基于弱电管网分析的城市地下线网集约化动态管理系统设计

江苏金卓能技术有限公司 陈 凯

在城市建设中，管线是其中重要的基础设施和命脉，在对城市规划与建设中，对地下管理非常重要。同时，城市化进程加快，越来越多的楼层建立起来，各个部门增加了对地下管线信息化的重视，并且一些城市建立起了地下管线管理系统。

目前地下管道信息系统的建设主要是考虑对管道设施的管理，没有考虑到对地下管道的管理是一个全过程的管理问题。所以，现有的管道系统大多被动地接收其它系统或单位提供的管道设计、维护等数据，不能实现管道的主动管理。要达到上述的整个生命周期和动态需求是困难的，不利于城市地下管线的信息化甚至智能化管理，为此设计一个基于弱电管网分析的城市地下线网集约化动态管理系统，期望改善目前存在的问题，为城市更好更快发展提供支持。

1 系统建设目标

城市地下线网集约化动态管理系统设计的目的是提高城市管理水平，发挥地下管线在城市规划与建设中的作用，更好更快的推动城市化建设[1]，本着高标准和高起点的原则，设计系统的建设目标：第一，对城市地下线网实时监控；第二，建设分层管理数据库；第三，建立管网信息更新机制，对信息进行动态管理。

整体应用系统是基于网络数据库，结合信息中心的要求，保证了数据库数据的一致性。本系统的开发遵循先进、高效、实用、稳定的原则。

系统的设计原则为：

完整性：井下管网管理系统是城市地下管线管理的综合性解决方案，主要负责数据管理、更新和利用。在实际工作中，系统应充分考虑功能的完整性，并满足系统在日常工作中需要的各种数据信息。

可靠性：由于地下管网系统在保护城市正常运行上起着非常重要的作用，而地下管线又需要可靠的信息系统，为此需要考虑系统的可靠性。

先进性：提高地下管网效果的重要因素是系统的先进性，为此将先进的科学技术应用到系统设计中。

安全性：地下线网系统建设过程中，其中包含较多重要的关键数据与需要保密的数据，为此需要对系统的安全性设计。

2 系统功能需求

对地下线集约管理能够保证整个系统的高效运行，在整个系统中占有非常重要的位置，为此需要对地下线集约管理[2]。设计思想是将系统内各个要素直观的反映给用户，为城市地理数据存储、检索与分析提供基础，保证对地下管线数据的综合管理。

3 系统运行环境及结构体系设计

3.1 系统运行及开发环境

系统开发工具包为Silverlight4SDKforVS2010中文，客户端API 为ArcGISAPIforSilverlight2.4。

3.2 结构体系设计

3.2.1 微型控制器设计

控制系统的核心硬件部分为微型控制器，利用两层板的两层模式优化单片机，并利用内置神经元芯片LonWorks 技术。通过该技术能够对网络中产生的信息综合处理与整合，并将MCU 为弱电管网提供驱动，连接控制信号，将控制信号转化为控制等效物，实现对官网的智能控制[3]。

3.2.2 显示器

显示器用来显示系统运行结果和单片机输出的弱网智能控制数据。文中所应用的监视器是MN26840-001，尺寸32英寸，共有24个频道，弱电管网的控制数据通过串行通信直接获得。

3.2.3 通信模块设计

在固定电话与消防专用电话共用时，应采用独立的通讯系统，固定通信模块如下所示：安装固定通讯系统，电话要与监控中心接通，信号要与市区通信网连通；电话通信点应设在综合走廊的人员进出或防火分区内。

在数据传输上，采用NB-IOT 作为物联网传输技术，该网络主要由智能终端、基站、核心网、数据转发平台等构成，其能够集中处理数据。

同时，在系统硬件设计中还将以太网应用到其中，主要为系统数据传输与管理提供基础，以实现数据的远程传输。为了扩大网络覆盖范围，采用双绞线网络与管网交换机进行连接，实时对信号控制与转换[4]。

3.2.4 GIS 可视化技术

GIS 技术为一种基于地理空间的地理信息技术，其能够通过地理分析模型对空间和动态数据分析与输出，适用于地下线网的动态管理系统中。

WebGL 是一个3D 绘图标准，允许Java 脚本与OpenGLES2相结合，将javascript 绑定添加到OpenGLES2。WebGL 还提供了3D 加速渲染功能，使得相关用户可以在浏览器中对相关内容进行显示，从而实现数据的可视化。

根据GIS 技术和WebGL 技术的特点，综合运用GIS 技术和WebGL 技术，生成覆盖城市建筑物、管网等的电子地图，将弱电管网管理资源与地理位置信息联系起来，使系统更直观。其中，GIS 技术能够实现地下线网三维可视化管理，提高线路分析以及其他日常操作的精准度和效率，还能够模拟光缆铺设、道路开挖模拟等。充分了解城市中弱电管网的整体使用情况，大大提高城市弱电管网建设的科学水平。

其中，系统中的地图浏览的过程中在该菜单下可实现的功能包括：缩放、缩放、全局缩放、前一视、后一视、全屏等，具体内容如下所示：

第一，放大。点着地图，拖出一个长方形，根据当前地图的长高比和长长比，将矩形放大到该矩形框的范围内。

第二，缩小。点着地图，拖出一个长方形，根据长方形的长度和当前地图的长度之比，将地图缩小至无法缩小。

第三，全局放大。单击此特性，将地图放大2倍，使其为等值放大。

第四，全局缩小。按一下这个特性，地图就会缩小2倍，并使其变小。

第五，前一视图。单击此功能后，范围、比例和位置将恢复到地图视图的最后一个状态。

第六，后一视图。当点击此功能时，范围、比例和定位将恢复到地图视图的下一个状态。

第七，平移。选择这个功能后，点入地图，拖动鼠标，地图将随鼠标移动，拖到地图最远边界后，漫游将自动停止。

第八，全屏。单击此功能，地图将在地图视图中显示为全图。

3.2.5 弱电管网物理层规划

城镇弱电管网物理层主要是收集城市总体规划、分区规划、城市地形图、城市道路规划、扩建道路规划、旧城改造规划、新开发区规划等信息。并且根据城市规划部对每条道路、每个街区的功能分类，结合各个运营商的场地条件和业务发展方向进行有效预测。

过境管道：按照通信运营商和道路规划部的定义，通常是指城市之间的主要交通线路和主干层通过的区域。这样的管段比较长，但是管孔的数目比较少，而且比较简单，重要性高，管理要求高，变动相对较小。

主干管道：通信业与道路规划部的定义，一般指城市交通主干道和主干层通过的区域。该路段是连接各运营商的重要办公大楼和通讯枢纽。针对不同运营商需求。可选择的路线有很多，管孔要求较低，对安全性要求最高。

次干管道：参照通信运营商和道路规划部门的定义，一般指城市交通次干道和次干道楼层通过的区域，这部分道路管道是连接各运营商分支机构的管道。与干线相比，其容量略有增加，安全要求较高。

支干管道：通信业与道路规划部的定义，一般指城市交通主干道和主干层通过的区域。道路的这一部分是连接运营商站点的管道，分布于散状，面积较大。管道容量比二级干线管道略有增加，通常它可以采用簇树结构，主干分支的数目可控制在总分支的60%左右。

一般管道：参考通讯运营商和道路规划部的定义，指普通道路和城市交通引入层通行区域。管线施工的随机性较大，像广泛分布的毛细管一样，是分支机构的二次延伸。

基于上述过程，分析了城市道路及区块的功能，并结合各运营商业务发展的特点和方向，有效地预测各运营商的需求，反复叠加需要的管孔数，做出合理的物理层规划。

4 地下管线数据结构设计

在系统软件部分，主要对地下线网集约化动态管理系统软件设计，实现数据的动态更新，和实现对地下线网的动态管理。

4.1 数据自动采样

在系统软件部分，对系统硬件传输过来的信号采集，并将其传递到控制主站。当控制主站接收到相关信号后分析信号，为进一步保证信号处理的精度，对其进一步处理，公式表示为：

公式（1）中，R 代表构建的目标函数，n 代表控制信号集，i 代表控制点位的数量，P 代表信号初级声压参数，PH为信号处理参数。

基于上述计算，能够获得同步信号，并保证管网能量平衡，提高系统采样的精度。

4.2 弱电管网智能控制数据

在此过程中，采集信号并转化为智能弱电管网信号，按照Myspl_num4进行连接。当开启时，另一个服务器接收相应的数据，并根据数据分类和存储模式转换控制信号。因为控制信号的数据和同步转换是独立的，需要通过LonWorks 技术建立通信协议，为数据传输控制提供支持。因为系统中数据字符的长度不同，包含的信息量很小，所以采用单通道通信的方式，通过发送控制数据，然后在接收端接收，实现数据通信。为保证数据在传输过程中不会发生参数变化，必须对其进行监测。当参数变化很大时，必须停止数据传输，检查数据波动的原因，以保证数据传输的稳定性。

4.3 基于数据提取的更新技术

为获取不断变化的数据，利用其中更新技术，利用数据提取技术开发更新入库管理模块，设计历史数据库和现有数据库，正确反映地下管线数据的现状，确保管道数据的更新入库。

数据动态更新能够从当前数据库中按照更新的范围对管线数据提取，按照坐标范围等索引条件保存历史数据，避免数据出现重复存储的情况。在数据管理员接收到外业数据请求后，提取管线资料，将资料提交给外交人员，对管线修补处理，并且将数据存储到数据库中，按照工程编号的形式存储。方便在后续处理中对数据现状与历史数据对比分析，对没有意义的数据删除，对存在的问题及时解决。

其次，要对不同形式的网络指标进行调度和转换，设置网络节点。根据传输地址确定节点的目标，结合不同指令的语义，保证网络端口的良好通信。该系统采用自由传输方式，接收响应后，可以实现管网弱电管理系统的智能控制。

5 结语

综上，完成基于弱电管网分析的城市地下线网集约化动态管理系统的设计，此次研究所设计的控制系统具有实际意义，对现代建筑弱电管网的智能控制有一定的帮助和指导作用。在后续研究中，为保证对现代城市弱电管网的安全稳定运行，应加大人员投入，进一步提高研究的综合性，为其安全稳定运行提供系统的理论支撑。