一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统

摘要

本发明提供了一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统，所述系统从下至上顺序依次是数据采集层、区域汇聚层以及运维管理层。所述数据采集层包括至少一个数据采集终端，所述数据采集终端设置在综合管廊中，所述数据采集终端包括阻燃外壳、功能电路板、内嵌支架以及无刷风机。通过该系统把管廊中的管线、基础配套设施的物理参数、位置参数、功能参数等进行编码存储于统一的模型中,进而实现设计、施工、管理一体化,满足第三方管理者对管廊进行可视化监控管理。

权利要求

1.一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统，其特征在于，所述系统从下至上顺序依次是数据采集层、区域汇聚层以及运维管理层；所述数据采集层位于整个系统体系结构的最下层，所述数据采集层包括至少一个数据采集终端，所述数据采集终端设置在综合管廊中，所述数据采集终端包括阻燃外壳、功能电路板、内嵌支架以及无刷风机；所述区域汇聚层位于整个系统体系结构的中间层，所述区域汇聚层包括多个汇聚终端以及多个中继设备，每一个所述汇聚终端对应于一个管理区域，在所述管理区域中设置有多个中继设备，所述中继设备与汇聚终端之间通过有线以太网连接，汇聚终端、多个中继设备以及各个数据采集终端之间构成一个局域网，所述中继设备通过无线通信连接与所述管理区域内的多个所述数据采集终端相连接，接收来自各个所述数据采集终端的数据信息，并上报给所述汇聚终端进行汇总；运维管理层位于整个系统体系结构的最上层，所述运维管理层包括运维管理控制中心、运维数据中心服务器、多个运维管理终端、多个运维手持设备；

所述功能电路包括供电单元、处理器单元、甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器、适配传输单元、数据存储单元；其中，所述甲烷浓度传感器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器以及所述温湿度传感器均设置在面向长方体空腔一侧，用于对进入所述长方体空腔内的气体进行检测；

所述数据采集终端的外壳采用阻燃材料制成，所述数据采集终端的阻燃外壳为长方体空腔结构，在所述阻燃外壳四个侧面的内壁一侧设置有一圈非闭合内嵌支架，内嵌支架的o

末端向所述阻燃外壳的长方体空腔内部呈45弯折，并与内嵌支架的始端之间形成出风口，所述功能电路板安装在所述弯折的面向长方体空腔一侧，所述无刷风机的排气口与所述功能电路板相对，所述无刷风机的吸气口通过所述内嵌支架上的通孔与设置在所述阻燃外壳上的进风口相连；所述功能电路板封装在带有胶圈的密闭的阻燃保护套内，并通过可拆卸的连接件固定在所述弯折的面向长方体空腔一侧；

数据采集终端在安装到地下综合管廊之前会由管理人员进行登记注册，由位于运维管理层的运维管理控制中心分配数据采集终端标识ID、数字证书Certi；所述数据采集终端将分配的数据采集终端标识ID、数字证书Certi保存至数据存储单元中；所述运维管理控制中心将数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至运维数据中心服务器上；

在登记注册后，管理人员将根据数据采集终端标识ID生成的二维码标识粘贴于数据采集终端的阻燃外壳上；运维人员在将数据采集终端安装到地下综合管廊之后，通过运维手持设备扫描位于所述阻燃外壳上的二维码，获取安装的数据采集终端标识ID，并将由运维手持设备获取的所述安装的数据采集终端的位置坐标信息以及所述安装的数据采集终端标识ID，并携带在安装请求消息中发送至运维管理控制中心；所述运维管理控制中心获取所述安装请求消息中的位置坐标信息以及数据采集终端标识ID，将所述位置坐标信息与数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至远程运维数据中心服务器上，并将上述这些数据采集终端的信息绑定至相对应的巡查区域和/或巡查目标的标识ID；

数据存储单元与处理器单元相连接，数据存储单元包括动态存储区和静态存储区，所述动态存储区用于暂存所述处理器单元接收到的采集数据，并根据预设的更新周期，对数据存储单元存储的采集数据进行更新，删除或者覆盖掉上一个预设的所述更新周期的采集数据，所述静态存储区用于存储数据采集终端的的标识ID、数字证书Certi；

运维管理员通过运维管理终端接入运维管理控制中心，根据所述汇聚终端上报的汇总数据的分析和处理的结果进行运维计划的制定，并根据制定的所述运维计划进行运维人员、运维周期、巡查区域、巡查目标信息的设定和管理，生成运维任务，并将生成的所述运维任务推送至相应运维人员的运维手持设备，由相应运维人员对接收到的运维任务作出响应；

生成运维任务，并将生成的所述运维任务推送至相应运维人员的运维手持设备，具体包括：步骤1，所述运维管理控制中心根据制定的所述运维计划中设定的巡查区域、巡查目标信息，获取所述巡查区域和/或所述巡查目标的标识ID以及巡查优先级，并将所述标识ID和所述巡查优先级携带在运维任务生成请求中，将所述运维任务生成请求发送给所述运维数据中心服务器；步骤2、所述运维数据中心服务器获取所述运维任务生成请求中携带的标识ID，并根据所述标识ID获取所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图以及所包括的各个综合管廊的三维视图，并将所述二维地图和所述三维视图与所述标识ID一起返回给所述运维管理控制中心，其中，所述三维视图中展示所述综合管廊的整体和局部信息，综合管廊的位置、走向、尺寸、地表附着物以及管廊内管线、所包括的各个数据采集终端的位置、尺寸；步骤3、所述运维管理控制中心根据所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图以及所述标识ID，生成到达所述巡查区域和/或所述巡查目标的行驶路线图，并将所述各个综合管廊的三维视图关联至所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图中以生成巡查工作图；所述运维管理控制中心根据制定的所述运维计划中设定的运维人员、运维周期，并结合所述巡查优先级、所述行驶路线图和所述巡查工作图生成运维任务；步骤4、所述运维管理控制中心将生成的所述运维任务发送至所述运维计划中设定的运维人员的运维手持设备中。

2.根据权利要求1所述的报警和运维管理 系统，其特征在于，处理器单元接收来自甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器的采集数据，并将汇总后的数据统一传输至适配传输单元，所述适配传输单元接收处理器单元发送的数据，并进行数据格式的适配和封装，并将适配和封装后的数据发送至管理区域内的汇聚终端。

3.根据权利要求2所述的城市综合管廊监控报警和运维管理系统，其特征在于，所述适配和封装后的数据包括报头字段、有效负载字段、数字证书字段；报头字段包含时间戳、数据采集终端标识ID以及位置坐标信息，其中时间戳用于标识所传输消息的采集时间，通过该时间戳来判断传输消息的时效性；数据采集终端标识ID用于识别数据的来源，不同数据采集终端采集的数据对应不同的标识ID；位置坐标信息用于标识数据来源的具体位置，所述位置坐标信息与数据采集终端标识ID相关联；有效负载字段中携带的是甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器采集到的数据；数字证书字段中携带的是数据采集终端的数字证书Certi，其中i为非零正整数，表示所述数据采集终端的编号。

4.根据权利要求1所述的城市综合管廊监控报警和运维管理系统，其特征在于，所述运维手持设备，与所述运维数据中心服务器通过无线网络进行数据交互，接收来自所述运维数据中心服务器的运维信息；所述运维数据中心服务器，与所述汇聚终端通过有线以太网相连接，接收所述汇聚终端上报的汇总数据，根据预设的规则对所述汇总数据进行数据分析和处理，当所述分析和处理的结果满足告警条件时，执行相应的预案处置并进行告警。

5.根据权利要求4所述的城市综合管廊监控报警和运维管理系统，其特征在于，所述告警的方式包括向所述运维手持设备推送告警信息，在所述运维手持设备上进行文字显示、图像闪烁、声音播报、短信通知、LED显示中的至少一种，并提示执行预案处置的步骤、流程以及相关联系人。

说明书

一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统

技术领域

[0001] 本申请涉及监控和运维管理技术领域，尤其涉及一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统。

背景技术

[0002] 综合管廊是在城市地下建造一个市政共用隧道，将电力、通信，燃气、供水等多种市政管线集中于一体，设有专门的检修口、吊装口和监控系统，实行“统一规划、统一建设、
统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源的共享，是保障城市运行的重要基础设施和
“生命线”，这在新区建设及旧城改造中作用尤为明显。

[0003] 综合管廊监控与运维管理系统用于对管廊内部环境、附属机电设施、入廊专业管线、巡检维护人员进行全方位在线监控，保障管廊内环境、设备、人员安全，同时为管廊日常
管理、巡检维护和应急指挥提供稳定、智能、高效的一体化管控平台，实现综合管廊“管、控、
营”的自动化和智能化，是城市综合管廊的大脑和灵魂。

[0004] 由于我国综合管廊仍处于在各城市试点建设的阶段，综合管廊信息化水平也欠发达，在开展信息化工作过程中面临诸多问题：

[0005] （1）综合管廊管理信息化程度低，数据共享难度高；

[0006] （2）管线问题频发，监管部门应急水平有待提高，由地下管线引发的安全问题也越来越多，对城市居民的生命财产安全构成了重大威胁；

[0007] （3）综合管网资源配置有待优化，面临综合管理需求。

[0008] 如何构建城市综合管廊监控报警和运维管理系统，有效提高信息化水平已经成为了目前市政管理领域中亟需解决的问题。

发明内容

[0009] 本申请提供了一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统，本发明以城市管廊日常监控和运维过程中产生的海量数据为基础，进行大数据深入分析与挖掘，实现了对综合
管廊自身的结构、环境、附属设施以及监控设备的可视化运维。

[0010] 本发明采用了如下技术方案：

[0011] 一种城市综合管廊监控报警和运维管理系统，所述系统从下至上顺序依次是数据采集层、区域汇聚层以及运维管理层；

[0012] 所述数据采集层位于整个系统体系结构的最下层，所述数据采集层包括至少一个数据采集终端，所述数据采集终端设置在综合管廊中，所述数据采集终端包括阻燃外壳、功
能电路板、内嵌支架以及无刷风机；

[0013] 所述区域汇聚层位于整个系统体系结构的中间层，所述区域汇聚层包括多个汇聚终端以及多个中继设备，每一个所述汇聚终端对应于一个管理区域，在所述管理区域中设
置有多个中继设备，所述中继设备与汇聚终端之间通过有线以太网连接，汇聚终端、多个中
继设备以及各个数据采集终端之间构成一个局域网，所述中继设备通过无线通信连接与所
述管理区域内的多个所述数据采集终端相连接，接收来自各个所述数据采集终端的数据信
息，并上报给所述汇聚终端进行汇总；

[0014] 运维管理层位于整个系统体系结构的最上层，所述运维管理层包括运维管理控制中心、运维数据中心服务器、多个运维管理终端、多个运维手持设备。

[0015] 进一步的，所述数据采集终端的外壳采用阻燃材料制成，所述数据采集终端的阻燃外壳为长方体空腔结构，在所述阻燃外壳四个侧面的内壁一侧设置有一圈非闭合内嵌支
o
架，内嵌支架的末端向所述阻燃外壳的长方体空腔内部呈45弯折，并与内嵌支架的始端之
间形成出风口，所述功能电路板安装在所述弯折的面向长方体空腔一侧，所述无刷风机的
排气口与所述功能电路板相对，所述无刷风机的吸气口通过所述内嵌支架上的通孔与设置
在所述阻燃外壳上的进风口相连；所述功能电路板封装在带有胶圈的密闭的阻燃保护套
内，并通过可拆卸的连接件固定在所述弯折的面向长方体空腔一侧。

[0016] 进一步的，所述功能电路包括供电单元、处理器单元、甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器、适配传输单元、数据存储单元；其中，所述甲烷浓度传感
器、所述硫化氢传感器、所述氧气传感器以及所述温湿度传感器均设置在面向长方体空腔
一侧，用于对进入所述长方体空腔内的气体进行检测。

[0017] 进一步的，处理器单元接收来自甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器的采集数据，并将汇总后的数据统一传输至适配传输单元，所述适配传输单元
接收处理器单元发送的数据，并进行数据格式的适配和封装，并将适配和封装后的数据发
送至管理区域内的汇聚终端。

[0018] 进一步的，所述适配和封装后的数据包括报头字段、有效负载字段、数字证书字段；

[0019] 报头字段包含时间戳、数据采集终端标识ID以及位置坐标信息，其中时间戳用于标识所传输消息的采集时间，通过该时间戳来判断传输消息的时效性；数据采集终端标识
ID用于识别数据的来源，不同数据采集终端采集的数据对应不同的标识ID；位置坐标信息
用于标识数据来源的具体位置，所述位置坐标信息与数据采集终端标识ID相关联；

[0020] 有效负载字段中携带的是甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器采集到的数据；

[0021] 数字证书字段中携带的是数据采集终端的数字证书Certi，其中i为非零正整数，表示所述数据采集终端的编号。

[0022] 进一步的，数据采集终端在安装到地下综合管廊之前会由管理人员进行登记注册，由位于运维管理层的运维管理控制中心分配数据采集终端标识ID、数字证书Certi；所
述数据采集终端将分配的数据采集终端标识ID、数字证书Certi保存至数据存储单元中；所
述运维管理控制中心将数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至运维数据中心服
务器上。

[0023] 进一步的，在登记注册后，管理人员将根据数据采集终端标识ID生成的二维码标识粘贴于数据采集终端的阻燃外壳上；运维人员在将数据采集终端安装到地下综合管廊之
后，通过运维手持设备扫描位于所述阻燃外壳上的二维码，获取安装的数据采集终端标识
ID，并将由运维手持设备获取的所述安装的数据采集终端的位置坐标信息以及所述安装的
数据采集终端标识ID，并携带在安装请求消息中发送至运维管理控制中心；所述运维管理
控制中心获取所述安装请求消息中的位置坐标信息以及数据采集终端标识ID，将所述位置
坐标信息与数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至远程运维数据中心服务器上，
并将上述这些数据采集终端的信息绑定至相对应的巡查区域和/或巡查目标的标识ID。

[0024] 进一步的，数据存储单元与处理器单元相连接，数据存储单元包括动态存储区和静态存储区，所述动态存储区用于暂存所述处理器单元接收到的采集数据，并根据预设的
更新周期，对数据存储单元存储的采集数据进行更新，删除或者覆盖掉上一个预设的所述
更新周期的采集数据，所述静态存储区用于存储数据采集终端的的标识ID、数字证书
Certi。

[0025] 进一步的，所述运维手持设备，与所述运维数据中心服务器通过无线网络进行数据交互，接收来自所述运维数据中心服务器的运维信息；

[0026] 所述运维数据中心服务器，与所述汇聚终端通过有线以太网相连接，接收所述汇聚终端上报的汇总数据，根据预设的规则对所述汇总数据进行数据分析和处理，当所述分
析和处理的结果满足告警条件时，执行相应的预案处置并进行告警；

[0027] 运维管理员通过运维管理终端接入运维管理控制中心，根据所述汇聚终端上报的汇总数据的所述分析和处理的结果进行运维计划的制定，并根据制定的所述运维计划进行
运维人员、运维周期、巡查区域、巡查目标信息的设定和管理，生成运维任务，并将生成的所
述运维任务推送至相应运维人员的运维手持设备，由相应运维人员对接收到的运维任务作
出响应。

[0028] 进一步的，所述告警的方式包括向所述运维手持设备推送告警信息，在所述运维手持设备上进行文字显示、图像闪烁、声音播报、短信通知、LED显示中的至少一种，并提示
执行预案处置的步骤、流程以及相关联系人。

[0029] 通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：

[0030] 1）实现了城市综合管廊的可视化全局监控运维模式。把管廊中的管线、基础配套设施的物理参数、位置参数、功能参数等进行编码存储于统一的模型中,进而实现设计、施
工、管理一体化,满足第三方管理者对管廊进行可视化监控管理；

[0031] 2）城市管廊日常监控和运维过程中产生的海量数据为基础，进行大数据深入分析与挖掘，提取有用的信息（例如故障提前预警等），实现对综合管廊自身的结构、环境、附属
设施以及监控设备的运维，以及对各专业管线的运维；

[0032] 3）平台与各专业管线配套监控系统连通，并进行有效集成。当专业管线出现问题时，联动控制综合管廊内通风、照明、排水、消防等系统，确保综合管廊和各专业管线的运行
安全。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实
施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附
图获得其他的附图。

[0034] 图1为城市综合管廊监控报警和运维管理系统的组成结构示意图；

[0035] 图2为数据采集终端的组成结构示意图；

[0036] 图3为数据采集终端中部分功能电路的电路原理示意图；

[0037] 图4为运维手持设备的工作流程图。

[0038] 附图说明：

[0039] 综合管廊101、数据采集终端102、功能电路板201、阻燃外壳202、内嵌支架203、无刷风机204、进风口206、出风口205。

具体实施方式

[0040] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0041] 本发明的城市综合管廊监控报警和运维管理系统包括从下至上顺序依次是数据采集层、区域汇聚层以及运维管理层，图1为城市综合管廊监控报警和运维管理系统的组成
结构示意图。

[0042] 下面按照从下至上的顺序依次介绍。

[0043] 1）数据采集层

[0044] 所述数据采集层位于整个体系结构的最下层，所述数据采集层包括至少一个数据采集终端，所述数据采集终端设置在综合管廊中，所述数据采集终端包括阻燃外壳、功能电
路板、内嵌支架以及无刷风机，图2为数据采集终端的组成结构示意图，其中包括功能电路
板201、阻燃外壳202、内嵌支架203、无刷风机204、进风口206、出风口205。

[0045] 由于所述数据采集终端应用于城市综合管廊，负责监测甲烷等易燃易爆气体，而数据采集终端中的电路在正常工作或发生故障时可能产生电火花、电弧或高温，存在着点
燃易燃易爆气体的可能，因此需要对数据采集终端做好防爆处理，消除和控制危险电电流、
电压，以及火花、电弧或高温的产生。

[0046] 所述数据采集终端的外壳采用阻燃材料制成，所述数据采集终端的阻燃外壳202为长方体空腔结构，在所述阻燃外壳四个侧面的内壁一侧设置有一圈非闭合内嵌支架203，
o
内嵌支架的末端向所述阻燃外壳的长方体空腔内部呈45 弯折，并与内嵌支架的始端之间
形成出风口205，所述功能电路板201安装在所述弯折的面向长方体空腔一侧，所述无刷风
机204的排气口与所述功能电路板相对，所述无刷风机204的吸气口通过所述内嵌支架上的
通孔与设置在所述阻燃外壳上的进风口206相连。

[0047] 考虑到数据采集终端的应用环境中会出现高温、高湿的情况，通过将无刷风机的排气口与功能电路板相对，可以起到一定的散热的作用，并且持续的气流也会防止水汽凝
结在功能电路板的表面，起到一定的除湿的作用。

[0048] 在极端情况下，例如出现爆炸、管线塌方等等，内嵌支架的非闭合结构设计能够一定程度上对外来的作用力进行缓冲，保证所述功能电路板不被损坏。所述功能电路板封装
在带有胶圈的密闭的阻燃保护套内，并通过可拆卸的连接件固定在所述弯折的面向长方体
空腔一侧。当需要对所述功能电路板进行更换或者维护时，工作人员只需要将所述弯折向
所述长方体空腔一侧按压，用手就能够将位于所述弯折内侧的所述功能电路板取出，非常
的方便。

[0049] 下面来分别介绍所述数据采集终端中功能电路的各个组成单元。

[0050] 综合管廊是整个城市的地下大动脉，因此必须进行完善的考虑，严谨的设计。在选择检测设备时应参考相应的技术规范要求，如 GB 50838‑2015《城市综合管廊技术规范》，
GB50264《工业设备及管道绝热工程设计规范》，《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/
T205 等。根据规范的要求，在综合管廊监控报警系统设计时，管廊内的控制设备主要分为
三类：照明设备（便于检查），风机设备，消防联动设备。在上述规范中规定，对于通风设备、
排水泵、电气设备等进行状态监测和控制，设备控制方式宜采用就地手动、就地自动和远程
控制。在本发明的系统中，本发明主要针对的是管线和环境监控报警和运维管理，能够实现
远程数据监控并及时报警，出现异常后，能够及时锁定区域，分析后及时处理，完成相应的
运维工作。

[0051] 管廊内部有多种类型管线，例如给水管道（市政给水管道为压力管道，主要包括生活水、消防水、循环水、绿化水、再生水等管道，传统的敷设方式为直埋，与其他市政管线相
互干扰性较小）、排水管道（排水管道分为雨水管道和污水管道）、供热管道（市政供热管道
分为高温蒸汽与热水管道）、燃气管道（燃气管道主要输送天然气、煤气、液化气等）、其他管
线（真空垃圾管道）。在上述提到的管线和环境监控中，除了监测的温度和湿度，更重要的是
必要的气体浓度，例如地下管道中的燃气管道可能出现甲烷、H2S等，排水管道中的有机物
分解会也产生大量甲烷、H2S，一旦出现泄漏，空气中的可燃气体含量明显增加，极大可能出
现危险。

[0052] 根据《城市综合管廊工程技术规范》GB50838‑2015中规定了综合管廊内部环境监测参数，见下表：

[0053]

[0054] 根据规范中的要求，本发明选择其中的主要参数进行监测，最终选择的主要监测对象包括温度、湿度、甲烷（CH4）浓度、硫化氢（H2S）浓度与O2含量这五种信号，由于CH4和H2S
属于易燃气体，在加上地下综合管廊内部环境相对密闭，为了避免发生爆炸等不安全事故，
则需要对可燃气体浓度进行一个重点的监控和预警。

[0055] 所述功能电路包括供电单元、处理器单元、甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器、适配传输单元、数据存储单元；其中，所述甲烷浓度传感器、所述硫
化氢传感器、所述氧气传感器以及所述温湿度传感器均设置在面向长方体空腔一侧，用于
对进入所述长方体空腔内的气体进行检测。图3为数据采集终端中部分功能电路的电路原
理示意图。

[0056] （1）甲烷浓度传感器

[0057] 燃气浓度在爆炸极限5%vol 15%vol范围内极易发生爆炸，因此在综合管廊这种相~
对密闭的空间使用时要求CH4浓度传感器的量程至少到15%vol。同时考虑传感器应用在监
控系统中，采用电池供电，因此应尽可能选择低功耗的传感器。其三，传感器应具有良好的
稳定性，不需要进行频繁校正。本系统采用了英国Dynament公司开发的MSHia‑P/HRP/5/V/
P/F型甲烷浓度传感器，其检测量程为0‑100%vol，在0‑10%vol范围分辨率为0.01%vol，在
10‑100%vol范围分辨率为0.1%vol。该传感器可在3‑5V电压范围内正常工作，一般推荐使用
3.3V，工作时的电流在75‑85mA之间，与其他大多数传感器相比功耗较低。而且，此传感器可
以在30s内实现响应，可以输出0.4‑2V电压信号或数字串口信号，采用五脚封装，方便安装
和使用。

[0058] （2）硫化氢传感器

[0059] 管廊中污水管道长期密闭，容易产生硫化氢（H2S）气体，当硫化氢浓度达到25‑50ppm时，就会对人体的气管造成威胁。因此为保证管廊工作人员的生命安全，传感器检测
到的硫化氢浓度达到25ppm时应报警，我们选择的硫化氢传感器量程超过25ppm，本系统采
用了智能型硫化氢传感器7NE/H2S‑50，能够满足量程要求。该型号传感器支持模拟电压/电
流和串口输出，方便客户调试及使用；稳定性好，更换时无需校准，自带零点调微功能；工作
电压5V，工作电流≤50mA，功耗很低，可锂电池供电；响应时间<30s；外围电路简单，方便扩
展研究；采用七脚插拔式封装，方便用户安装使用。

[0060] （3）氧气传感器

[0061] 密闭场所氧气含量低于19%或超过22%时，会对人的生命安全造成威胁，因此选择的氧气传感器量程至少到22%。本系统采用了智能型氧气传感器7NE/O2‑30%，该传感器能够
满足检测量程，分辨率为0.1%vol；工作电压为5V，工作电流低于50mA，功耗低，支持锂电池
供电；稳定性好，出厂精准标定，且自带零点微调功能。

[0062] （4）温湿度传感器

[0063] 地下综合管廊环境较为封闭，空气不流通，而且管道类型也多，对于燃气管道、热力管道、电缆等，这些管道所处的环境温度不能太高，避免火灾引起管道爆炸等重大事故。
从感受温度的途径来划分，测量温度可分为接触式和非接触式两大类，由于价格、可靠性、
使用方便性等因素的要求，目前最常使用的是接触式温度传感器，主要可以分为热电偶、热
电阻、热敏电阻。此外，工业控制和人类生活需要湿度测量，对湿度传感器的技术要求也不
同。常见的湿度传感器分为三类:电阻式湿度传感器、电容式湿度传感器、集成湿度传感器。
为减少传感器的使用数量，本系统采用了以SHT11传感器为核心的温湿度一体的采集模块，
该传感器采用贴片封装，湿度精度为±3.0%RH，温度精度为±0.4℃（25℃情况），输出数字
2
信号，采用类I C通信协议，具有极高的精度，可在3.3V电压下工作，平均工作电流极小，能
够满足实际需求。

[0064] （5）处理器单元

[0065] 如上所述，本发明的监控报警系统的主要监测对象包括甲烷（CH4）浓度、硫化氢（H2S）浓度与O2含量这五种信号，这就要求数据采集终端的处理器具有较大的内存容量与高
扩展性，方便嵌入式应用的设计开发，本系统的处理器采用JN5148芯片,该芯片包含一个
128KB的只读存储器与一个128KB的读写存储器，很好地满足了本监测系统对微处理器内存
容量的要求；同时具有丰富的外围硬件接口，包含2个UART、4个12位ADC接口、2个12位DAC接
口、21个数字输入输出接口、SPI接口等，方便用户进行扩展开发。JN5148不仅满足了监测系
统对其高扩展性与内存的要求，而且功耗低，工作所需电压为2.0‑3.6V，发送数据时电流最
低为15mA，接收数据时电流最低为17.5mA。JN5148还同时支持ZigBee Pro协议与JenNet协
议，为用户进行系统开发提供了更加灵活的选择。

[0066] （6）供电单元

[0067] 本发明系统中数据采集终端涉及的所有用电元器件及其相应的工作电压为3‑5V，因此选用了标称电压为3.7V、充满电为4.2V的可充电锂电池进行供电单元的设计，使其可
以提供3.3V与5V两种电压，在满足各器件供电要求和最大电源转换效率的情况下，采用低
压差线性稳压器XC6206P332MR（LDO）产生了3.3V电压，利用直流/直流转换器TPS61222（DC/
DC）将电压转化为5V。由于采用了可充电锂电池，使得数据采集终端在外部电源输入出现故
障的情况下也能保证数据采集终端能够正常的工作一段时间。所述供电单元采用阻燃型电
子灌封胶进行了整体浇封。

[0068] （7）适配传输单元

[0069] 处理器单元接收来自甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器的采集数据，并将汇总后的数据统一传输至适配传输单元，所述适配传输单元接收处理器
单元发送的数据，并进行数据格式的适配和封装，并将适配和封装后的数据发送至管理区
域内的汇聚终端。

[0070] 所述适配和封装后的数据包括报头字段、有效负载字段、数字证书字段。

[0071] l 报头字段包含时间戳、数据采集终端标识ID以及位置坐标信息，其中时间戳用于标识所传输消息的采集时间，通过该时间戳来判断传输消息的时效性；数据采集终端标
识ID用于识别数据的来源，不同数据采集终端采集的数据对应不同的标识ID；位置坐标信
息用于标识数据来源的具体位置，所述位置坐标信息与数据采集终端标识ID相关联；

[0072] l 有效负载字段中携带的是甲烷浓度传感器、硫化氢传感器、氧气传感器、温湿度传感器采集到的数据；

[0073] l 数字证书字段中携带的是数据采集终端的数字证书Certi，其中i为非零正整数，表示所述数据采集终端的编号；

[0074] 数据采集终端在安装到地下综合管廊之前会由管理人员进行登记注册，由位于运维管理层的运维管理控制中心分配数据采集终端标识ID、数字证书Certi。所述数据采集终
端将分配的数据采集终端标识ID、数字证书Certi保存至数据存储单元中。所述运维管理控
制中心将数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至运维数据中心服务器上。

[0075] 在登记注册后，管理人员将根据数据采集终端标识ID生成的二维码标识粘贴于数据采集终端的阻燃外壳上。运维人员在将数据采集终端安装到地下综合管廊之后，通过运
维手持设备扫描位于所述阻燃外壳上的二维码，获取安装的数据采集终端标识ID，并将由
运维手持设备获取的所述安装的数据采集终端的位置坐标信息（例如经度和纬度信息）以
及所述安装的数据采集终端标识ID，并携带在安装请求消息中发送至运维管理控制中心。
所述运维管理控制中心获取所述安装请求消息中的位置坐标信息以及数据采集终端标识
ID，将所述位置坐标信息与数据采集终端标识ID、数字证书Certi关联保存至远程运维数据
中心服务器上，并将上述这些数据采集终端的信息绑定至相对应的巡查区域和/或巡查目
标的标识ID，这样一来，可以通过巡查区域和/或巡查目标的标识ID锁定与之相关的数据采
集终端，更进一步提高巡查的准确性。

[0076] 运维管理控制中心可以根据需要来预设每一个数据采集终端的数字证书Certi的有效时间，例如，运维管理控制中心可以将数字证书Certi的有效时间与数据采集终端的保
养维护和年检时间挂钩，提高系统的安全性和可靠性。

[0077] 所述适配传输单元采用WizFi220模块实现数据采集终端与管理区域内的汇聚终端之间的数据通信，所述数据采集终端与区域汇聚终端之间的数据通信采用WIFI无线传输
方式,这主要是考虑到WIFI具有传输速率快、高移动性、覆盖范围广、辐射小、易扩展、传输
可靠、组网便捷等优点。

[0078] 上述适配传输单元采用的WizFi220模块的主要特性包括：

[0079] l 支持STA、AP、Ad‑hoc三种工作模式，方便数据采集终端的入网配置；

[0080] l 工作在标准802.11b/g/n的AP模式时，速率可达到11Mbps（802.11b），能够保证数据传输实时性的要求；

[0081] l 采用802.11i加密（WEP、WPA、WPA2‑PSK、Enterprise），能够确保数据的安全传输不被干扰，保证监控报警判断的准确无误；

[0082] l 具有串行UART接口，可通过简单的命令连接到以8/16/32位单片机为核心的嵌入式系统，方便现场运维人员进行设备的调试、升级以及维护；

[0083] l 采用动态功率管理，工作电压为3.3V，待机电流为34.0mA，接收电流为125.0mA，输出电流为290.0mA，这样的低功耗性能能够确保系统在出现极端情况下，例如供电故障，
也能保证系统在一段时间内正常工作。

[0084] （8）数据存储单元

[0085] 数据存储单元与处理器单元相连接，数据存储单元包括动态存储区和静态存储区，所述动态存储区用于暂存所述处理器单元接收到的采集数据，并根据预设的更新周期，
对数据存储单元存储的采集数据进行更新，删除或者覆盖掉上一个预设的所述更新周期的
采集数据。所述静态存储区用于存储数据采集终端的的标识ID、数字证书Certi。

[0086] 2）区域汇聚层

[0087] 所述区域汇聚层位于整个体系结构的中间层，所述区域汇聚层包括多个汇聚终端以及多个中继设备，每一个所述汇聚终端对应于一个管理区域，在所述管理区域中设置有
多个中继设备，所述中继设备与汇聚终端之间通过有线以太网连接，所述中继设备通过无
线通信连接与所述管理区域内的多个所述数据采集终端相连接，接收来自各个所述数据采
集终端的数据信息，并上报给所述汇聚终端进行汇总。

[0088] 中间层用于负责从下层数据采集终端获取采集信息，进行处理后，将处理后的数据信息上报给位于运维管理层的运维管理控制中心进行处理。

[0089] 由于本发明所做的只是远程监测、预警以及运维管理，没有联动控制设备。汇聚终端与运维管理控制中心之间采用有线以太网通讯方式实现快速、稳定、高效传输。

[0090] 现场采集到的数据想要准确无误的传递给汇聚终端，必须实现数据采集终端与汇聚终端之间有效的通讯。在地下综合管廊区域汇聚终端、多个中继设备以及各个数据采集
终端之间构成一个局域网,在这个局域网中,作为采集节点的数据采集终端数量较多, 汇
聚终端与中继设备之间以及中继设备与数据采集终端之间均采用一点对多点的通讯方式,
这种一点对多点的拓扑结构可以保证任何一个数据采集终端发生故障也不能引起其他数
据采集终端以及整个局域网的通信。

[0091] （3）运维管理层

[0092] 位于三层结构最上层的是运维管理层，所述运维管理层包括运维管理控制中心、运维数据中心服务器、多个运维管理终端、多个运维手持设备；

[0093] 所述运维手持设备，与所述运维数据中心服务器通过无线网络进行数据交互，接收来自所述运维数据中心服务器的运维信息；

[0094] 所述运维数据中心服务器，与所述汇聚终端通过有线以太网相连接，接收所述汇聚终端上报的汇总数据，根据预设的规则对所述汇总数据进行数据分析和处理，当所述分
析和处理的结果满足告警条件时，执行相应的预案处置并进行告警；

[0095] 所述告警的方式包括向所述运维手持设备推送告警信息，在所述运维手持设备上进行文字显示、图像闪烁、声音播报、短信通知、LED显示中的至少一种，并提示执行预案处
置的步骤、流程以及相关联系人。

[0096] 运维管理员通过运维管理终端接入运维管理控制中心，根据所述汇聚终端上报的汇总数据的所述分析和处理的结果进行运维计划的制定，并根据制定的所述运维计划进行
运维人员、运维周期、巡查区域、巡查目标信息的设定和管理，生成运维任务，并将生成的所
述运维任务推送至相应运维人员的运维手持设备，由相应运维人员对接收到的运维任务作
出响应。

[0097] 根据所述汇聚终端上报的汇总数据的所述分析和处理的结果进行运维计划的制定，并根据制定的所述运维计划进行运维人员、运维周期、巡查区域、巡查目标信息的设定
和管理，具体包括：利用上报的汇总数据进行量化分析，将出现告警次数超过设定阈值的管
理区域、采集数据的变化超过预设门限的区域，以及安防级别为高的巡查目标设定为巡查
优先级一级，并设定运维周期和对应的运维内容。通过实时监控以及数据分析，能够使得运
维和巡查工作有的放矢，提高运维和巡查工作的有效性、准确性，减少运维和巡查的盲区，
将危害降低到最小，防患于未然。

[0098] 图4为运维手持设备的工作流程图。生成运维任务，并将生成的所述运维任务推送至相应运维人员的运维手持设备，具体包括：

[0099] 步骤1，所述运维管理控制中心根据制定的所述运维计划中设定的巡查区域、巡查目标信息，获取所述巡查区域和/或所述巡查目标的标识ID以及巡查优先级，并将所述标识
ID和所述巡查优先级携带在运维任务生成请求中，将所述运维任务生成请求发送给所述运
维数据中心服务器；

[0100] 步骤2、所述运维数据中心服务器获取所述运维任务生成请求中携带的标识ID，并根据所述标识ID获取所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图以及所包括的各个综合
管廊的三维视图，并将所述二维地图和所述三维视图与所述标识ID一起返回给所述运维管
理控制中心，其中，所述三维视图中展示所述综合管廊的整体和局部信息，综合管廊的位
置、走向、尺寸、地表附着物以及管廊内管线、所包括的各个数据采集终端的位置、尺寸；

[0101] 步骤3、所述运维管理控制中心根据所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图以及所述标识ID，生成到达所述巡查区域和/或所述巡查目标的行驶路线图，并将所述各个
综合管廊的三维视图关联至所述巡查区域和/或所述巡查目标的二维地图中以生成巡查工
作图；所述运维管理控制中心根据制定的所述运维计划中设定的运维人员、运维周期，并结
合所述巡查优先级、所述行驶路线图和所述巡查工作图生成运维任务；

[0102] 步骤4、所述运维管理控制中心将生成的所述运维任务发送至所述运维计划中设定的运维人员的运维手持设备中。

[0103] 所述由相应运维人员对接收到的运维任务作出响应，具体包括：

[0104] 步骤1，运维人员通过运维手持设备查看所接收到的运维管理控制中心发送的运维任务，并根据该运维任务中携带的运维周期、行驶路线图以及巡查工作图来判断是否接
受该运维任务，若接受，则向运维管理控制中心返回确认响应，所述运维管理控制中心对该
运维任务的处理状态进行记录，执行步骤2；若不接受，则向运维管理控制中心返回拒绝响
应，所述运维管理控制中心选择新的运维人员，并将运维任务发送至所述新的运维人员的
运维手持设备中，返回并重新执行步骤1；

[0105] 在上述步骤中，运维人员可以根据自身的实际情况，例如当前是否有任务、是否局里较远、是否能够完成分配的运维任务等因素，来判断是否需要接受该运维任务，从运维人
员的角度保证了运维任务能够得到及时快速和准确的解决。同时，为了防止运维人员恶意
拒绝接受分配的运维任务，运维管理控制中心会对各个运维人员拒绝接受运维任务的次数
进行统计，并定期汇总分析，对于拒绝接受运维任务次数明显异常的情况，将进行相应的处
理，从管理员的角度保证了运维任务能有效分配、问题能及时解决。

[0106] 步骤2、运维人员查看运维手持设备中显示的运维任务，并根据所述行驶路线图的指引到达指定的巡查区域和巡查目标，通过巡查工作图中与二维地图相关联的所述各个综
合管廊的三维视图查看所述各个综合管廊中所包括的各个数据采集终端的位置，获取所述
各个数据采集终端的采集数据；

[0107] 在上述步骤2中，获取所述各个数据采集终端的采集数据，具体包括：

[0108] 通过点击所述数据采集终端的图标来获得并显示该数据采集终端的采集数据；或者

[0109] 运维人员使用运维手持设备扫描数据采集终端的阻燃外壳上的二维码标识，获取数据采集终端的采集数据；或者

[0110] 运维人员将运维手持设备的位置坐标信息（例如经度和纬度信息）发送至运维管理控制中心，根据所述运维手持设备的位置坐标信息，所述运维管理控制中心向所述运维
手持设备返回与所述运维手持设备的位置坐标信息处于预设范围内的数据采集终端的位
置坐标信息，所述运维手持设备将预设范围内的数据采集终端的位置在综合管廊的三维视
图中进行显示和标注，运维人员根据显示和标注的数据采集终端的位置，找到相应的数据
采集终端，通过扫描数据采集终端的阻燃外壳上的二维码标识，获取数据采集终端的采集
数据。

[0111] 考虑到进行运维的综合管廊通常位于地下，通风条件、灯光照明以及温度和湿度情况都不适合运维人员长时间工作，为了能够尽快的定位数字采集设备，提高运维任务的
完成效率，设置了上述多种获取数据采集终端的采集数据的方式，缩短运维人员寻找数据
采集终端的时间，让运维工作更有针对性、目标更明确。

[0112] 步骤3、根据所述数据采集终端的采集数据，并结合运维内容来开展运维工作。

[0113] 结合运维内容来开展运维工作包括检查管线的运行情况、仪表设备的工作环境和工作状态等等，开展运维工作的具体内容不属于本申请技术方案的重点，在此不做详细描
述。

[0114] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

[0115] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和
范围。