基于物联网的长大公路隧道消防管网监测平台设计与实现

·计算机技术及应用·文章编号：１００９６８２５（２０１９）０７０２５７０２基于物联网的长大公路隧道消防管网监测平台设计与实现收稿日期：２０１８１２２１作者简介：杨晓珂（１９８４），男，工程师杨晓珂１张伟２杨博文３（１．陕西省交通建设集团公司秦岭终南山公路隧道分公司，陕西西安７１０１０５；２．西安西晖仪器仪表有限公司，陕西西安７１００７５；３．西北大学，陕西西安７１００６９）摘要：以秦岭终南山公路隧道水消防系统管网运行监测为研究对象，基于物联网技术的应用提出了一种长大公路隧道消防管网监测平台的设计架构，实现了监测平台对隧道水消防系统管网终端点位压力和流量的实时监测及异常自动报警功能。关键词：交通工程，公路隧道，消防管网，物联网中图分类号：ＴＰ３１９文献标识码：Ａ随着山区高速公路建设的发展以及通车里程的增加，长隧道及特长隧道数量不断增多，长大隧道的安全管理已受到越来越多的社会关注。减少公路隧道火灾带来的损害程度，一方面要在隧道运营中加强火灾的监控和监测，以做到提早发现、及时处置，另一方面要充分保障隧道现有消防应急设施的完好，对于长大公路隧道一般设置有消火栓灭火系统，消火栓按照规范应每５０ｍ设置一处，尤其是特长公路隧道消防管网距离长、消火栓终端数量多，运营管理难度大。一旦发生消防管道爆管、消火栓漏水情况，排查往往需要大量时间，导致隧道消防高位水池水位快速下降，水量无法达到应满足的火灾延续时间，给隧道安全运营火灾处置造成了一定安全隐患。物联网的高智能程度、可扩展性、资源共享的特点，尤其适用于长大公路隧道消防设施管道距离长、终端数量大、维护监管难的特点。目前，我国许多城市都已开展了城市建筑的智慧消防物联网建设，并取得了良好的应用效果，本文以秦岭终南山公路隧道消防管网运营实际为例，对如何设计和实现基于物联网的长大公路隧道消防管网监测平台予以介绍。１需求分析秦岭终南山公路隧道双向四车道，单洞长度１８．０２ｋｍ，双洞全长３６．０４ｋｍ，设有监控中心１处、高位水池１处，消火栓箱每５０ｍ设置一处，共７７９个，隧道消防水系统与隧道同步建成投入使用，现已运营１２年，消防管道距离长、消火栓数量多，难免有消火栓或支管漏水情况且不易及时发现。该物联网监测平台应能实现远程实时监测隧道消防管道压力和流量运行变化，一旦消防支管或消火栓漏水，其相应位置的支管管道水压和流量将发生变化，当变化超过一定阈值时，监测平台自动提示报警信息和对应设备位置，使监控值机人员能够及时掌握漏水点信息，尽快安排维修处置，最终实现人机互助、精准采集、全程测控的物联网监控模式。２监测平台设计２．１总体设计为实现隧道管道流量、压力等数据的远程实时监测，首先应对消防支管安装智能传感器进行数据采集，利用通信技术和物联网云平台进行数据传输、分析及存储，通过互联网Ｗｅｂ页面显示管网数据、提示报警信息。隧道消防管网监测平台采用物联网四层架构体系，即采集层、传输层、数据服务层和应用层。采集层通过各种智能传感器检测隧道水消防管网的相关运行参数（压力、流量等），并将采集数据通过无线自组网技术或移动通信网络技术发送至数据层；传输层通过不同的通信方式和协议（ＺｉｇＢｅｅ，有线，４Ｇ，ＧＰＲＳ）实现数据的上传与下载；数据服务层对传输层发送的数据进行存储、管理以及分析，为应用层调用提供支持服务；应用层是平台与用户的交互层，根据用户需求调用数据层数据开发不同的应用平台功能，最终以Ｗｅｂ端、ＡＰＰ端形式展现（见图１）。���������������������������������������������������������������������������������２．２采集层设计传统消防管道监测采用单一的压力测量方式，只能测量管道或终端瞬间漏水压力变化，在传感器安装时加入流量测量仪表可在压力未明显变化时检测到持续性漏水，达到监测双重保证。隧道消火栓为ＤＮ６５双出口，内嵌于洞壁内侧消防箱内，间距狭窄无法在消火栓处直接安装传感器，消火栓至消防主管道之间的一段消防支管（约０．７ｍ）位于隧道检修道下方，通过在消防支管上安装流量和压力传感器，可以实时检测消防支管至消火栓之间管道的流量和压力，根据流量和压力变化，可确定具体漏水点位。２．３传输层设计对于已运营公路隧道，传感器数据传输全部采用有线连接需进行长距离线路敷设，设计成本较高，一般采用数据无线传输。本平台设计考虑到监测系统的独立性、布线成本、易集成等因素，采用移动ＧＰＲＳ方案进行数据传输。传感器采集到的传感数据，把相关数据发送到中继器进行分类整理后根据数据的优先级别发送到ＤＴＵ，ＤＴＵ利用移动无线网络ＧＰＲＳ把数据上传到云端服务器，中继器实现数据安全，需保证每条数据上传下载的可靠稳定，当数据无法上传下载时需要保存当前数据。２．４数据服务层设计数据服务