基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用-第1篇

1、 基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 徐偉 沙萬(wàn)里 封立林摘 要：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是保障工廠健康運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，本文對(duì)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行研究應(yīng)用。本文從感知層布設(shè)、網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置、應(yīng)用層設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用進(jìn)行論述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使管與控相結(jié)合，建立起智能化、便利化的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。Key：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng);地下管網(wǎng);系統(tǒng)應(yīng)用1 引言隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域也在跟隨時(shí)代發(fā)生驚人的變革，數(shù)字化工廠的建設(shè)需求越來(lái)越迫切。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，建立涵蓋工廠規(guī)劃與設(shè)計(jì)、工廠運(yùn)行與運(yùn)營(yíng)管

2、理的數(shù)字化系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。信息化管理讓地下管網(wǎng)的科學(xué)管理變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將給地下管管的信息化管理插上一對(duì)有力的翅膀，產(chǎn)生更大的飛躍。基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是一種針對(duì)地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理及應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用三維GIS可視化平臺(tái)，對(duì)各種管線(xiàn)及管井運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)與巡檢及各管線(xiàn)單位既有應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合，建立安全隱患預(yù)警系統(tǒng)和安全應(yīng)急管理系統(tǒng)。2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)“IOT Tech”，是通過(guò)射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器，溫度、壓力、流量、震動(dòng)、位移采集器，紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將“物”或研究目標(biāo)與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交

3、換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，通過(guò)各種無(wú)線(xiàn)和（或）有線(xiàn)的長(zhǎng)距離和（或）短距離通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、調(diào)度指揮、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程維保、在線(xiàn)升級(jí)等管理和服務(wù)功能。3 基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，首先要建立起比較合理的應(yīng)用模型架構(gòu)（如圖3-1），然后再細(xì)化設(shè)計(jì)和布設(shè)各個(gè)環(huán)節(jié)和流程。針對(duì)工廠管網(wǎng)信息化管理，重點(diǎn)是根據(jù)實(shí)際要求，有針對(duì)性地或者個(gè)性化地合理設(shè)計(jì)“感知層”和“應(yīng)用層”：3.1感知層布設(shè)要想把基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)納入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，首先要把基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)

4、的監(jiān)測(cè)、管控對(duì)象變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)的“物”，使其能夠與物聯(lián)網(wǎng)建立連接和對(duì)話(huà)（數(shù)據(jù)通信）。通過(guò)加入各種傳感器把普通的“物”升級(jí)為物聯(lián)網(wǎng)中的“物”。因此，關(guān)鍵是如何恰當(dāng)?shù)夭荚O(shè)傳感器，完成對(duì)被監(jiān)控管線(xiàn)的布局走向、定時(shí)（實(shí)時(shí)）狀態(tài)信息的采集。各種管線(xiàn)監(jiān)控的傳感層布設(shè)原理架構(gòu)基木類(lèi)似，區(qū)別是：不同的管線(xiàn)需要關(guān)注和監(jiān)測(cè)的信息不一樣，根據(jù)不同的需求布設(shè)相應(yīng)的傳感器（采集設(shè)備）。布設(shè)位置要合理，還要結(jié)合在實(shí)際使用中測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)值，理論聯(lián)系實(shí)際地設(shè)定監(jiān)測(cè)報(bào)警限值;有些參數(shù)要通過(guò)定期檢定，并結(jié)合流向、流量等因素來(lái)判斷其狀態(tài)是否完好。在管線(xiàn)的不同位置合理布設(shè)這些設(shè)備，并對(duì)它們統(tǒng)一編號(hào)（可識(shí)別的唯一網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)）。如果布設(shè)的是智

5、能采集設(shè)備，它可能自帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和傳輸功能，可以直接聯(lián)網(wǎng);如果布設(shè)的是簡(jiǎn)單的傳感器，就需要配備專(zhuān)門(mén)的智能模塊或者把信號(hào)接人數(shù)據(jù)采集終端統(tǒng)一處理，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和傳輸，連接到互聯(lián)網(wǎng)，從而建立起管線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。3.2網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置處于“感知層”和“應(yīng)用層”之間的是“網(wǎng)絡(luò)層”，作為“監(jiān)控目標(biāo)”與“監(jiān)控中心”（或“監(jiān)控者”）之間的通路，主要完成通路兩端之間的數(shù)據(jù)傳輸。目前，數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要是把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式和收發(fā)、傳輸流程設(shè)計(jì)成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的模式，并嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，就可以成功接人幾種通用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。針對(duì)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)，也是如此。網(wǎng)絡(luò)層的近距離數(shù)據(jù)傳輸主要是指數(shù)據(jù)采集

6、終端（“感知層”）的數(shù)據(jù)發(fā)送，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信方式將采集到的信息發(fā)送到標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)層的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸主要以廣泛覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)設(shè)施，是物聯(lián)網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、產(chǎn)業(yè)化能力最強(qiáng)、最成熟的部分。運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使信息可以按照設(shè)計(jì)要求遠(yuǎn)距離傳輸，并順利到達(dá)指定的應(yīng)用系統(tǒng)中。我國(guó)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)主要有4G、WLAN、LTE、GPRS。網(wǎng)絡(luò)層的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取⒐?、正確率、保密性、抗干擾性等由網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自身的性能來(lái)保障，并受限于其在當(dāng)今社會(huì)的技術(shù)發(fā)展水平。3.3應(yīng)用層設(shè)計(jì)“感知層”是管網(wǎng)信息化監(jiān)控管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)，不僅要“管”，更要“控”;

7、不能僅僅滿(mǎn)足于GIS地理信息系統(tǒng)和資源網(wǎng)的被動(dòng)查詢(xún)方式，而是要把管理功能體現(xiàn)為主動(dòng)（自動(dòng)）的“查”、“管”、“控”、“維”、“升”等方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)所關(guān)注的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)（定時(shí)）查詢(xún)、在線(xiàn)控制、在線(xiàn)維護(hù)、在線(xiàn)升級(jí)等功能，和對(duì)一些管網(wǎng)故障和災(zāi)情進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警等功能。并不是所有管線(xiàn)的所有信息都可以非常恰當(dāng)?shù)夭荚O(shè)相應(yīng)的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)，要考慮監(jiān)測(cè)的需求、監(jiān)測(cè)的必要性和監(jiān)測(cè)成本，以及客觀的物質(zhì)條件和技術(shù)條件。要充分利用管線(xiàn)中原有的設(shè)備，比如，調(diào)壓器、流量計(jì)、控制閥等。在應(yīng)用實(shí)踐中，不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)水平，不斷地改進(jìn)和完善，使感知層布設(shè)、應(yīng)用層設(shè)計(jì)，以及整個(gè)智能化監(jiān)控系統(tǒng)的完善逐漸達(dá)到比較理想的狀態(tài)。總結(jié)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)是保障工廠健康運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，可是，目前我國(guó)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)地下管網(wǎng)系統(tǒng)工作存在很大缺陷，必須盡快對(duì)它進(jìn)行科學(xué)、有效的管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以讓地下管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的飛躍，管與控相結(jié)合，建立起智能化、便利化的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。但是新技術(shù)的應(yīng)用要以成本和效率優(yōu)先，以客觀條件和現(xiàn)實(shí)需要為出發(fā)點(diǎn)，不能只是噱頭。Reference1 劉經(jīng)緯.管網(wǎng)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)J