智慧城市综合管廊监控与报警系统安防通信一体化解决方案 规划设计建设方案.docx
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智慧城市综合管廊监控与报警系统安防通信一体化解决方案规划设计建设方案
城市综合管廊监控与报警系统
基于“智慧+”的物联网融合通信系统
解决方案
1.项目背景及建设目标
1.1项目背景
1.1.1城市综合管廊项目背景
城市综合管廊（日本称“共同沟”、台湾称“共同管道”），就是城市地下管道的综合走廊。
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、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。
在发达国家，城市综合管廊已经存在了一个多世纪，在系统日趋完善的同时其规模也有越来越大的趋势。
早在1833年，巴黎为了解决地下管线的敷设问题和提高环境质量，就开始兴建城市地下综合管廊。
此后，英国伦敦、德国汉堡等欧洲城市也相继建设地下共同沟。
1926年以来，日本、俄罗斯、西班牙等国开始建设地下综合管廊。
如今，建设供排水、热力、燃气、电力、通信、广电等市政管线集中铺设的地下综合管廊系统，已成为世界发达国家城市发展现代化、科学化的标准之一。
我国的地下管廊建设起步相对较晚，但仍在一段时间内未能大面积推广，其原因不是资金问题，也不是技术问题，而是意识、法律以及利益纠葛所致。
综合管廊建设的一次性投资常常远高于管线独立铺设的成本，但如果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来看，综合管廊的成本效益比显然不能只看投入多少。
台湾省曾以信义线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。
近几年，国务院高度重视推进城市地下综合管廊建设，2013年以来先后印发了
《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》、《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，部署开展城市地下综合管廊建设试点工作。
住建部、发改委、财政部等相关部门也相继下发有关文件，支持地下管廊建设。
2015年1月，住建部等五部门联合发出通知，要求在全国范围内开展地下管线普查，此后决定开展中央财政支持地下综合管廊试点工作，并对试点城市给予专项资金补助。
2015年中，确定包头、沈阳、哈尔滨、苏州、厦门、十堰、长沙、海
口、六盘水、白银等10个城市为试点城市；2016年，确定石家庄市、四平市、杭州市、合肥市、平潭综合试验区、景德镇市、威海市、青岛市、郑州市、广州市、南宁市、成都市、保山市、海东市和银川市等15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年已开工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。
1.1.2城市综合管廊监控与报警系统
2015年5月22日，住建部和质检总局联合发布了GB50838-2015《城市综合管
廊工程技术规范》，并于2015年6月1日正式实施，并提出城市综合管廊的设计、建设工作应遵循“规范先行、适度超前、因地制宜、统筹兼顾”的建设原则。
《城市综合管廊工程技术规范》的第7章“附属设施设计”中，包括了7个分
部工程系统：
7.1消防系统
7.2通风系统
7.3供电系统
7.4照明系统
7.5监控与报警系统
7.6排水系统
7.7标识系统
而“7.5监控与报警系统”又包含多个分项工程：
1）环境与设备监控系统
2）安全防范系统
3）通信系统
4）预警与报警系统
5）地理信息系统
6）统一管理信息平台
7）……
《城市综合管廊工程技术规范》中，对监控与报警系统的功能、参数、接口等均做出了具体的要求，更要求“当管线采用自成体系的专业监控系统时，应通过标准通信接口接入综合管廊监控与报警系统统一管理平台”。
可见，城市综合管廊的“监控与报警系统”建设，是需要将整个城市综合管廊监控、管理、运营结合起来，其投资额在整体管廊建设中占比不大，但其功能却是非常重要的。
而建设一套“城市综合管廊的物联网通信平台”，在满足现有监控与报警系统功
能需求的同时，更会为未来的系统扩容、功能扩展、多系统融合等，预留出无限的可能。
1.1.3基于“智慧+”的物联网融合通信系统
奇点新源国际技术开发（北京）有限公司（以下简称“奇点国际”），是北京神州泰岳软件股份有限公司（以下简称“神州泰岳”，股票代码：
SZ300002）投资控股的
一家高新技术企业，是专业从事物联网、无线通信相关技术研究的技术创新型企业。
奇点国际致力于构造“永远在线”的人与物间共生互动的世界，进行未来网络和
人类生活模式相结合的前瞻性探索和技术研发，以技术创新为主导，推动自主通信技
术产业的发展。
奇点国际坚持核心技术的自主研发,积极探索下一代网络与通信系统的革新突破,通过硬件产品与组网技术的创新，实现网络性能与用户体验的全面提升。
奇点国际自主研发的拥有一百六十余项专利的国产TSM技术体系在解决封闭空间、
易爆区域内的物联网和通信问题上展现出卓越的优势，获得业内大量专家的高度评价，并在多种特殊场景应用中得到充分验证。
2014年，国家安监总局、工信部、科技部、中国煤炭工业协会等相关单位共同发起成立“中国矿山物联网协同创新联盟”，奇点国际出任该联盟副理事长单位。
2015年，奇点国际作为国家“矿山安全生产物联网标准化组”组长单位，主导提出了国内首套矿山物联网的国家系列标准及《安全生产物联网与信息交互系统总体技术要求》，并联合矿山及通信领域的院校与科研机构、龙头矿企、矿山物联网产品研发企业等共同致力于推广接口标准化理念，这将为我国未来矿山物联网产业的发展奠定关键基础。
●智慧线®、智慧墙®、智慧芯®系列产品已拥有百余项国际、国内发明专利；
●第一批获得国家物联网专项资金支持，主导承担国产物联网芯片的研发；
●多次承担北京市科技计划、中关村十百千计划等科技项目；
●2013年智慧线®被列入中关村“20个颠覆性技术储备库”，并入选“中关村十大科技创新成果”；
●2014年智慧线®被列为煤监局重点推荐创新技术；
●“中国矿山物联网协同创新联盟”副理事长单位；
●国家“矿山安全生产物联网标准化组”组长单位；
●产品线涵盖通讯、安防、车联网、智能家居等多个领域；
截至2016年5月，基于智慧线®、智慧墙®、智慧芯®系列技术的产品及解决方案成功应用案列有：
序号
地点
运用核心技术
使用功能
项目时间
1
河南平煤神马集团十三
矿
智慧线
人员定位、无线通信
2014年10月
2
山东能源集团赵官煤矿
智慧线
人员定位、无线通信、无线广播
2015年2月
3
神华集团郭家湾煤矿
智慧线
人员定位、无线通信、无线广
播、环境监测、视频监控
2015年4月
4
神华集团任家庄煤矿
智慧线
人员定位、无线通信、无线广
播、环境监测
2015年4月
5
内蒙古伊泰集团塔拉壕
煤矿
智慧线
人员定位、无线通信
2015年5月
6
山西三元集团新村煤矿
智慧线
人员定位、无线通信、无线广播
2015年5月
7
神华集团寸草塔二矿
智慧线
人员定位、无线通信、无线广播、无线视频、胶轮车监控、
APP、环境监测
2016年5月
8
抗战胜利70周年阅兵
训练场
智慧墙
入侵检测
2015年6月
9
中石油独山子石化
智慧墙
入侵检测
2015年8月
10
南京禄口国际机场
智慧墙
入侵检测
2016年3月
11
贵阳龙洞堡机场
智慧墙
入侵检测
2016年3月
12
乌鲁木齐地窝堡机场
智慧墙
入侵检测
2016年5月
13
中国维和部队
智慧墙
入侵检测
2016年6月
14
中国铁路总公司
智慧墙
入侵检测
2016年6月
15
碧水源净水器
智慧芯
采集信息、无线传输
2014年10月
16
BYD电动汽车
智慧芯
采集信息、无线传输
2015年2月
17
防城港核电站
智慧线、智慧墙
人员定位、入侵检测、无线通
信、环境监测、无线视频、APP
2016年3月
18
秦山核电站
智慧线、智慧墙
人员定位、入侵检测、无线通
信、环境监测、无线视频、APP
2016年4月
从成功应用的以上案例可以看到，奇点国际基于“智慧+”系列技术的物联网融合通信系统，已经实现并成熟应用的功能有：
1）无线通信系统；
2）无线广播系统；
3）入侵检测系统；
4）人员定位系统；
5）环境检测系统；
6）无线视频传输；
7）APP应用扩展；
8）……
奇点新源国际技术开发（北京）有限公司自主开发的基于“智慧+”的物联网融合通信系统，以“智慧线”、“智慧墙”、“智慧芯”系列物联网通信技术为核心，可为城市综合管廊提供“全覆盖”的无线接入和以太网接入，构建城市综合管廊的物联网通信平台。
1.2“智慧+”物联网融合通信系统建设目标
给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等城市工程管线均可纳入综合管廊，综合管廊应统一规划、设计、施工和维护，并应满足管线的使用和运营维护要求。
因此，综合管廊应同步建设消防、供电、照明、监控与报警、通风、排水、标识等设施。
本方案的建设目标，是建设一套应用于城市综合管廊的、统一的、开放的、基于物
联网的融合通信系统解决方案，在全面实现“报警与监控系统”的技术要求的同时，可与消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、排水系统、标识系统等附属设施系统有效联动，并为随着我国管廊建设能力和管理水平的增长而必然出现的新的技术需求和管理需求提供一个可扩展的物联网融合通信平台。
“智慧+”系列产品为本安型产品，满足GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》之要求，适用于“1”级区域。
1.2.1第一层次建设目标（基础网络）
第一层次的建设目标，是要建设一套基于城市综合管廊的统一的、开放的、全覆盖的物联网融合通信平台。
城市综合管廊纳入了给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等城市工程管线，其功能堪比地下管线的“高速公路”。
与之对应的，信息化建设、信息化管理的需求必将随着综合管廊的建设和发展而不断增加。
基于“智慧+”的物联网融合通信平台的建设目标，是建设一条可对城市综合管廊进行全覆盖的“信息高速公路”，让城市综合管廊的各种监测仪表、检测设备、设备状态、无线通信、人员管理、业务应用等，都融合在该平台上，实现现有细分专业系统的业务联通、联动，并为未来新的业务扩展提供开放的整体性信息平台和无限的想象空间。
“智慧+”物联网融合通信系统采用了奇点国际自主研发的隧道移动通信系统
TSM（TunnelSystemofMobileCommunicatoin），该融合通信平台的建设目标为：
1）为城市综合管廊建设一套全覆盖的工业级无线2M物联网数据接入平台；
2）为城市综合管廊建设一套全覆盖的无线300M宽带接入平台；
3）为城市综合管廊内专业设备、专业系统提供多种接入和传输通道；
4）该平台可形成管廊内部的光纤环网；
5）该平台具有强大的数据分类、储存、处理能力和大数据分析能力；
6）该平台具有语音交换和公网接入能力；
7）该平台具有开放性、扩展性；
1.2.2第二层次建设目标（业务应用）
在第一层次建设目标的基础上，“智慧+”物联网融合通信系统已经针对具体业务进行了针对性的研发，并在多个行业获得应用和实践，取得了客户的一致好评。
目前，智慧+”物联网融合通信系统已经可以实现城市综合管廊监控与报警系统要求的功能：
1）环境与设备监控系统：
●对综合管廊内环境参数进行监测和报警；
●对设备进行状态检测和控制；
●对自成体系的专业监控系统，提供以太网数据传输通道；2）安全防范系统：
Ø管廊内，利用智慧墙技术，实时定位入侵者位置，并与视频监控系统、声光报警系统等联动；
Ø利用智慧线扩展基站FN，对出入口、通风口、井口等位置，实时监测非法入侵，并与视频监控系统、声光报警系统等联动；
●出入口设置工作人员入口识别系统和控制装置；
Ø在线式电子巡查管理系统可记录工作人员巡查轨迹，巡查任务实时下达、巡查数据实时回传；
3）通信系统：
●按照标准要求设置固定通信系统；
Ø设置无线通信系统，实现管廊内无线通信信号的全覆盖；
Ø固定通信系统、无线通信系统、公网通信系统的融合，管廊内任何位置，实现移动终端之间以及与调度电话、业务电话、行政办公电话、公网电话的语音通信和短信；
4）预警与报警系统
●对可燃气体浓度、电缆温度等参数进行监测；
●为光纤感温火灾探测器提供数据传输通道；
●为火灾报警按钮提供通道；5）地理信息系统
●融合综合管廊和内部个专业管线基础数据管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、基础数据共享；
●为综合管廊报警与监控系统能够统一管理信息平台提供人机交互；6）统一管理信息平台
●环境与设备监控子系统；
●入侵探测及报警联动子系统；
●工作人员定位及在线巡查管理子系统；
●通信系统管理子系统；
●话务台管理子系统；
●预警与报警管理子系统；
●系统采用开放式接口，可与各专业管线配套监控系统联通；
●可针对客户要求定制开发，与各专业管线管理单位相关管理监控平台数据交互；
●为城市基础设施地理信息系统预留通信接口；
●具有可靠性、容错性、易维护性和可扩展性；
1.2.3第三层次建设目标（应用拓展）1）城市综合管廊无线广播系统；2）城市综合管廊情报发布系统；
3）城市综合管廊“智慧井盖”在线监测与报警系统；
4）城市综合管廊无线视频传输子系统；
5）城市综合管廊APP应用扩展；
6）基于上述之系统功能，根据业务需求和管理需求，可扩展开发各种具体应用；
1.3建设原则
1.3.1设计与建设原则
本解决方案在总体设计上遵循如下原则：
1）先进性
采用奇点国际的“智慧+”系列技术，建设城市综合管廊统一的基于物联网的融合通信网络，并配备物联网综合管理系统，提供可视化的环境与设备监测、安全防范、人员定位、无线通信、入侵探测及定位、报警、网管等功能的融合管控平台。
“智慧+”系列产品技术为基点国际首创，被列为国家安监总局的重点推荐新产品，其先进性受到业内用户和专家的广泛认可。
2）开放性
系统在符合通用标准的前提下，坚持开放性原则，提供第三方接口，具备实现跨厂家、跨系统的设备与业务融合的能力。
3）可靠性
在软硬件选型、传输网络设计、支撑环境建设、应用系统建设过程中，充分考虑系统的可靠性，保障感知设备的可靠、传输网络的稳定以及支撑环境的可靠。
4）经济性
系统设计充分考虑建设成本和维护成本，选用的“智慧+”系统组网结构简单、功能丰富、后期维护量小，完全满足城市综合管廊“监控与报警系统”的建设目标，且具有较高的性价比。
1.3.2规范及标准
本设计方案依据国家相关规定，符合下列规范要求：
1）《城市市政综合管廊工程技术规范》GB50838-2015
2）《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2014
3）《安全防范工程技术规范》GB50348-2004
4）《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395-2007
5）《入侵报警系统工程设计规范》GB50394-2007
6）《出入口控制系统工程设计规范》GB50396-2007
7）《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008
8）《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058-2014
9）《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
10）《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009
11）《城镇燃气设计规范》GB50028-2006
12）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343
13）《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB50166-2007
14）《自动化仪表工程施工及质量验收规范》GB50093-2013
15）《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T205-2007
2.建设方案
2.1技术路线
TSM（TunnelSystemofMobileCommunication）是奇点国际针对矿山、隧道等封闭空间发明的一种全新的通信技术，该技术将无线接入微基站密集的植入电缆内，每个微基站以极低的射频功率进行发射（1.6uW～3mW），相邻的微基站的无线覆盖区域相互交叠，从而形成以“智慧电缆（智慧线）”为中心的一个柱状的无线覆盖的空间区域。
在综合管廊、电力专廊、隧道、矿山巷道等特殊场所，由于拐弯、分叉、上下坡、分仓隔离等等多方面的原因，导致地面传统的无线通信方式在上述这些场所面临着设备数量多、取点电多、部署复杂、信号不连续等诸多问题。
TSM技术打破了传统通信和物联网系统的固有设计模式，将电源、基站、天线等集成在一根电缆内，线缆随地形而走，线缆敷设到的地方，其内置的无线接入微基站即形成稳定的无线覆盖区域，在封闭空间内实现了大容量的分布式接入，且无线信号均匀连续。
2.1.1“智慧线”技术简介
“智慧线”技术是TSM技术的具体应用，全数字化总线确保了工业数据流的高可靠性，多微基站的同步自动定位技术，可对目标物体进行连续的精确定位，为各类物联网终端提供2Mbps的无线传输带宽。
“智慧线”技术，能够依据城市综合管廊的结构铺设，实现均匀、连续、无缝的无线信号覆盖。
Ø智慧线微基站内置语音处理模块，支持与专用手机间的双向语音通信；
Ø通过多点联合的室内定位技术，对手机和标识卡进行连续的定位，定位精度可达2米；
Ø开放无线通信协议，支持符合智慧线协议标准的各种无线终端接入，并为第三方应用平台提供软件接口。
通过与电缆内的无线接入微基站的无线通信及对通信信号的处理，可实现人员定位、无线通信、无线广播、视频监控、环境监测等功能。
新一代的“智慧线+”技术在物联网平台的基础上增加了宽带接入能力，能够提供“2M+300M”的无线网络。
2.1.2“智慧墙”技术简介
“智慧墙”技术是“智慧线”技术的应用扩展，是一种全新的安防周界技术，基于“智慧线”密集无线信号收发的特点，将无线信号作为传感介质，创新的研发出自适应微波阵列，通过微基站间无线信号的多收多发构成空间探测场——“智慧墙”。
“智慧墙”从产品形态、探测原理、探测效果以及部署方式上均与传统的周界系统具有明显的区别，将探测器、信号传输和电源供电汇聚到智能探测线缆中，将智能探测线缆铺设到设防区域周围，即可实现均匀射频探测信号的覆盖。
下表是“智慧线”内无线接入微基站同时收到的来自其周边的微基站的信号：
当有人闯入“智慧墙”时，入侵者会对无线信号场造成干扰，主要为阻挡、吸收、发射这几种形式，如下图所示：
从而引起周围芯片接收信号的变化：
系统通过对大量数据的分析，可判断入侵并对入侵位置进行定位，依据现场使用环境及业主要求的不同，智慧墙系列产品按定位精度分为SC200-1、SC200-2、SC200-3共3个型号的产品，定位精度与探测周期分别对应于8米（20ms）、4米（10ms）、2米（3ms）。
“智慧墙”产品目前已经成功应用于军队、国界、机场、核电站、化工厂的周界
防护，其核心优势在于，大量的无线通信微基站形成了“看不见的柱状墙”，当入侵者“靠近”时，即可探测到入侵并定位入侵位置。
“智慧墙”的部署可根据区域边界的形状随意弯转、分叉，构成无盲区的隐形围墙。
“智慧墙”依据入侵者对探测场的扰动特征判别入侵行为，发出告警并联动视频、灯光、警笛等系统，能够在机场、监狱、核电站、军事基地等场所实现及时、严密、立体、无缝的周界防护。
目前周界防护部署“智慧墙”周界部署
2.1.3“智慧芯”技术简介
“TSM技术”技术解决了封闭空间内物联网终端的接入和数据传输，利用“智慧线”、“智慧墙”等技术的应用，解决了在封闭空间内的无线通信问题，构建了封闭空间的物联网平台，并开发了部分具体的应用。
面向开放的、公共空间内大量物联网终端的无线数据传输问题，我公司推出了“智
慧芯”技术和相应产品。
“智慧芯”技术推出标准化的物联网模块，采用超低功耗设计，智慧芯模块能够
方便地嵌入到家电、车载、传感等设备内，通过GPRS网络进行数据传输，采用虚拟SIM卡技术，可远程控制设备入网/脱网，按照在网时间计费，为各种传统行业的智能化、网络化提供了灵活、经济、便捷的解决方案。
该产品适用于大数量、多类型、低功率、分布式、低数据量、长期在线、取电不便的固定或移动的物联网终端的接入，如智慧城市中的井盖、车辆、危化品等等。
目前，国内几家运营商提供的“物联网卡”，均属于“套餐”类方式，对于大量的物联网终端而言，成本是非常昂贵的。
“智慧芯”可同时接入不同运营商的GSM网络进行数据的传输，按照在线时长进
行收费。
如城市综合管廊的专廊、分廊以及部分分支部分的井盖，不在“智慧线”网
络覆盖范围内的，可利用“智慧芯”技术将其状态通过公网传输到城市综合管理的物联网平台上，假设我们将其设置为“故障或振动”条件下报警并上传信号，如果一年内设备运行正常，其网络流量费用将为“0”。
目前，“智慧芯”产品已经应用于碧水源室外净水器、BYD电动车内，取得了良好的应用效果，并极大降低了企业的运营成本，获得了客户的极大好评。
2.2系统架构
2.2.1“智慧+”城市综合管廊监控与报警系统架构概述
“智慧+”城市综合管廊监控与报警系统，核心设备为“TSM综合信息控制器”，布设于城市综合管廊的2个分区之间，接出2根“智慧线”，分别覆盖2个分区，形成2M的工业物联网无线通信平台；综合信息控制器同时还可接出2台“移动基站”，对2个分区进行300M宽带覆盖；管廊如在单一分区内有下坡、上坡等导致宽带网络无法由单一“移动基站”覆盖的，可利用电缆“串联”几个“移动基站”进行覆盖，单方向最多可接4台“移动基站”；综合信息控制器具备以太网接口，可为专业检测系统和重要传感器、视频监控等提供传输通道。
TSM综合信息控制器通过光纤将数据传输至地面的城市综合管理监控中心以太网交换机。
城市综合管廊监控中心内设物联网数据服务器、入侵检测服务器、人员定位服务器、语音通
信服务器，对综合信息控制器采集到的无线通信数据进行存储、分析；工作站、打印机用于对具体应用进行显示、查询、应用、打印等；SIP网关通过2M与PSTN相连，进而实现城市综合管廊
语音通信系统与公网的相连。
详见2.2.2《“智慧+”城市综合管廊监控与报警系统构成图》。
TSM综合信息控制器之间可通过光纤相连，并形成“智慧+”系统光纤环网。
详见2.2.3
《“智慧+”系统环网构成图》。
智慧线在城市综合管廊内，可随强电、弱电电缆敷设，我公司已经做过诸多实验，不会对信号造成较大干扰。
线缆敷设到的地方，即可形成无线覆盖空间，途中线缆上之节点为电缆内部的微通信基站的示意。
详见2.2.4《“智慧+
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