隧道环境在线监控系统解决方案

　　1.行业背景

　　近年来，随着我国对电力电缆基础设施的不断投入，电力隧道的长度也在不断地增长中。因电力电缆隧道的拓展速度过快，同时期的维护速度无法与之相匹配，导致运行和维护过程中的增长速率不成正比，从而使其在经济快速发展的前景下出现了诸多运行和维护工作方面的问题。也让供电公司的各个部门遭遇到了更多的挑战和压力。

　　面对上述问题，东用科技基于物联网通信技术搭建隧道环境在线监控系统，通过一定的监测技术手段，将潜在的隐患进行提前预警处理，再制定出针对性地预防措施，将损失降低到最小，从根本上改变传统的周期性监测模式，既能够节约电力系统的运行成本，还能够防止人为事故的发生。

　　2.用户需求

　　系统需要实现的主要功能

　　(1)对隧道内电力电缆运行状况的监测。比如电力电缆的绝缘状况,负载水平,电缆接头状况,运行温度等,通过采集电力电缆的相关参数来实现对电力电缆运行状况的实时监测。

　　(2)对隧道运行环境的监测。通过采集隧道内的温度、湿度、烟雾、水位、气体成分等信息来监测隧道的运行状态,以提高隧道运行的可靠性。

　　(3)对隧道内发生状况进行准确告警,并通过与一系列辅助设备系统的联动来实现对灾害的紧急预案处理,将灾害控制在最小的影响范围之内,以保证电网的安全稳定和人身安全。

　　3.系统解决方案

　　3.1系统概述

　　电缆隧道在线监测系统是结合现代电力电子技术、计算机技术以及网络通讯等技术组成，可实时监测电缆隧道内视频图像、环境温度、水位、有害气体等参数，并通过4G/5G无线通信模块将监测到的数据传至后台分析中心，方便运行维护人员实时掌握电缆运行状态，以便采取相应的维护和检修措施。

　　3.2网络拓扑

　　3.3系统组成

　　隧道在线监控主要包含环境监控子系统和视频监控子系统。

　　其中隧道环境监控子系统主要气体监测、硫化物探测、甲烷监测、氧气监测和温湿度监测。隧道环境监测系统可通过各种传感器对电力隧道内有害气体、空气含氧量、温湿度、水位等环境参量进行监测，通过4G/5G网络监控中心可有效实时监测隧道内情况。

　　视频监控子系统包含摄像机、硬盘录像机、红外防盗探测器等.视频监控主要任务是全天候拍摄隧道中监视范围内的环境场景，完成信息采集。因隧道内湿度大、含腐蚀性气体，隧道内的每个摄象机加装防护等级为工的全天候防护罩。通过部署被动红外探测器，当有人意图入侵，进入探测范围之后便会自动向用户发送报警信息，联动声光报警。并通过无线网络上报监控中心。

　　视频监控系统可以实现如下功能：通过网络实现远程视频图像实时监控，对突发事件及时预警和及时处理；

　　电缆隧道在线监控系统可以分为三层结构,由中心控制层、网络传输层和监控终端层构成。

　　3.3.1中心控制层

　　中心控制层是整个监控系统的核心,主要由服务器和隧道在线监控平台组成，设置在远端调度中心,通过模块化扩展,可以将多个子系统整合在统一的平台上,对整个地区的电缆隧道运行情况进行集中监控。

　　3.3.2网络传输层

　　网络传输端是整个系统联络的枢纽，隧道各个区域控制单元通过有线与无线相结合，并与监控中心形成一个统一的整体。从而实现运行数据的集中监测、采控制、必须建立连接所有监控点的通讯网络。

　　整个隧道6公里，其中100米设置一个区域控制单元，并且每隔800米设置防火分区，隧道内只有防火分区有无线4G信号，所有可以使用4G网络传输数据。

　　防火分区网络设备主要包含4G无线路由器ORB305和光口工业交换机PES208D，交换机通过光纤网络汇聚8个区域控单元采集的数据。并通过无线路由器ORB305的4G网络接入互联网，通过VPN与数据中心建立加密传输隧道，站内采集设备OR304通过mqtt协议把采集到环境参数实时上传到数据中心监控平台。现场设备与数据中心进行数据交互都是在vpn隧道内进行数据传输，能够有效保证数据传输的安全性。

　　区域控制单元网络设备主要包含：采集设备OR304和工业交换机PES208D组成，其中光口与防护分区交换机连接。网口分别连接采集设备OR304、网络摄像机、IP电话等以太网设备。通过防火分区的4G路由器ORB305实现数据上次数据中心。

　　接口协议设计

　　现场传感器终端设备接口一般为以太网口或RS485串口，根据终端设备接口形式，摄像机和IP电话直接与4G路由器ORB305连接，传感器等设备与采集设备0R304连接。OR304自带模拟量和IO接口，方便设备接入。并且设备支持：Modbus RTU，Modbus TCP、Modbus网桥以及TCP/UDP等多种通信协议。满足工业大部分工业设备通信要求。

　　工业级设计

　　方案提供的工业级无线路由器采用全工业化设计，从处理芯片、通信模块、电子器件全采用工业级标准，产品具备以下可靠性指标：采用工业设计性，金属外壳，防护等级为IP30 EMC各项等级指标达3级以太网口支持1.5KV隔离变压保护宽温支持：-40~70宽压支持：DC12-48V。

　　3.3.3监控终端层构成

　　隧道在线系统监控终端主要由环境监测设备和视频监控设备组成。

　　环境监测设备

　　其中环境监测设备主要包含传感器如：温湿度传感器、甲烷传感器，硫化氢传感器和氧气探测仪等组成。

　　对布置在每个防火分区的传感器设备，通过AI模拟量接口或RS485接口与OR304采集设备设备连接，OR304定时采集传感器数据，经过4G无线路由器ORB305通过mqtt协议统一发送到远程监控平台。

　　视频监控设备

　　视频监控主要由设备摄像机和IP电话组成。隧道每100米为一段区域控制中心，在每段防火分区内设置2台网络摄像机（区段出入口）：监测任何进入防火分区内的人员情况。摄像机和IP电话直接与4G路由器以太网口连接。所有的视频监控画面都可以通过远程监控平台控制、显示，实现全范围监控，并且可在监视器上切换显示各防火分区的监控画面。

　　4.方案所需配置列表

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