江蘇金卓能技術(shù)有限公司 陳 凱

在城市建設(shè)中，管線是其中重要的基礎(chǔ)設(shè)施和命脈，在對城市規(guī)劃與建設(shè)中，對地下管理非常重要。同時(shí)，城市化進(jìn)程加快，越來越多的樓層建立起來，各個(gè)部門增加了對地下管線信息化的重視，并且一些城市建立起了地下管線管理系統(tǒng)。

目前地下管道信息系統(tǒng)的建設(shè)主要是考慮對管道設(shè)施的管理，沒有考慮到對地下管道的管理是一個(gè)全過程的管理問題。所以，現(xiàn)有的管道系統(tǒng)大多被動地接收其它系統(tǒng)或單位提供的管道設(shè)計(jì)、維護(hù)等數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)管道的主動管理。要達(dá)到上述的整個(gè)生命周期和動態(tài)需求是困難的，不利于城市地下管線的信息化甚至智能化管理，為此設(shè)計(jì)一個(gè)基于弱電管網(wǎng)分析的城市地下線網(wǎng)集約化動態(tài)管理系統(tǒng)，期望改善目前存在的問題，為城市更好更快發(fā)展提供支持。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

城市地下線網(wǎng)集約化動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是提高城市管理水平，發(fā)揮地下管線在城市規(guī)劃與建設(shè)中的作用，更好更快的推動城市化建設(shè)[1]，本著高標(biāo)準(zhǔn)和高起點(diǎn)的原則，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)：第一，對城市地下線網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控；第二，建設(shè)分層管理數(shù)據(jù)庫；第三，建立管網(wǎng)信息更新機(jī)制，對信息進(jìn)行動態(tài)管理。

整體應(yīng)用系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合信息中心的要求，保證了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性。本系統(tǒng)的開發(fā)遵循先進(jìn)、高效、實(shí)用、穩(wěn)定的原則。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為：

完整性：井下管網(wǎng)管理系統(tǒng)是城市地下管線管理的綜合性解決方案，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理、更新和利用。在實(shí)際工作中，系統(tǒng)應(yīng)充分考慮功能的完整性，并滿足系統(tǒng)在日常工作中需要的各種數(shù)據(jù)信息。

可靠性：由于地下管網(wǎng)系統(tǒng)在保護(hù)城市正常運(yùn)行上起著非常重要的作用，而地下管線又需要可靠的信息系統(tǒng)，為此需要考慮系統(tǒng)的可靠性。

先進(jìn)性：提高地下管網(wǎng)效果的重要因素是系統(tǒng)的先進(jìn)性，為此將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

安全性：地下線網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)過程中，其中包含較多重要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)與需要保密的數(shù)據(jù)，為此需要對系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)功能需求

對地下線集約管理能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，在整個(gè)系統(tǒng)中占有非常重要的位置，為此需要對地下線集約管理[2]。設(shè)計(jì)思想是將系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)要素直觀的反映給用戶，為城市地理數(shù)據(jù)存儲、檢索與分析提供基礎(chǔ)，保證對地下管線數(shù)據(jù)的綜合管理。

3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行及開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)工具包為Silverlight4SDKforVS2010中文，客戶端API 為ArcGISAPIforSilverlight2.4。

3.2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

3.2.1 微型控制器設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的核心硬件部分為微型控制器，利用兩層板的兩層模式優(yōu)化單片機(jī)，并利用內(nèi)置神經(jīng)元芯片LonWorks 技術(shù)。通過該技術(shù)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的信息綜合處理與整合，并將MCU 為弱電管網(wǎng)提供驅(qū)動，連接控制信號，將控制信號轉(zhuǎn)化為控制等效物，實(shí)現(xiàn)對官網(wǎng)的智能控制[3]。

3.2.2 顯示器

顯示器用來顯示系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果和單片機(jī)輸出的弱網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)。文中所應(yīng)用的監(jiān)視器是MN26840-001，尺寸32英寸，共有24個(gè)頻道，弱電管網(wǎng)的控制數(shù)據(jù)通過串行通信直接獲得。

3.2.3 通信模塊設(shè)計(jì)

在固定電話與消防專用電話共用時(shí)，應(yīng)采用獨(dú)立的通訊系統(tǒng)，固定通信模塊如下所示：安裝固定通訊系統(tǒng)，電話要與監(jiān)控中心接通，信號要與市區(qū)通信網(wǎng)連通；電話通信點(diǎn)應(yīng)設(shè)在綜合走廊的人員進(jìn)出或防火分區(qū)內(nèi)。

在數(shù)據(jù)傳輸上，采用NB-IOT 作為物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，該網(wǎng)絡(luò)主要由智能終端、基站、核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺等構(gòu)成，其能夠集中處理數(shù)據(jù)。

同時(shí)，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中還將以太網(wǎng)應(yīng)用到其中，主要為系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與管理提供基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，采用雙絞線網(wǎng)絡(luò)與管網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)對信號控制與轉(zhuǎn)換[4]。

3.2.4 GIS 可視化技術(shù)

GIS 技術(shù)為一種基于地理空間的地理信息技術(shù)，其能夠通過地理分析模型對空間和動態(tài)數(shù)據(jù)分析與輸出，適用于地下線網(wǎng)的動態(tài)管理系統(tǒng)中。

WebGL 是一個(gè)3D 繪圖標(biāo)準(zhǔn)，允許Java 腳本與OpenGLES2相結(jié)合，將javascript 綁定添加到OpenGLES2。WebGL 還提供了3D 加速渲染功能，使得相關(guān)用戶可以在瀏覽器中對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

根據(jù)GIS 技術(shù)和WebGL 技術(shù)的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用GIS 技術(shù)和WebGL 技術(shù)，生成覆蓋城市建筑物、管網(wǎng)等的電子地圖，將弱電管網(wǎng)管理資源與地理位置信息聯(lián)系起來，使系統(tǒng)更直觀。其中，GIS 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)地下線網(wǎng)三維可視化管理，提高線路分析以及其他日常操作的精準(zhǔn)度和效率，還能夠模擬光纜鋪設(shè)、道路開挖模擬等。充分了解城市中弱電管網(wǎng)的整體使用情況，大大提高城市弱電管網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)水平。

其中，系統(tǒng)中的地圖瀏覽的過程中在該菜單下可實(shí)現(xiàn)的功能包括：縮放、縮放、全局縮放、前一視、后一視、全屏等，具體內(nèi)容如下所示：

第一，放大。點(diǎn)著地圖，拖出一個(gè)長方形，根據(jù)當(dāng)前地圖的長高比和長長比，將矩形放大到該矩形框的范圍內(nèi)。

第二，縮小。點(diǎn)著地圖，拖出一個(gè)長方形，根據(jù)長方形的長度和當(dāng)前地圖的長度之比，將地圖縮小至無法縮小。

第三，全局放大。單擊此特性，將地圖放大2倍，使其為等值放大。

第四，全局縮小。按一下這個(gè)特性，地圖就會縮小2倍，并使其變小。

第五，前一視圖。單擊此功能后，范圍、比例和位置將恢復(fù)到地圖視圖的最后一個(gè)狀態(tài)。

第六，后一視圖。當(dāng)點(diǎn)擊此功能時(shí)，范圍、比例和定位將恢復(fù)到地圖視圖的下一個(gè)狀態(tài)。

第七，平移。選擇這個(gè)功能后，點(diǎn)入地圖，拖動鼠標(biāo)，地圖將隨鼠標(biāo)移動，拖到地圖最遠(yuǎn)邊界后，漫游將自動停止。

第八，全屏。單擊此功能，地圖將在地圖視圖中顯示為全圖。

3.2.5 弱電管網(wǎng)物理層規(guī)劃

城鎮(zhèn)弱電管網(wǎng)物理層主要是收集城市總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃、城市地形圖、城市道路規(guī)劃、擴(kuò)建道路規(guī)劃、舊城改造規(guī)劃、新開發(fā)區(qū)規(guī)劃等信息。并且根據(jù)城市規(guī)劃部對每條道路、每個(gè)街區(qū)的功能分類，結(jié)合各個(gè)運(yùn)營商的場地條件和業(yè)務(wù)發(fā)展方向進(jìn)行有效預(yù)測。

過境管道：按照通信運(yùn)營商和道路規(guī)劃部的定義，通常是指城市之間的主要交通線路和主干層通過的區(qū)域。這樣的管段比較長，但是管孔的數(shù)目比較少，而且比較簡單，重要性高，管理要求高，變動相對較小。

主干管道：通信業(yè)與道路規(guī)劃部的定義，一般指城市交通主干道和主干層通過的區(qū)域。該路段是連接各運(yùn)營商的重要辦公大樓和通訊樞紐。針對不同運(yùn)營商需求?？蛇x擇的路線有很多，管孔要求較低，對安全性要求最高。

次干管道：參照通信運(yùn)營商和道路規(guī)劃部門的定義，一般指城市交通次干道和次干道樓層通過的區(qū)域，這部分道路管道是連接各運(yùn)營商分支機(jī)構(gòu)的管道。與干線相比，其容量略有增加，安全要求較高。

支干管道：通信業(yè)與道路規(guī)劃部的定義，一般指城市交通主干道和主干層通過的區(qū)域。道路的這一部分是連接運(yùn)營商站點(diǎn)的管道，分布于散狀，面積較大。管道容量比二級干線管道略有增加，通常它可以采用簇樹結(jié)構(gòu)，主干分支的數(shù)目可控制在總分支的60%左右。

一般管道：參考通訊運(yùn)營商和道路規(guī)劃部的定義，指普通道路和城市交通引入層通行區(qū)域。管線施工的隨機(jī)性較大，像廣泛分布的毛細(xì)管一樣，是分支機(jī)構(gòu)的二次延伸。

基于上述過程，分析了城市道路及區(qū)塊的功能，并結(jié)合各運(yùn)營商業(yè)務(wù)發(fā)展的特點(diǎn)和方向，有效地預(yù)測各運(yùn)營商的需求，反復(fù)疊加需要的管孔數(shù)，做出合理的物理層規(guī)劃。

4 地下管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件部分，主要對地下線網(wǎng)集約化動態(tài)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新，和實(shí)現(xiàn)對地下線網(wǎng)的動態(tài)管理。

4.1 數(shù)據(jù)自動采樣

在系統(tǒng)軟件部分，對系統(tǒng)硬件傳輸過來的信號采集，并將其傳遞到控制主站。當(dāng)控制主站接收到相關(guān)信號后分析信號，為進(jìn)一步保證信號處理的精度，對其進(jìn)一步處理，公式表示為：

公式（1）中，R 代表構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)，n 代表控制信號集，i 代表控制點(diǎn)位的數(shù)量，P 代表信號初級聲壓參數(shù)，PH為信號處理參數(shù)。

基于上述計(jì)算，能夠獲得同步信號，并保證管網(wǎng)能量平衡，提高系統(tǒng)采樣的精度。

4.2 弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)

在此過程中，采集信號并轉(zhuǎn)化為智能弱電管網(wǎng)信號，按照Myspl_num4進(jìn)行連接。當(dāng)開啟時(shí)，另一個(gè)服務(wù)器接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分類和存儲模式轉(zhuǎn)換控制信號。因?yàn)榭刂菩盘柕臄?shù)據(jù)和同步轉(zhuǎn)換是獨(dú)立的，需要通過LonWorks 技術(shù)建立通信協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸控制提供支持。因?yàn)橄到y(tǒng)中數(shù)據(jù)字符的長度不同，包含的信息量很小，所以采用單通道通信的方式，通過發(fā)送控制數(shù)據(jù)，然后在接收端接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。為保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會發(fā)生參數(shù)變化，必須對其進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)參數(shù)變化很大時(shí)，必須停止數(shù)據(jù)傳輸，檢查數(shù)據(jù)波動的原因，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

4.3 基于數(shù)據(jù)提取的更新技術(shù)

為獲取不斷變化的數(shù)據(jù)，利用其中更新技術(shù)，利用數(shù)據(jù)提取技術(shù)開發(fā)更新入庫管理模塊，設(shè)計(jì)歷史數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，正確反映地下管線數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，確保管道數(shù)據(jù)的更新入庫。

數(shù)據(jù)動態(tài)更新能夠從當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中按照更新的范圍對管線數(shù)據(jù)提取，按照坐標(biāo)范圍等索引條件保存歷史數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)重復(fù)存儲的情況。在數(shù)據(jù)管理員接收到外業(yè)數(shù)據(jù)請求后，提取管線資料，將資料提交給外交人員，對管線修補(bǔ)處理，并且將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，按照工程編號的形式存儲。方便在后續(xù)處理中對數(shù)據(jù)現(xiàn)狀與歷史數(shù)據(jù)對比分析，對沒有意義的數(shù)據(jù)刪除，對存在的問題及時(shí)解決。

其次，要對不同形式的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)度和轉(zhuǎn)換，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。根據(jù)傳輸?shù)刂反_定節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)，結(jié)合不同指令的語義，保證網(wǎng)絡(luò)端口的良好通信。該系統(tǒng)采用自由傳輸方式，接收響應(yīng)后，可以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)弱電管理系統(tǒng)的智能控制。

5 結(jié)語

綜上，完成基于弱電管網(wǎng)分析的城市地下線網(wǎng)集約化動態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此次研究所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有實(shí)際意義，對現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)的智能控制有一定的幫助和指導(dǎo)作用。在后續(xù)研究中，為保證對現(xiàn)代城市弱電管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)加大人員投入，進(jìn)一步提高研究的綜合性，為其安全穩(wěn)定運(yùn)行提供系統(tǒng)的理論支撐。