆，振动 电缆由芯线 、压敏膜 、屏蔽层 、外套组成 。 这种电缆的特性是感测压力和形变。 它可铺设在各种铁艺、围栏、围网、甚至嵌入墙体中 ，与开关量输出型电缆振 动输出设备 、一缆式电缆振动报警设备、网络型电缆振动报警设备结合使用对 翻越和入侵破坏进行探测报警。 8) 脉冲电子围栏 脉冲电子围栏主要利用高压电子脉冲来实现对入侵事件的探测，该围栏由 脉冲电子围栏主机和脉冲电子围栏前端两个部分组成。主机通电后发射端产生 高压脉冲 ，脉冲信号通过高压绝缘导线施加于电子围栏的始端，沿着电子围栏 的导线由始端传向终端，再通过高压绝缘导线

48、形成回路施加于控制器的接收端， 如果有人入侵或破坏前端电子围栏时，就会触发报警 。同时 ，入侵者在接触带 有高压脉冲的围栏时 ，会产生短暂电击的疼痛感，可以延迟入侵时间 。 这种报警系统需要将电子围栏安装在有形的周界之上，不适合用于开放式 的周界 ，有些系统需要恢复时间，不能连续报警 ，并且这种方式还可能对人体 产生伤害 。 9) 视频周界入侵报警系统 视频监控在周界入侵报警系统中应用十分广泛，在周界的关键监测点布置 . . 摄像探头 ，安保人员在监控室观察监视器，监控入侵状况 。 这类系统不能预报 入侵事件 ，也不能在入侵事件发生时报警，只能在事后调用录像观察，完全依 靠人力监视来实现报警，

49、而安保人员在长时间观察监视器的过程中极易错过有 用的信息 。后来出现了利用智能视频分析技术来报警的视频监控周界入侵报警 系统，该系统先从监视画面中将监视主体(人或物 )解析出来 ，借助在数据库中 建立或自学获得的人或物的各种姿态或状态模型，分析、比对视频监控图像中 的各种活动或物体的状态，并针对每路摄像机设置各自的活动或状态报告规则， 若在监视画面中出现与规则相符的情景，系统即报警 。 利用视频监控进行周界入侵报警存在很大的缺陷，摄像头的视距有限并且 存在死角 ，要完全覆盖整个周界需要增设摄像头数目，另外在恶劣天气状况下， 如大雾 、大雨和大雪等 ，视频监控的可见性大大降低，智能视频分析技术虽

50、然 对普通的视频监控手段有所改进，但它的算法复杂 ，计算的时间非常长 ，不能 实时地报警 ，并需要性能强大的计算机支持。 10) 微波入侵系统 雷达式微波探测器是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于 多普勒效应 。微波的波长很短 ，在 1mm 1000mm 之间，因此很容易被物体反 射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号 与发射波信号的频率会产生微小的偏移。 11) 静电感应报警探测器 在需要防护的周界区域每隔4 米安装一根支架 ，在支架上根据安全等级架 设多条探测电缆 （每两条探测电缆间距通常是20 厘米），支架与探测电缆之间 加绝缘子进行隔离 ，这样

51、便组成了一个周界报警前端。将周界报警前端接入报 . . 警处理器 ，通电时周界报警前端的探测电缆上产生交变的电磁场，当入侵者接 近、触摸、剪断、翻越探测电缆时 ，电磁场受到干扰 ，经报警处理器分析处理， 确认其幅度 、方向、速度均满足报警条件时 ，报警处理器触发一个常开或常闭 开关量报警信号 。 静电感应周界报警探测器采用国际流行安防理念“阻挡为主 、报警为辅 ”的 新型周界探测器 ，本质上有别于红外微波、红外对射 、振动电缆及高压脉冲电 网等周界报警探测器，具有性能稳定 、安装方便 、性价比高等优点 ，报警处理 器可与各种接受开关量信号的报警主机兼容。 其缺点是易受外界电磁场、雷电干扰而产生

52、误报警，监测距离受限 ，不能 定位。 4.6 电力监测 4.6.1 监测内容 传感器是电网电气量、状态量的采集终端，是智能电网的感知神经末梢， 是电网调度 、保护测控 、安全运维 、检测计量 、在线监测的基础设施组成单元， 可视作电力 “三次设备 ”，在电网安全稳定运行中发挥着基础而广泛的作用。 电力监测技术主要难点是抗电磁干扰、耐高压 、绝缘性能优良等 ，目前成 熟的技术包括变压器、电抗器 、开关柜和输电线缆的温度、局部放电和振动监 测，输电线缆接头测温技术，架空线缆的应力监测技术，埋地电缆的防盗监测 技术，变压器铁芯接地电流、线缆载流量 、电源品质检测 、SF6 气体检测技术 等。 4.6

53、.2 监测技术手段 . . 名称 技术原理 关键技术指标 厂家 北京希卓 、深圳太 量程 ：-50 +120 温度传感器 FBG 辰、上海波汇 、宁波 测量精度 ： 0.3 （绕组、铁 理工环境能源 芯、绝缘油 、 西安和其光电 、北京 量程 ：-40 +250 电抗器 、开关 东方锐择 、上海昊量 荧光光纤 测温分辨率 ： 0.1 柜等 ） 光电设备 、南京华帅 测温精度 ：1 科技 探测距离 ：最长 10km 同方威视 、浙江中欣 响应时间 ： 10s 动力 、北京诺可电 分布式测温 DTS 测温精度 ： 12km 子、威海北洋 、上海 （线缆） 定位精度 ： 1m 华魏 、宁波诺驰光 测

54、温范围可高达 350700 电、宁波东方之光 测量距离长 ： 5-100km 浙江中欣动力 、拜安 温度范围 ： -190 700 科技 、威海北洋 、宁 分布式温度应 BOTDA 应变测量范围 ： -4000 6000 微应变 波诺驰光电 、江西旭 变（线缆） 测量时间 ：低至 20s 锋光电 、加拿大 OZ 、 测量精度高 ： 1， 20(0.002%) 无锡亚天 量程 ：（ 1 ， 5， 10 ）g 可选 深圳太辰 、上海波 频响范围 ： 0.5-100hz 加速度传感器 光纤光栅 汇、北京达卡 、上海 分辨率 ： 0.1 F.S 铂珏 测量精度 ： 0.3 F.S. . . 长距离定位

55、型 入侵监测报警-OTDR 系统 SF6 泄漏监测光谱吸收 超高频法 局部放电 脉冲电流 监测距离 ： 40Km 定位精度 ： 10m SF6 气体浓度报警范围： 50 1500PPM （报警点可自行设置，国家规定 1000PPM ） SF6 气体检测灵敏度： 5% 设置值 氧气浓度报警点： 18% 氧气测量精度 ： 0.4% 温度显示范围： -50 99 湿度显示范围 ： 0 99%RH 频率范围 ：300MHz 2000MHz 灵敏度 ： 10pC 放大器增益 ：50dB 动态范围 ： -90 10dBm 测量范围 ： 50pC 10000pC （内置传感 器） 局部放电截止频率低：100

56、kHz, 500kHz 局部放电截止频率高： 500kHz ， 1 MHz ， 10MHz 工作温度 ： 0 至 45 湿度 ： 10% 至 90% 同方威视 南京华帅 、国电西 高、上海欧秒电力监 测设备 、宁波理工环 境能源 南京华帅 、国电西 高、宁波理工环境能 源 上海波汇 、国电西 高、上海欧秒电力监 测设备 . . 电流 ： 50uA 1A ，1%+0.1mA 容性设备绝缘高导磁超南京华帅 、上海欧秒 介质损耗 ： 0.001 0.3，0.1% 在线监测系统微晶材料电力监测设备 等值电容 ： 30pF 0.3uF ，1% 在线检测出变压器油中溶解的H 2 , CO, 南京华帅 、国

57、电西 纳米晶半 变压器油色谱 CH4 , C 2H 6 , C 2H2 , C 2H4，CO2 等全组分 高、上海欧秒电力监 导体气敏 在线监测系统 气体及微水的含量 测设备 、宁波理工环 传感器 工作温度 ： -45 70 境能源 电流检测范围AC 1mA10A 测量精度0.1mA50mA时：（测量值 变压器铁芯接 *1.0%+0.5mA ） 上海波汇 、上海欧秒 电磁 地电流 50mA10000mA 时：（测量 电力监测设备 值 *0.5%+1mA ） 通讯传输距离 01000m 精度：测量值 20ppm 时，1ppm ；其 他，10% 工作温度 ：-40 +55 国电西高 、南京华 油中

58、溶解气体 油 温: -40 +110 ； 帅、上海欧秒电力监 光声光谱 及微水 湿 度： 10 100%RH ，无凝露 测设备 、宁波理工环 实现在线检测变压器油中的 种特征气体 境能源 及微水 （氢气 、一氧化碳 、二氧化碳 、乙 烯、乙烷、甲烷、乙炔、微水） 电能质量 多种传感 专门用于检测电网中波形畸变 、谐波含 宁波理工环境能源 、 . . 技术量、电压波动与闪变和三相不平衡等电能武汉博试电气、以色 质量问题 ，以及电参量测试和矢量分析列 Elspec 公司 、保定 可精确测量电压、电流、有功功率 、无功市迅达电气 、航天科 功率 、相角 、功率因数 、频率等多种参工三院 量。 4.6

59、.3 技术原理简介 荧光光纤测温 ： 荧光光纤温度传感器是由多模光纤和在其顶部安装的荧光物体（膜）组成。 荧光物质在受到一定波长（受激谱 ）的光激励后 ，受激辐射出荧光能量。激励 撤消后 ，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素 。这种受激 发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余 晖时间 (ns) 。我们发现 ，在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。因此通 过测量荧光余晖寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。 常用的测温系统如图所示。光纤将脉冲调制光源（例如图中670nm的激 光二极管 ）的激发光传输到荧光材料（例如 Cr:LiSAF），而由荧光材料

60、激发的 与温度相关的荧光衰减则有探测器接受，并通过专用的信号分析单元给出荧光 寿命参数 。由于荧光寿命和温度之间有确定的关系，所以测出荧光寿命后，即 可确定被测点的温度。由于材料的荧光寿命和温度之间的关系是由材料本身的 特性唯一的确定 ，所以这种测温方法测量精度高、抗干扰能力强 。 . . 图 4.7荧光测温系统 4.7 通信监测 4.7.1 监测内容 通信监测主要是针对通讯光缆、歌华有线等设备的防破坏实时在线监测， 破坏方式主要是人为破坏、小动物啃噬 、外界物体强力损坏等。监测手段主要 是采用光纤振动传感监测技术对破坏光缆行为产生的振动实时监测，并视频联 动，查看破坏对象和行为 ，声光报警联