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基于5G无线传感网络的智慧管廊综合监控系统设计
资料介绍
地下综合管廊是城市地下管线之家,保障其安全运营对城市的发展具有重要意义.基于第五代移动通信(5G)无线传感网络技术,设计了智慧管廊综合监控系统.该系统运用无线传感网络实现对地下管廊的全面实时监控,有效的降低了管廊的安全隐患.同时,建立了统一信息管理平台,将传感设备数字化与视频监控系统相结合,实现管廊运营数据精确化显示以及协同报警的可视化操作.此外,通过管廊信息产生的大数据与城市管理的有效融合,实现了产业价值链的延伸,助推智慧化城市管理水平.
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子
测
量
技
术
第
卷 第
期
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40
4
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年
月
ꢀꢀELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY
2017
4
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基于
无线传感网络的智慧管廊综合监控系统设计∗
5G
罗家木1 陈雍君2 陈渝江3
邱
实4
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ꢀ
ꢀ
(
1.
(
)
;
;
ꢀ100044
中铁 贵州 市政工程有限公司 贵阳
北京建筑大学经济与管理工程学院 北京
ꢀ
ꢀ5500032.
ꢀ
;
ꢀ400023
中国中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司路基处 重庆
3.
ꢀ
))
ꢀ100124
北京工业大学 北京市城市交通运行保障工程技术研究中心 北京
4.
ꢀ
ꢀ
: , 。
地下综合管廊是城市地下管线之家 保障其安全运营对城市的发展具有 重 要 意 义 基 于 第 五 代 移 动 通 信
摘
要
ꢀ
(
)
,
。
无线传感网络技术 设计了智慧管廊综合监控系统 该系统运用无线传感网络实现对地下管廊的全面实时监
5G
,
。
,
,
,
控 有效的降低了管廊的安全隐患 同时 建立了统一信息管理平台 将传感设备数字化与视频监控系统相结合 实现
。
,
,
管廊运营数据精确化显示以及协同报警的可视化操作 此外 通过管廊信息产生的大数据与城市管理的有效融合 实
,
。
现了产业价值链的延伸 助推智慧化城市管理水平
:
;
;
;
关键词 综合管廊
无线传感网 监控系统
5G
+
:
:
Aꢀꢀ
:
国家标准学科分类代码
510.40
中图分类号
文献标识码
TN925 .4ꢀꢀ
Desinofmonitorin sstemforintellient ie aller
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g
g
basedon5Gwirelesssensornetwork
1
2
4
LuoJiamu ꢀChenYon un ꢀChenYuian 3ꢀQiuShi
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(
(
)
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,
,
;
1.ChinaRailwa Guizhou MunicialEnineerin Co. LTD Guian 550003 China 2.SchoolofEconomicsand
y g
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,
,
,
;
ManaementEnineerin Beiin Universit ofCivilEnineerin andArchitecture Beiin 100044 China
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g
g
g
y
g
g
,
,
,
;
3.SubradeDeartmentofChinaRailwa EruanEnineerin Grou Co. Ltd. Chon Qin 400023 China4.Beiin
j g
g
p
y
y
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g
g
,
,
,
))
Enineerin ResearchCenterofUrbanTransortO erationGuarantee Beiin Universit ofTechnolo
j g gy
Beiin 100124 China
g
g
p
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y
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:
,
Abstract Underroundcom rehensive ie aller isthehomeofurbanunderround ieline toensureitssafe
pp g pp
g
p
y
g
oerationforthedevelo mentofcit isof reatsinificance.Basedonthefifth eneration wirelesscommunication
p
p
y
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g
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(
)
,
5G wirelesssensornetworktechnolo themonitorin sstemforintellient ie aller isdesined.Thesstem
gy g y pp g
g
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y
,
realizesthereal-timemonitorin oftheunderround ie aller b usin thewirelesssensornetwork andeffectivel
pp g y y y
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g
,
reducesthe otentialsecurit risksofthe ie aller .Meanwhile aunifiedinformation manaement latformis
pp g
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y
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,
roosed whichcombinesthediitalizationofsensin euimentwiththevideo monitorin sstem torealizethe
p p g q p g y
g
,
accurateoerationofthedataandthevisualizationofthecollaborativealarm.Additionall itcaninteratethebi data
p
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eneratedb the ie allerandtheurban manaement toachieveanextensionoftheindustrialvaluechainand
pp g
g
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y
g
boostthewisdomofthecit manaementlevel.
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y
;
;
Kewords com rehensive ie aller 5G wirelesssensornetwork monitorin sstem
pp g g y
p
y
“
”
,
。
无
运营是建设 智慧城市 的基础 其安全问题至关重要
引
言
1ꢀ ꢀꢀ
线传感网络是由多个部署在检测区域的微型传感器节点组
,
、
成 传感器节点以协作方式实时监测 感知和采集监测对象
地下管廊是在城市沿道路或管线走廊带建造的一个地
,
、
,
的信息 并通过无线通信技术形成一个多跳 自组织系统
,
、
、
、
下连续隧道空间 该隧道空间集中了给水 雨水 污水 供
[
]
3
-
将所感知的信息传送到用户终端 2
下管廊多种安全隐患提供了完美的解决方案 4
,
为应对未来网络设备数量以及数据流量的指数式增长
无线传感网络为地
。
、
、
、
、
,
热 电力 通信 燃气 工业等各种管线 并设置专门的投料
[]
[]
。
1
、
、
。
口 通风口 检修口和检测系统
作为城市市政地下管线
”,
,
“
综合体 地下管廊是城市地下 神经网络 其智慧化管理和
:
收稿日期
ꢀ
2016-12
:
(
)、 ( )、
国 家 自 然 科 学 基 金 北 京 市 优 秀 人 才 培 养 资 助
51608019
基金项目 地 下 综 合 管 廊 施 工 技 术 与 智 慧 化 管 理 系 统 研 究
∗
(
00362016168
)、
“
”
(
()
)
资助项目
2017-X 1-16
北京工业大学 日新人才 培养计划
2015000020124G035
万方数据
·
·
127
第
卷
电
子
测
量
技
术
ꢀ
ꢀ
40
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
(
)
。
5G
,
为保障综合管廊的正常运行 消除管廊存在的安全隐
第
代移动通信
应运而生
是面向
年以后移
5
5G
2020
[]
动通信需求而发展的新一代移动通信技术 5 在频谱效率
, “ 、 、
患 智慧管廊信息化建设要遵循 统一规划 统一设计 统一
,
、
。
[]
7
”
, ,
将底层与顶层区分开来 实现底层的统一规
、
建设 原则
传输速率 系统性能等方面较
通信技术有了质的飞跃
4G
,
。
、
划设计 顶层分别管理的目标 底层包含环境与设备监控
将基于
技术无线传感网络应用于地下管廊综合监控系
5G
[]
6
、
、
,
、
安全防范 预警与报警 地理信息四大系统 并将电力 燃
,
、
、
毫米
统 综合运用诸如大规模天线技术 自适应侦测技术
、
、
气 给排水 热力等无线传感设备统一纳入智慧管廊监控系
,
,
波等技术 能够有效的提高监控系统的可靠性 降低系统内
[]
9
,
、
。
,
然后 通过统
统中 实现底层信号的控制 采集与传输
,
。
传输节点的时延 实现管廊安全隐患最小化 同时结合云计
,
一信息管理平台来实现底层各个子系统的串联 同时统一
、
、
、
,
算 大数据 在线仿真 人工智能控制等技术 建立可视化统
、
、
信息管理平台将向顶层的电力生产管理 智慧管廊监控 城
,
、
、
、
,
一管理信息平台 并整合管廊通风 消防 排水 电气等系统
镇燃气管理以及给排水管理等相关管理系统提供数据服
、
、
构建以大数据互联互通为基础的高度灵活 信息化 集约化
[]
7
,
。
务 以实现底层与顶层的联通
,
“
”
。
的管廊智慧运营管理系统 最终实现 智慧管廊 的目标
基于 的无线传感器网络是整个智慧管廊监控系统
5G
”,
在智慧城市大规模建设内生需求和国内急需打造经济
“
,
关键技术 实现高速可靠的管廊底
的 血管 它将整合
5G
,
发展新动力外在要求的推动下 有关部门在北京中关村西
。
层系统与顶层管理系统之间的通信功能 智慧管廊监控系
、
、
区地下综合管廊 中新广州知识城综合管沟 横琴城市综合
。
统组成如图 所示
2
,
管沟等项目中对智慧管廊进行了有益的探索 使智慧管廊
。
建设进入全面发展的新阶段
通过管廊智慧化运营管理系统获取 收集管廊内环境
)、
、
(
、
、
、
类参数 温湿度 氧含量 有毒气体 可燃气体浓度等 介质
(
、
、
、
、
、
类参数 水流量 用气量 用电量 水压 气压 电缆接头温
、
)
,
,
度 积水坑液位等 等基础监测信息 加以智能化分析预控
、
(
)、
实现对管廊 廊内附属设施 元件 入廊管线高效精确的信
、
、
、
,
息化管理 监控 监测 应急处置和防灾减灾功能 从而实现
、
。
管廊资产的高效管理 入廊管线运营安全管理
、
、
本文将重点从环境与设备监控系统 安全防范系统 预
、
警与报警系统 地理信息系统以及统一管理信息平台来阐
。
,
。
释智慧管廊综合监控系统设计 最后 进行总结并展望
基于
的无线传感器网络管廊监控体系
5G
2ꢀ
图
智慧管廊监控系统组成
2ꢀ
,
在城市中建设地下管线综合管廊的概念 起源于
世
19
无线传感器网络部署在一个半封闭的狭长地下管廊空
。
,
纪的欧洲 我国综合管廊的建设起步较晚 相比国外
100
,
,
间 传感器的监控范围一般在几百米到几十千米 在管廊出
,
、
、
、
多年的历程 我国无论是在投资规模 建设技术 资金筹措
,
。
口处有汇聚节点 其计算能力强且不受能量限制 但管廊
。
[]
。
,
管理模式等方面还有很大的差距 近年来 综合管廊建设
在全国范围内全面铺开规划建设 8 典型支线综合管廊断
,
,
内的传感器节点通信能力有限 传输半径较小 这需要在管
,
廊内部配置大量的中继节点 以便实现监测数据的实时有
。
面形式如图 所示
1
。
。
效传输 地下管廊的无线传感器网络模型如图 所示
3
图
地下管廊的无线传感器网络模型
3ꢀ
[
在无线传感器网络中 传感器节点以及中继节点 ]的
1
0
图
典型支线综合管廊断面形式
1ꢀ
,
万方数据
·
·
128
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