城市综合管廊监控与报警系统解决方案设计全.docx

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城市综合管廊监控与报警系统解决方案设计全

XX城市综合管廊监控与报警系统

FA/A-01-2016

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2016年01月14日

一、城市综合管廊概述

1建设背景

随着城市经济的快速开展，综合管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现，一些城市相继发生大雨涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响着生命、财产安全和城市运行秩序。

全国综合管线事故平均每天高达5.6起，每年由于路面开挖造成的直接经济损失高达2000亿元。

面对当前现状与存在的问题，中央适时出台《国务院关于加强城市根底设施建设的意见》【国发〔2013〕36号】文件：

在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程；中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。

新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进展开发建设。

2城市综合管廊简介

综合管廊〔日本称“共同沟〞、称“共同管道〞〕，就是地下城市管道综合走廊。

即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统设和管理，是保障城市运行的重要根底设施和“生命线〞。

3综合管廊监控与报警系统

城市综合管廊部不仅整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，而且管廊自身功能使用的动力、照明、排水等设备繁多，无论纳入管线出现故障，还是自身附属设备出现故障，都将造成沿线城市功能的瘫痪，因此建设城市综合管廊监控与报警系统意义重大。

二、监控与报警系统现状与需求

1系统现状

城市综合管廊监控与报警系统，由于依靠环境与设备监控、安全防、通信、预警与报警子、地理信息等多个不同功能的系统，或者由于产品提供来自不同的厂商，在数据交换中没有一个统一的标准，因此造成接口众多、访问性差，容易形成一个个的“信息孤岛〞：

〔1〕传统监控采用人工管理模式，运营管理本钱高，管理水平与管理质量也无法得到有力保障：

〔2〕政府多头管理、分散操作易产生各种问题；

〔3〕解决紧急事故发生时易相互推诿、扯皮；

〔4〕市政设施管理的运维监测监控能力、应急调度指挥能力、综合业务能力很难提高；

〔5〕管廊监控视频、监控数据类别不一，各系统间信息孤岛导致相关部门决策困难。

2需求分析

〔1〕在监控中心设置监控计算机、管理计算机、服务器、通信计算机和智能化模拟屏等设备组成中央计算机系统。

〔2〕智能化模拟显示屏可直观地显示管廊各种设备的运转情况，与时了解灾情和非法入侵的发生与其位置。

模拟显示屏的显示容有：

管廊各区段的位置和建筑模拟图，各防火分区排水泵的状态、通风装置状态、照明的状态、火灾检测的状态、环境温度/湿度和氧含量和非法入侵等各种报警信号等。

〔3〕监控中心

综合管廊监控中心主要任务为确保管廊管线与操控设备能正常运转，并在发生事故时能迅速反响处理，因此管廊监控中心就是整个管廊安全管控系统的神经中枢，通过自动化监视与侦测设备，将管廊任一角落的状况资料迅速传递收集于监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。

〔4〕建立完善的预警、报警机制，解决城市管廊设施遭受人为破坏的地下隐患，保障管廊的通风、照明、排水、防火、通信等设备的正常运转。

三、综合管廊监控与报警系统

1XX城市综合管廊监控与报警系统

综合管廊监控与报警系统是一个综合性非常强的管控系统。

各系统之间由于技术体系不一，采用的标准各异，导致难以兼容互通，这不仅需要兼顾环境与设备监控、通信联络、地理信息等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全防等方面对图像监控的需求，同时还需要考虑报警、门禁等配套系统的集成以与与广播系统的联动，因此在这些系统的互联过程中必然会出现系统异构的信息孤岛问题。

要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的监控报警系统需要解决不同厂商、不同产品的兼容和多个系统相互集成的问题，需要考虑到平台的网络接入和资源的开发方式，还需要立足大型联网用户的角度去设计，把握好互利与共享的原如此。

XX物联网研发的基于物联网的监控与报警系统成功地解决了众多品牌相互兼容、各系统集成与融合、协议与接口标准不统一的难题，成为综合管廊监控与报警系统未来的开展方向，从而使信息孤岛难题成为历史。

2系统设计原如此

根据用户现状和需求分析，综合管廊监控与报警系统依据以下原如此设计：

〔1〕可靠性

系统应确保管廊数据获取、融合、传输等过程的可靠性。

其中，感知数据是管廊各项应用的根底和判别依据，可靠的数据获取、融合和传输是保证管廊功能正常运行的根底。

〔2〕可扩展性

系统应能够动态调节，为不同网络应用提供可扩展性，包括网络拓扑结构可扩展、服务容可扩展等。

〔3〕兼容性、开放性和易维护性

系统的软、硬件采用模块化、组态化设计，可以方便地进展容量的扩大和功能的维护升级。

同时，系统建设基于Web、B/S结构，软件设置开放性网络接口，可实现将监测信息上传至监控中心和各级主管部门、单位。

〔4〕安全性

监控与报警系统的安全标准要特别保护用户的信息隐私，为各政府部门、单位提供不同安全级别的网络应用。

3系统设计依据

本设计方案依据国家相关规定，符合如下规要求：

《国务院办公厅关于加强城市综合管线建设管理的指导意见》〔2014〕27号

《城市市政综合管廊技术规》GB50838

《密闭空间作业职业危害防护规》GBZ/T205

《安全防工程技术规》GB50348

《入侵报警系统工程设计规》GB50394

《视频安防监控系统工程设计规》GB50395

《出入口控制系统工程设计规》GB50396

《火灾自动报警系统设计规》GB50116

《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规》GB50493

《城镇燃气设计规》GB50028

《爆炸危险环境电力装置设计规》GB50058

《电子信息系统机房设计规》GB50174

《建筑物电子信息系统防雷技术规》GB50343

《火灾自动报警系统施工与验收规》GB50166

《自动化仪表工程施工与质量验收规》GB50093

《密闭空间作业职业危害防护规》GBZ/T205

4系统设计思路

的角度看综合管廊监控与报警系统设计

目前，综合管廊主要存在以下四大问题：

一是人的不安全行为〔违章〕造成的人员安全问题，二是物的不安全状态〔隐患〕导致的设备安全问题，三是环境的不安全条件〔隐患〕诱发的环境安全问题，四是组织的不安全因素〔管理漏洞〕导致的管廊安全问题。

以上四大核心因素共同诱发能量的不正常传递，从而造成管廊事故。

因此，系统必须对这四个核心因素进展管控，以实现对人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不安全因素等迅速、灵活、正确地理解〔——预测〕和解决〔——启动安全设备或报警〕，从而实现地下管廊的本质安全。

〔1〕针对人员安全：

通过人员标识卡、便携式巡检仪、人员探测计数器等管控人的不安全行为，使巡检人员达到可视化管理、无关人员实现防入侵管理。

〔2〕针对环境安全：

通过多功能监测基站和智能传感器对管廊温度、湿度、水位、氧气、H2S、CH4等环境要素实时监控，实现危险源管理、辨识、评估和控制，从而消除环境的不安全因素。

〔3〕针对设备安全：

通过智能传感器、仪表和多功能监测基站对监控设备、排水设备、通风设备、通信设备、消防设备、照明设备、电缆温度等进展实时在线感知、报警联动、远程控制和指挥调度，使之始终处于安全状态。

〔4〕针对管理安全：

通过建立安全机制和预警管理体系，实现现场可视化、问题可视化和隐患的可视化，达到管理无失误、指挥无失误、操作无失误，在此根底上实现未雨绸缪、超前预报，防患于未然。

城市综合管廊的建设目标是在信息化管理的根底上，逐步实现自动化，用智慧覆盖整个管廊运行管理的全过程，实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营〞一体化智慧型管廊。

本系统利用先进的物联网技术，通过感、传、知、用四层架构，实现对地下管廊的属性信息和状态信息运行透彻的感知和度量，通过感知实时获取人员、设备、环境、流程制度等在的一切数据，实现地下管廊管理的可视化，提高管廊安全性和用户满意度。

从上图可以看出，井下所有的信息都要通过设备数据标准化传到平台监控中心，而监控中心的各种控制命令如此要传输到各段管廊的各种设备上。

这些信息主要有：

〔1〕监控摄像机的视频信号和控制信号；

〔2〕人员位置信息和人员报警信息；

〔3〕环境传感器和设备传感器的模拟量数据；

〔4〕风机、水泵等设备的开关量数据；

〔5〕Wi-Fi的语音信息和广播信息；

〔6〕管廊的各种属性信息和状态信息；

〔7〕管理指令和流程信息等。

我们采用基于物联网的整体解决方案化解以上所有问题。

系统基于物联网的标准接口，用户可以很顺利的处理来自不同设备与环境的数据，满足末端设备扩展需求。

利用物联网对地下管廊进展感知和识别，通过网络互联，进展传输、计算、处理和数据挖掘，实现对地下管廊的实时控制、准确管理和科学决策。

5系统流程设计

根据综合管廊的运营复杂情况与特点，建立基于物联网的监控与报警系统，是实现智慧管廊的必由之路。

综合管廊要实现系统的安全、稳定运行，又要实现对供电、消防、照明、通风、排水等系统的“集中管理〞：

（1）感知层：

感知来自电力、给水、通信、能源等系统的各种数据。

（2）传输层：

由物联网多功能基站提供无线、有线通信等可靠传输。

（3）处理层：

通过一个“统一管理信息平台〞集成环境与设备监控系统、安全防系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统五大中心模块实现系统的分布式应用和纵向深入。

（4）应用层：

由于政府管理部门和四大管线单位〔自来水、电力、煤气和通信〕的本专业管线运行信息、会影响到管廊本体安全或其它专业管线安全运行，因此在应用层要对四大管线单位提供通信接口，以实现信息的共享和联动。

四、系统组成

城市管廊监控与报警系统由环境与设备监控系统、安全防系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统和统一管理信息平台六局部组成。

监控与报警系统架构图

系统建立基于物联网的“管、控、营〞一体化的智能管控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，解决了管廊监控与报警建设中存在着部干扰性强、使用单位多与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，提升了管廊根底设施、环境和设备的恢复效率，进而实现了监控中心应用“五大系统，一个平台，一根光纤，一组基站〞即能对管廊部设备的远程管理与联动控制。

五、系统功能

1环境与设备监控系统

环境与设备监控系统的功能是实现对综合管廊全域环境和设备的参数和状态实施全程监控，将实时监控信息通过多功能基站准确、与时地传输到监控中心的统一管理信息平台，便于值班人员与时发现现场环境和设备问题，排除故障以与对警情的与时处理，保证管廊正常运行。

环境与设备监控系统主要由智能传感器〔环境监控、设备监控〕、多功能基站和智能LED显示器等设备组成。

系统架构图

环境监控

根据规要求，沿管廊纵长每隔200米应设置人员逃生安全孔、投料口、通风口、防火门和人员进出口各一个。

通过在每个防火分区出入口和通风口处安装气体〔O2、CH4、H2S〕、温度、湿度、烟雾、水位、水浸等监测传感器，可实现与风机、水泵的自动化控制与对接，检测信号就近送附属设备监控系统现场控制单元，并通过以太网送到监控中心计算机。

在监控中心控制室显示屏上，以数字形式显示每个防火分区的氧气百分比含量和温度/湿度。

环境参数监控传感器布置如下：

舱室容纳管线类别

给水管道、再生水管道、雨水管道

污水管道

天然气管道

热力管道

电力电缆、通信线缆

温度

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湿度

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水位

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O2气体

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H2S气体

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CH4气体

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环境参数监控容表〔注：

●应监控；▲宜监控〕

此时，一旦探测器检测到危险气体，危险区域周边的作业人员会第一时间看到以数字形式显示每个防火分区的气体百分比含量和温度/湿度等报警提示信息，并获知报警位置。

对布置在每个防火分区的排水泵、照明、风机、风道阀门、红外入侵报警装置、环境温度/湿度/氧检测仪表等仪表和设备进展数据采集，监测集水井液位上限报警信号，通过相应的多功能基站向统一信息管理平台传送，多功能基站同时并承受监控中心的命令，实现远程控制风机的开停与相应防火分区照明设备总开关的分合。

2安全防系统

安全防系统的功能是实现对综合管廊全域人员的全程监控，将实时视频信息和电子巡查信息通过多功能基站与时、准确地传输到监控中心，便于值班人员与时发现现场问题，排除故障以与对警情的与时处理，保证管廊正常运行。

组成

安全防系统主要包含视频监控系统、门禁系统、防入侵系统和可视化巡检系统〔电子巡查管理系统〕四局部。

系统

移动视频可视化巡检拓扑图

要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的视频监控系统需要解决产品兼容与多个系统的相互集成，以与平台网络接入和资源开发方式等问题。

视频监控系统结构由前段局部、信号传输局部、中央控制显示局部、数字图像检索回放局部以与数据存储、IP承载网。

前段系统采用点位设计；信号传输系统设计容主要分传输方式和传输管道两局部；中央控制显示局部的设计采用数字化监控中心管理系统；数字图像检索回放局部以加大容量模块化矩阵切换设备作为核心设备，以数模结合方式，实现对快球的远程控制、权限管理，并采用外置储存方式进展集中式数据存储。

系统通过系统前端监控点网络摄像机采集图像信息，系统主机处理后在相连的监视器上反映监控场景。

综合管廊每200米为一段防火分区，每段防火分区设置1台多功能基站，在每段防火分区设置3台网络摄像机〔区段出入口〕：

检测卸料口1台、防火门的两边各1台，监测任何进入防火分区的人员情况。

所有的视频监控画面都可以通过智能安全管控平台控制、显示，实现全围监控，并且可在监视器上切换显示各防火分区的监控画面。

同时，系统采用EPON技术组建会聚网络，在网络会聚机房部署OLT，铺设光纤到监控前端，在光纤线路上部署分光器，灵活接入各前端控制点。

前端视频编码器通过ONU接入光纤，实现“树形分叉〞式的前端接入，可有效节约光纤资源，减少建设本钱，后期扩容也更为方便。

门禁系统

智能门禁系统由读卡器、控制器、电锁和智能LED显示器组成。

在管廊出入口设置智能门禁控制系统，门禁处设置智能LED显示器。

当巡查人员在闸门外出示经过授权的感应卡，经读卡器识别确认身份后，控制器驱动打开电锁放行，并记录进门时间；当使用者离开所控房间时，在门触按放行开关，控制器驱动打开电锁放行，并记录出门时间。

智能LED显示器实时显示管廊环境信息，为巡检、维修人员出、入管廊情况提供安全确认数据记录，能够有效防止未经许可人员进入。

系统采用全IP通信设计，配备先进的工业级处理系统，具有系统自动修复、自我健康管理和线路质量容错设计等特点，让出入管理更安全和更稳定。

系统

在投料口与机械通风口安装红外防入侵探头，一旦有非法入侵，数据经过系统自动识别、判断后通过多功能基站传送给报警控制装置，监控中心模拟显示屏上会显示出入侵的区段与进出人数，并与时记录入侵的时间、地点，同时通过报警设备发出报警信号。

因为红外防入侵系统对监测区域的照明没有任何特殊要求，甚至在完全黑暗的环境下基站也能正常工作。

系统〔电子巡查管理系统〕

可视化巡检系统由多功能能基站〔WI-FI〕、便携式巡检仪和无线定位标等设备组成。

可视化巡检系统是一种基于物联网的巡检系统，它将视频监控技术与电子巡检技术有机结合起来，既保证了现场巡检工作有效进展，又充分利用现有的成熟网络，使移动监控成为可能。

便携式巡检仪实时传输沿路巡检画面、巡检员对设备的检查画面、设备的运行画面到控制中心，图像清晰、位置信息精准、视频数据可备份、存储，由此实现现场巡检与移动视频监控的有效管理。

可视化巡检系统可以对重点部位巡检情况进展全程录像，并定时传输到监控中心，实现监控无死角。

安全值班长、各级领导可以随时监察现场巡检人员的工作情况，以便与时、直接地掌握各部门、人员、设备的运行情况，与时对发生的情况做出反响，同时又有效提高了巡检人员的责任心。

3通信系统

通信系统的功能是实现管理、巡检和施工人员的通信联络，管廊配备各区间工作人员之间、现场工作人员与监控中心之间保持信息通畅，确保前端巡检人员信息与时上报，监控中心命令与时下达。

通信系统主要由广播对讲基站、WIFI无线手机和语音调度服务器等设备组成。

XX智能广播系统是一套基于物联网的纯数字化音频对讲、广播系统。

在物理结构上与标准IP网络完全融合，不仅真正实现基于TCP/IP网络的数字化音频的对讲、广播、直播、点播，并借助TCP/IP网络的优势，突破了传统模拟广播系统的容局限、空间局限和功能局限等。

智能对讲、广播系统不仅能够完全取代固定式和传统的模拟音频广播系统功能，更有传统模拟广播所没有的自主交互式功能：

〔1〕用户可以在总控室用IP话机或WIFI话机拨打广播基站的分机对单个广播基站进展通话；也可以通过调度系统来对一组广播终端进展广播呼叫。

〔2〕在广播基站上支持一键对讲功能，可以设置呼叫组或分机，当出现紧急事件时候，用户可以按下相应的功能键，呼叫事件相关人员。

〔3〕广播基站也可以被看作是一个IP话机，数字键盘是选配的，用户如果接有数字键盘可以通过数字键盘来拨打对方的分机进展通话。

〔4〕广播基站支持后备电源供电，在没有IPPBX的情况下，支持脱网通信，支持进展广播呼叫。

〔5〕支持WIFIAP功能，提供WIFI无线信号的接入。

4预警与报警系统

预警与报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测，系统将预警和报警信息通过多功能基站与时、准确地传输到监控中心，实现灾情预警、报警、处理与疏散，同时通过广播系统，向综合管廊的工作人员广播，使他们与时撤离现场，保证人身安全等功能。

系统组成

预警与报警系统由火灾报警系统和可燃气体探测报警系统两局部组成。

系统

火灾报警系统主要由智能传感器、分布式测温光纤、多功能监测基站和智能广播基站等设备组成。

在每段防火分区设置智能烟感探测器、分布式测温光纤、手动报警按钮、火灾、多功能广播基站和声光报警器等设备。

烟感探测器设置间距为10m，手动报警按钮设置在卸料口、两边的防火门处。

基站与基站之间采用可插拔光纤连接。

光纤测温主机连接多条线性测温光缆，测温光缆主要监测管廊电力电缆的温度是否在正常的围运行，对于管廊110kv的电力电缆，每根配置一条测温光缆监测其温度的变化；对于10kv的电力电缆，每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。

该系统温度监测精度为1℃，可任意设置多级温度报警值，光纤测温主机可提供一组继电器输出报警信号。

在监控中心设置火灾报警屏，通过总线回路巡检、接收、显示每个报警点的工作情况。

当火灾发生时，启动整个管廊声光讯响器。

系统

可燃气体探测报警系统主要由智能传感器、分布式测温光纤、多功能监测基站和智能广播基站等设备组成。

为使系统有效工作，在每段防火分区设置智能天然气探测器、手动报警按钮、报警、多功能广播基站和声光报警器等设备。

天然气探测器设置间距为10m；手动报警按钮设置在卸料口、两边的防火门处。

基站与基站之间采用可插拔光纤连接，可实现无线采集数据信息，并对设备进展无线远程控制。

监控中心可按需设定天然气报警浓度的上限值〔小于其爆炸下限值的20%〕，天然气探测器接入多功能监测基站，当天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定上限值时，由多功能监测基站启动天然气舱事故段分区与其相邻分区的事故通风设备，且紧急迫断浓度设定的上限值要小于其爆炸下限值的25%，并通过可燃气体报警系统解决燃气泄漏或危险气体累积带来的爆炸隐患，确保燃气管廊设施正常、稳定运行。

〔1〕消防联动：

探测器发出检测信号，报警装置联动视频系统，跳出该防区的视频画面，确认报警。

〔2〕联动排烟/气系统：

每段防火分区设置有排风与排烟/气系统，正常时用于排风。

当确认探测到火灾/可燃气体时，监控中心可通过多功能基站传输指令实现远程启动风机排烟/气。

〔3〕联动电源：

灾情探测信息确认后，监控中心可通过多功能基站进展指令传输以切断非消防电源。

〔4〕联动广播系统：

灾情探测信息确认后，监控中心启动广播切换模块进展灾情信息广播，特别针对灾情确认区、相邻分区进展广播疏散。

〔5〕联动系统：

监控中心可启动专用模块与任一广播基站通话；现场任一广播基站或通过监控中心确认后实现与调度主机通话录音。

5地理信息系统

地理信息系统的功能是实现对综合管廊人员、设备和巡检车辆的位置坐标数据的采集、存储、管理、分析和表达，将信息通过多功能基站与时、准确地传输到监控中心，实现对通风线路、避灾路线、监测设备、巡检人机坐标等信息的GIS浏览。

地理信息系统基于“一图〞模式展示地下管廊和部各专业管线根底数据管理、图档管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、根底数据共享等功能信息，能为监控与报警系统提供简洁、美观、统一、友好的人机交互界面，具有视觉冲击力；指令简单、准确、无异议，能直观展现“五系统、一平台/中心〞信息。

同时，系统具有丰富的地图展示效果，同时支持二维、三维地图的在线展示、流畅切换，支持旋转、缩放、平移等根本操作，且具有统一坐标系，为监控人员与决策人员提供准确的地理信息，确保信息统一可视，同时在应急救援时提供有效的安全分析链。

6统一管理信息平台

统一管理信息平台的功能是实现对大数据的综合分析和交互，将信息通过多功能基站与时、准确地传输到监控中心，以GIS模式实现位置坐标的可视化追踪。

由于统一管理信息平台依靠多个不同功能的系统，为了有效消除各系统间的信息孤岛，我们从门户集成、应用集成、通信集成、数据集成、安全集成和管理集成六个方面构建一个全局SOA架构和多系统集成互联网的数字化、网络化、集成化和智能化的统一管理信息平台。

〔1〕门户集成。

实现环境与设备监控系统、安全防系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统与其它所有系统在统一门户上的集成化统一管理。

〔2〕应用集成。

基于网络架构、以电子地图为导航的综合集成管控平台，实现集成系统之间的信息交换和共享，并对集成信息进展综合应用。

〔3〕通信集成。

集成平台通过建立起一套统一的信息体系，利用先进的XML语言，在各个前端采集设备与平台之间按照统一的标准接口，通过消息服务进展信息交换和控制信息交换。

〔4〕数据集成。

通过对多系统数据采集和分析，可以实现系统之间的关联和统计，并可以输出不同的报表。

〔5〕安全集成。

建立统一的权限管理体系，以密码技术为根底，在网络环境中实现统一用户管理、身份认证与单点登录、统一授权管理、安全审计与责任认定、统一门户管理功能等，为各系统提供完善的安全支撑。

〔6〕管理集成。

通过统一的管理平台实现对五大系统的管理，包括对设备和软件的注册、配置、维护和更新。

〔1〕通过数据采集系统与实时数据库对各系统的数据进展采集和保存。

以采集整理后的各生产自动化与管理系统数据信息为根底，建立不同层面面向现场的运营指挥调度平台，实时监测管廊运营现场状况，实现通风、人机、工作面等多种安全运营分析模型。

同时，整合各类数据，为各级各类管理、技术、监控人员、单位提供分析、决策的支持。

主要包括综合监测、运营调度、安全管理、数据分析等功能。

〔2〕综合管廊统一的权限管理模块。

开发统一的权限管理模块，包含角色划分、权限分配等功能，将综合管廊各系统权限无缝的集成在