基于弱電管網分析的城市地下線網集約化動態管理系統設計

江蘇金卓能技術有限公司 陳 凱

在城市建設中，管線是其中重要的基礎設施和命脈，在對城市規劃與建設中，對地下管理非常重要。同時，城市化進程加快，越來越多的樓層建立起來，各個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。

目前地下管道信息系統的建設主要是考慮對管道設施的管理，沒有考慮到對地下管道的管理是一個全過程的管理問題。所以，現有的管道系統大多被動地接收其它系統或單位提供的管道設計、維護等數據，不能實現管道的主動管理。要達到上述的整個生命周期和動態需求是困難的，不利于城市地下管線的信息化甚至智能化管理，為此設計一個基于弱電管網分析的城市地下線網集約化動態管理系統，期望改善目前存在的問題，為城市更好更快發展提供支持。

1 系統建設目標

城市地下線網集約化動態管理系統設計的目的是提高城市管理水平，發揮地下管線在城市規劃與建設中的作用，更好更快的推動城市化建設[1]，本著高標準和高起點的原則，設計系統的建設目標：第一，對城市地下線網實時監控；第二，建設分層管理數據庫；第三，建立管網信息更新機制，對信息進行動態管理。

整體應用系統是基于網絡數據庫，結合信息中心的要求，保證了數據庫數據的一致性。本系統的開發遵循先進、高效、實用、穩定的原則。

系統的設計原則為：

完整性：井下管網管理系統是城市地下管線管理的綜合性解決方案，主要負責數據管理、更新和利用。在實際工作中，系統應充分考慮功能的完整性，并滿足系統在日常工作中需要的各種數據信息。

可靠性：由于地下管網系統在保護城市正常運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，為此需要考慮系統的可靠性。

先進性：提高地下管網效果的重要因素是系統的先進性，為此將先進的科學技術應用到系統設計中。

安全性：地下線網系統建設過程中，其中包含較多重要的關鍵數據與需要保密的數據，為此需要對系統的安全性設計。

2 系統功能需求

對地下線集約管理能夠保證整個系統的高效運行，在整個系統中占有非常重要的位置，為此需要對地下線集約管理[2]。設計思想是將系統內各個要素直觀的反映給用戶，為城市地理數據存儲、檢索與分析提供基礎，保證對地下管線數據的綜合管理。

3 系統運行環境及結構體系設計

3.1 系統運行及開發環境

系統開發工具包為Silverlight4SDKforVS2010中文，客戶端API 為ArcGISAPIforSilverlight2.4。

3.2 結構體系設計

3.2.1 微型控制器設計

控制系統的核心硬件部分為微型控制器，利用兩層板的兩層模式優化單片機，并利用內置神經元芯片LonWorks 技術。通過該技術能夠對網絡中產生的信息綜合處理與整合，并將MCU 為弱電管網提供驅動，連接控制信號，將控制信號轉化為控制等效物，實現對官網的智能控制[3]。

3.2.2 顯示器

顯示器用來顯示系統運行結果和單片機輸出的弱網智能控制數據。文中所應用的監視器是MN26840-001，尺寸32英寸，共有24個頻道，弱電管網的控制數據通過串行通信直接獲得。

3.2.3 通信模塊設計

在固定電話與消防專用電話共用時，應采用獨立的通訊系統，固定通信模塊如下所示：安裝固定通訊系統，電話要與監控中心接通，信號要與市區通信網連通；電話通信點應設在綜合走廊的人員進出或防火分區內。

在數據傳輸上，采用NB-IOT 作為物聯網傳輸技術，該網絡主要由智能終端、基站、核心網、數據轉發平臺等構成，其能夠集中處理數據。

同時，在系統硬件設計中還將以太網應用到其中，主要為系統數據傳輸與管理提供基礎，以實現數據的遠程傳輸。為了擴大網絡覆蓋范圍，采用雙絞線網絡與管網交換機進行連接，實時對信號控制與轉換[4]。

3.2.4 GIS 可視化技術

GIS 技術為一種基于地理空間的地理信息技術，其能夠通過地理分析模型對空間和動態數據分析與輸出，適用于地下線網的動態管理系統中。

WebGL 是一個3D 繪圖標準，允許Java 腳本與OpenGLES2相結合，將javascript 綁定添加到OpenGLES2。WebGL 還提供了3D 加速渲染功能，使得相關用戶可以在瀏覽器中對相關內容進行顯示，從而實現數據的可視化。

根據GIS 技術和WebGL 技術的特點，綜合運用GIS 技術和WebGL 技術，生成覆蓋城市建筑物、管網等的電子地圖，將弱電管網管理資源與地理位置信息聯系起來，使系統更直觀。其中，GIS 技術能夠實現地下線網三維可視化管理，提高線路分析以及其他日常操作的精準度和效率，還能夠模擬光纜鋪設、道路開挖模擬等。充分了解城市中弱電管網的整體使用情況，大大提高城市弱電管網建設的科學水平。

其中，系統中的地圖瀏覽的過程中在該菜單下可實現的功能包括：縮放、縮放、全局縮放、前一視、后一視、全屏等，具體內容如下所示：

第一，放大。點著地圖，拖出一個長方形，根據當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。

第二，縮小。點著地圖，拖出一個長方形，根據長方形的長度和當前地圖的長度之比，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、比例和位置將恢復到地圖視圖的最后一個狀態。

第六，后一視圖。當點擊此功能時，范圍、比例和定位將恢復到地圖視圖的下一個狀態。

第七，平移。選擇這個功能后，點入地圖，拖動鼠標，地圖將隨鼠標移動，拖到地圖最遠邊界后，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 弱電管網物理層規劃

城鎮弱電管網物理層主要是收集城市總體規劃、分區規劃、城市地形圖、城市道路規劃、擴建道路規劃、舊城改造規劃、新開發區規劃等信息。并且根據城市規劃部對每條道路、每個街區的功能分類，結合各個運營商的場地條件和業務發展方向進行有效預測。

過境管道：按照通信運營商和道路規劃部的定義，通常是指城市之間的主要交通線路和主干層通過的區域。這樣的管段比較長，但是管孔的數目比較少，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：通信業與道路規劃部的定義，一般指城市交通主干道和主干層通過的區域。該路段是連接各運營商的重要辦公大樓和通訊樞紐。針對不同運營商需求。可選擇的路線有很多，管孔要求較低，對安全性要求最高。

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

支干管道：通信業與道路規劃部的定義，一般指城市交通主干道和主干層通過的區域。道路的這一部分是連接運營商站點的管道，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構，主干分支的數目可控制在總分支的60%左右。

一般管道：參考通訊運營商和道路規劃部的定義，指普通道路和城市交通引入層通行區域。管線施工的隨機性較大，像廣泛分布的毛細管一樣，是分支機構的二次延伸。

基于上述過程，分析了城市道路及區塊的功能，并結合各運營商業務發展的特點和方向，有效地預測各運營商的需求，反復疊加需要的管孔數，做出合理的物理層規劃。

4 地下管線數據結構設計

在系統軟件部分，主要對地下線網集約化動態管理系統軟件設計，實現數據的動態更新，和實現對地下線網的動態管理。

4.1 數據自動采樣

在系統軟件部分，對系統硬件傳輸過來的信號采集，并將其傳遞到控制主站。當控制主站接收到相關信號后分析信號，為進一步保證信號處理的精度，對其進一步處理，公式表示為：

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

基于上述計算，能夠獲得同步信號，并保證管網能量平衡，提高系統采樣的精度。

4.2 弱電管網智能控制數據

在此過程中，采集信號并轉化為智能弱電管網信號，按照Myspl_num4進行連接。當開啟時，另一個服務器接收相應的數據，并根據數據分類和存儲模式轉換控制信號。因為控制信號的數據和同步轉換是獨立的，需要通過LonWorks 技術建立通信協議，為數據傳輸控制提供支持。因為系統中數據字符的長度不同，包含的信息量很小，所以采用單通道通信的方式，通過發送控制數據，然后在接收端接收，實現數據通信。為保證數據在傳輸過程中不會發生參數變化，必須對其進行監測。當參數變化很大時，必須停止數據傳輸，檢查數據波動的原因，以保證數據傳輸的穩定性。

4.3 基于數據提取的更新技術

為獲取不斷變化的數據，利用其中更新技術，利用數據提取技術開發更新入庫管理模塊，設計歷史數據庫和現有數據庫，正確反映地下管線數據的現狀，確保管道數據的更新入庫。

數據動態更新能夠從當前數據庫中按照更新的范圍對管線數據提取，按照坐標范圍等索引條件保存歷史數據，避免數據出現重復存儲的情況。在數據管理員接收到外業數據請求后，提取管線資料，將資料提交給外交人員，對管線修補處理，并且將數據存儲到數據庫中，按照工程編號的形式存儲。方便在后續處理中對數據現狀與歷史數據對比分析，對沒有意義的數據刪除，對存在的問題及時解決。

其次，要對不同形式的網絡指標進行調度和轉換，設置網絡節點。根據傳輸地址確定節點的目標，結合不同指令的語義，保證網絡端口的良好通信。該系統采用自由傳輸方式，接收響應后，可以實現管網弱電管理系統的智能控制。

5 結語

綜上，完成基于弱電管網分析的城市地下線網集約化動態管理系統的設計，此次研究所設計的控制系統具有實際意義，對現代建筑弱電管網的智能控制有一定的幫助和指導作用。在后續研究中，為保證對現代城市弱電管網的安全穩定運行，應加大人員投入，進一步提高研究的綜合性，為其安全穩定運行提供系統的理論支撐。