談市政地下管線遠程探測設備的配置要求

張 勝 國

(煙臺市地理信息中心，山東 煙臺 264002)

0 引言

市政地下管線探測涉及城市地下給排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業(油氣)、化糞池等等管線及其附屬設施的氣體濃度、管道泄漏與第三方破壞等方方面面。做好市政地下管線的探測工作意義重大。市政地下管線探測需要借助探測設備，探測設備的配置和性能在其中起著舉足輕重的作用，尤其是遠程探測設備。下面就市政地下管線遠程探測設備配置問題談談個人的一些淺陋的看法和認識。

1 探測設備的架構要求

系統部署架構應合理，系統應由感知終端設備與管控平臺構成。系統部署架構涉及用戶群體U；市政地下管線遠程探測設備管控平臺P；地下管線云計算中心C；負載系統L；集群服務器(S1，S2)；數據庫B1；數據傳輸(有線+無線)D1；感知終端設備(T1，T2，T3，T4，T5)。

系統軟件架構應合理，系統軟件架構應該由感知層、基礎層、數據層、應用層以及用戶層組成[1]。系統軟件架構涉及用戶層UL；公眾用戶UP；市政用戶UM；應急用戶UE；決策用戶UD；應用層AL；市政地下管線遠程探測設備管控平臺S1；WebAPI(供第三方軟件調用)W1；消息中間件數據整合(如RabbitMQ或其他中間件)R1；數據層D1；濃度數據DC；光纖感知數據DP；環境監測數據DE1；水位監測數據DW；設備報警數據DE2；基礎層BL；云服務器硬件SH；數據庫軟件DS；網絡設施NF；安全設施SF；感知層PL；甲烷濃度監測MM；硫化氫濃度監測MH；氧氣濃度監測MO；一氧化碳濃度監測MC；氨氣濃度監測MA；氯氣濃度監測MC2；二氧化碳濃度監測MC3；光纖振動傳感器SS；光纖溫度傳感器ST；光纖應變傳感器SO；環境參數監測MP；水位監測MS；氣體濃度監測MG；光纖傳感監測主機HO。

系統軟件架構應基于Hadoop體系的大數據架構，其通過感知層捕獲各類異構數據；通過網絡傳輸給數據層；經過數據層的各類數據清洗和消息中間件處理工作；應用層通過數據接口或服務方式調取應用；最終提供給用戶層使用。

系統安全應符合相關要求。系統安全的基本要求包括以下8個方面，即應在中央調度室中建立監控中心，以集中管理整個網絡的運營。應建立各種完美的規則和規定，配置一個負責管理系統的特殊人員，及時更新網絡安全技術動態跟蹤和網絡安全程序。應加強安全維護，并巡邏檢查網絡和系統。局域網應分為多個VLAN，控制網絡流量，增加網絡效率，并防止網絡竊聽。不同的VLAN，安全級別可以不同，網絡管理VLAN應該設置網絡管理和系統管理設備，并且訪問控制表應用于訪問權限限制。用于為用戶提供服務的重要服務器應關閉不需要打開的服務端口，應限制用戶操作權限以防止非法操作。應限制用戶的權限，以便非法用戶無法訪問系統管理員的密碼進而防止非法用戶損壞系統。用戶的安全意識應注重培養，應加強密碼管理，限制用戶使用易解密的密碼，使非法用戶無法猜測用戶名。

傳輸線路應符合相關安全要求。系統傳輸線路安全涉及以下三方面問題，即應保證前端采集子系統的傳輸采用專網線路傳輸穩定；核心層與匯聚層應采用千兆光網絡對接；核心層交換機應采用2臺交換機做雙熱備，保證傳輸網絡的冗余備份及不間斷傳輸。

數據安全應符合相關要求。數據安全涉及以下4方面問題，即應對數據庫進行周期性數據備份；應采用專業存儲的方式，在核心匯集層中心節點，對重要數據進行冗余備份；對于存儲的數據應采用加密的方式，確保信息的完整性；應建立完整的與本地系統相當的備份應用系統[2]。

軟件安全應符合相關要求。軟件安全涉及以下四個方面，即應由中央平臺進行身份驗證并轉發控制指令和合法用戶操作說明，前端設備僅接收來自中央平臺的法律指令，并且其他設備發送的控制指令被拒絕以防止其他設備接收和篡改非法設備控制的說明。遠程監控應采用完美的密碼權限認證系統，通過客戶端特殊軟件，權限集中認證管理，驗證用戶的合法性，阻斷未授權用戶訪問，防止非法使用和操作，并應打開第三方認證界面以滿足特殊行業用戶的需求。遠程監控應采用數字水印技術，以確保真實的圖像數據，確保其不被篡改、假冒。系統應具有完整的日志管理功能，并記錄系統中所有設備的操作記錄，并且無法更改所有日志記錄。

機房安全應符合相關規范要求。機房安全涉及以下四方面問題，即機房應該采用專門的監控系統并接入整個監控專網；應該在機房設立空調，對機房進行裝修，保證機房的環境；應通過指紋門禁系統，對機房進行統一管理；應該設立專門的UPS，保證系統電源的穩定及不間斷地運行。

2 探測設備的基本技術要求

探測設備應滿足必要的條件，這些條件可概括為以下9個方面，即設備應滿足兩種及兩種以上氣體監測要求；探測光纖的物理特性指標應滿足國家相關標準要求；在進行地下管線探測工作時不應對管線進行開挖；應滿足環境的溫度、濕度、腐蝕性等要求；設備氣路部分的防爆形式應采用本質安全型或本質安全兼隔爆型；設備使用期限一般是三年，當環境苛刻或在特殊情況時，可以適當調整。設備設置應該是打開的，符合某些特權的用戶可以根據需要設置相關參數。設備應具有可擴展功能，以滿足監測指標的擴展需求。該設備應根據規定的程序和國家授權檢查機構制造。設備的外觀和結構應符合相關要求。設備顯示的數字、符號應清楚并完整,不應該有腐蝕、涂層或涂覆的泡沫、裂縫、劃痕、毛刺和其他機械損傷。該設備應合理耐用。應該有適用于懸浮或載體的結構構件。每個部件應可靠、堅固，緊固部件應沒有松動。纖維振動傳感器和信號處理器的連接器應無松動地固定。插件和零件應采取防腐措施，涂層和電鍍層應均勻、堅固和匹配。印刷電路板應涂有三個防御(防腐、防霉菌和防潮)涂料。遠程傳輸符合相關要求。遠程數據傳輸應采用具備檢查功能的通信協議，并且能夠可以及時校正發送錯誤的分組。可以支持電纜通信(ADSL/ISDN/光纖等)和無線通信(GSM-SMS/CDMA/GPRS,LoRa,NB-IOT,ZigBee、無線電臺，衛星通訊等)。設備采用GPRS數據無線傳輸時，應用2G/3G/4G/5G專用無線基帶通訊模塊，支持4頻：GSM850/900MHz/1 800 MHz/1 900 MHz頻率。設備應具備模擬量、數字量、標準串行口(RS485/RS232)接口、并行數據接口、USB數據通訊接口等。

設備功能應符合相關要求。氣體監測功能應符合以下2條要求，即設備應根據實際接入的氣體傳感器類型及對應預警閾值/報警閾值進行配置,當設備監測到氣體傳感器濃度超預警閾值或報警閾值時應發出報警；設備在氣體傳感器超預警閾值時應密集采集信息，啟動抽排裝置或生物原液投放裝置，降低毒害易爆氣體濃度。圖像采集功能應對設備周邊環境進行視頻監控、錄像。人臉抓拍功能應符合要求，當有人員進入設備監視范圍時，應對其人臉進行抓拍，存儲。一鍵報警功能應可靠，在設備附近有人員違法犯罪活動，受害人員/求助人員可以通過一鍵報警裝置進行報警，取得平臺人員幫助。語音雙向對講功能應通暢，設備向平臺發起對講請求時，管理平臺人員接通呼叫線路，智能設備和管理平臺可進行雙向語音對講，管理平臺同時具備視頻監控功能。設備語音交互功能應滿足要求，授權人員可對智能設備進行語音交互，交互功能包括設備自檢信息、控制操作、環境信息等。水位監測功能應可靠，設備應可進行地下水位監測。斷電掉線報警功能應符合要求，設備應具備停電報警功能。管線監測功能應符合要求，應通過光纖振動(溫度、應變)傳感器采集各類管線的運行狀態參數，實現管線泄漏的精確定位、報警和運行狀態評估，并實現管線安全預警與全壽命管理。結構健康監測功能應完善，應通過光纖振動(應變)傳感器采集管線本體、管線溝的荷載等狀態參數，對地層沉降、坍塌、挖掘等進行預測，并能夠精確定位及自動告警。管線環境監測與處理功能應滿足要求，應對管線內環境參數(水位、溫濕度、氧氣、硫化氫、甲烷等)進行監測與報警?？陕搫涌刂葡?、風機等電氣裝置[3]。

3 探測設備的性能要求

氣體分辨率及報警誤差值應符合要求，設備采用數字顯示，各種氣體分辨率及報警誤差值應符合相關規范規定。檢測方法和范圍應符合相關要求，各種氣體檢測方法和范圍應符合相關規范要求。輸出端子應符合相關條件要求，應帶有控制排氣扇操作的輸出端子，終端輸出功率應不小于370 W。設備的基本誤差應符合相關規范的相關要求。響應時間T90應達標并符合相關要求，涉及硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)、甲烷(CH4)、氯氣(Cl2)、一氧化碳(CO)、氧氣(O2)、二氧化硫(SO2)。振動傳感器性能應符合相關規范規定，涉及探測距離、探測頻率范圍、采樣分辨率、定位精度、測量時間。溫度傳感器性能應符合相關規范規定。應變監測性能應符合相關規范規定，涉及應變測量范圍、測量距離、應變測量精度、應變分辨率、空間分辨率、定位精度、測量時間[4]。

4 探測裝備的環境適應性要求

氣候環境適應性應符合相關規范的規定和要求，設備應按照相關規則進行選擇，設備應進行相應的氣候環境適應性實驗。實驗后的入侵報警功能應該是正常、安全、可靠的。機械環境適應性應符合要求，應按相關規范規定對設備進行機械環境適應性實驗，實驗后設備不應產生永久性的結構變形，機械損傷、電氣故障且入侵報警功能應正常。抗干擾能力應符合相關規范要求，應按相關規范規定對設備進行抗風干擾實驗，實驗期間不應產生誤報警和漏報警，定位型設備的定位精度應符合相關規范規定。應按相關規范規定對設備進行抗雨干擾實驗，實驗期間不應產生誤報警和漏報警，定位型設備的定位精度應符合相關規范規定。

電磁兼容性要求應滿足規范規定，靜電放電抗擾度限值應該符合相關規范規定，實驗中設備不應有誤報警發生，實驗后應能夠正常工作。射頻電磁場輻射抗擾度限值應符合相關規范規定，實驗中設備不應有誤報警發生，實驗后應能夠正常工作。電快速瞬變脈沖群抗擾度限值應符合相關規范規定，實驗中設備不應有誤報警發生，實驗后應能夠正常工作。浪涌(沖擊)抗擾度限值應符合相關規范規定，交流電源線3級:直流、信號及其他輸電線2級的浪涌(沖擊)干擾，實驗中設備不應有誤報，實驗后應能正常工作[5]。

防爆應滿足相關規范要求。設備應采用本質安全型或者本質安全兼隔爆型的防爆結構且符合相關規范。它應被合理指定，且至少應達到ⅡA型電氣設備要求。任何與基本安全性能相關的組件應符合相關規范要求。在正常操作和故障中，不應超過由組件安裝條件和溫度范圍指定的最大電流，電壓和功率額定值不超過2/3，且應與環境條件匹配。設備外殼的保護應符合保護水平IP55的規定。當設備為塑料外殼時，外殼的絕緣電阻不應超過1 GΩ。當設備使用塑料外殼時，殼體的阻燃性能應符合相關規范要求。該設備應能夠通過涉及點燃的相關規范的要求，滿足指定的火花點火條件的測試要求。該裝置在正常和故障狀態下應不超過135 ℃。設備的殼結構、相應的電氣間隙以及攀爬距離均應符合相關規范的基本要求。

安全性應符合相關規范要求。抗電強度應該符合相關要求，電網電源的電源引入和外殼的裸金屬部件之間的電力強度應該符合相關規范要求。絕緣電阻應滿足電網電源以及電源引入的要求，外殼的裸機部件之間的絕緣電阻應滿足相關規范要求。泄漏電流應該滿足要求，采用交流電網電源供電設備工作時的泄漏電流應符合相關規范規定。阻燃應滿足要求，設備的阻燃應符合相關規范規定。

穩定性應符合相關規范要求。設備在正常工作條件下連續工作15 d的基本誤差應符合相關規范要求。設備的可靠性應符合相關規范要求。

5 其他方面的要求

在設備體上應該有以下5種類型的標記，即激光警告標志；制造商名稱及商標標識；產品名稱和型號標記；額定工作電壓標志；出廠日期或編碼標識。如果在設備主體上無法標記上述內容，則應在使用說明書中給出。產品的終端和界面應標有相應的字符。產品外包裝上應有以下3種類型的徽標，即制造商的名稱、商標和體量大小；產品的名稱及型號；出廠的日期或生產編碼。包裝應標準化，產品應以適合長途運輸的材料包裝，包裝盒中應該有防水或防火措施。包裝盒中應該有附帶的文件，比如產品證書、產品說明手冊、包裝清單。儲存應遵守相關規定，產品應儲存在通風環境中，環境應干燥且無酸堿和腐蝕性氣體，周圍還應沒有強大的機械振動以及強磁場的干擾。運輸應遵守相關規范的相關規定，包裝產品可以用常規工具運輸。運輸過程應避免劇烈的振動、雨雪、陽光、暴曬，應避免接觸腐蝕性氣體，應防止出現機械性損壞。

6 結語

地下管線類型繁多，涉及敷設于地下的管線，用于傳送能源、信息和排泄廢物等的管道(溝、廊)、線纜等及其附屬設施，按功能可分為給水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、工業等，包括長輸管線和城市管線。遠程探測中前端設備獲取的數據通過有線或者無線的方式傳輸到設在監控中心的數據采集計算機，設在監控中心的數據采集計算機也可以發送相應的指令給前端設備執行。探測設備可實現對監測點的氣體濃度、圖像采集、溫度、聲頻/振動、溫度、應變、設備狀態等進行監測。合理進行相應的配置對確保市政地下管線遠程探測質量具有舉足輕重的作用，務必全面思考、認真對待。