關(guān)鍵詞：城市地下綜合管廊；綜合監(jiān)控；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌画h(huán)網(wǎng)

0引言

為了進(jìn)一步推進(jìn)城市現(xiàn)代化，促進(jìn)城市可持續(xù)性發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展城市地下綜合管廊建設(shè)［1］。自2015年全國(guó)開(kāi)展管廊建設(shè)試點(diǎn)以來(lái)，相繼有廈門、包頭、蘇州等城市逐步開(kāi)始建設(shè)管廊［2］。綜合管廊工程是一種現(xiàn)代化、集約式、可持續(xù)性的城市地下控件基礎(chǔ)設(shè)施［3］。為了保證管廊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，管廊工程設(shè)立有專門的控制、通風(fēng)、消防、通信以及安防等系統(tǒng)［4］。而由于管廊的特殊地理要求以及復(fù)雜的子系統(tǒng)［5］，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)了特殊的需求，研究其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦砸彩鞘直匾摹１疚尼槍?duì)管廊的附屬監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)展開(kāi)了分析與討論，希望為后續(xù)管廊的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供一定的參考和借鑒。

1管廊的特性

我國(guó)的管廊建設(shè)和信息化建設(shè)起步較晚，但隨著國(guó)家政策和規(guī)范的推動(dòng)，發(fā)展十分迅速。管廊的整體趨勢(shì)也由以試驗(yàn)性、示范性的小型道路管廊向整體性、規(guī)模化的區(qū)域性、城市型管廊發(fā)展。在逐步發(fā)展過(guò)程中，管廊整體呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：（1）復(fù)雜性，管廊的附屬系統(tǒng)包含有多個(gè)子系統(tǒng)，且每個(gè)子系統(tǒng)又包含多種不同功能設(shè)備。整個(gè)管廊系統(tǒng)所包含的組成元素隨管廊規(guī)模呈爆發(fā)性增長(zhǎng)。（2）動(dòng)態(tài)性，管廊的所有子系統(tǒng)在功能和使用上相互獨(dú)立，但各子系統(tǒng)又存在動(dòng)態(tài)的相互關(guān)聯(lián)。（3）集中管控。由于管廊的環(huán)境特點(diǎn)（長(zhǎng)期無(wú)人職守環(huán)境），管廊在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般設(shè)立總控制中心或者在部分地段設(shè)有分控中心將管廊的監(jiān)控、視頻等數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)一步進(jìn)行管理。（4）依地而建。管廊的設(shè)計(jì)初衷是為了緩解城市建設(shè)過(guò)程中頻繁的挖掘道路，管廊基本根據(jù)城市的道路規(guī)劃開(kāi)展，管廊整體呈現(xiàn)聚集態(tài)。

2常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵附尤刖W(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備的物理布局或邏輯布局。有效地分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌軌驇椭覀兛焖俚亟鉀Q網(wǎng)絡(luò)連接故障和提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。以管廊接入設(shè)備為例，常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：（1）星型結(jié)構(gòu)，控制中心作為中心節(jié)點(diǎn)，各工作站及設(shè)備以星型方式連接成網(wǎng)。（2）環(huán)型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，首尾相連成一閉合環(huán)，如圖1所示。（3）總線型結(jié)構(gòu)，各工作站、設(shè)備以及控制中心均掛接在一條總線上，各設(shè)備地位平等，如圖2所示。（4）樹(shù)型結(jié)構(gòu)，由總線型拓?fù)溲葑兌鴣?lái)，由分級(jí)集中控制構(gòu)成。（5）網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)設(shè)備均有點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接。

3管廊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?/p>

由于實(shí)際應(yīng)用中單一類型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)應(yīng)用環(huán)境存在諸多限制，而管廊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屬于中大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此單一類型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠緹o(wú)法滿足管廊的復(fù)雜應(yīng)用需求。目前，管廊系統(tǒng)使用基于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)為主干的混合型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較多。

3．1單環(huán)單層型架構(gòu)

如圖3所示，管廊的主體拓?fù)錇閱苇h(huán)單層型。各分區(qū)設(shè)備就近接入本分區(qū)交換機(jī)，分區(qū)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)呈星型網(wǎng)絡(luò)；分區(qū)交換機(jī)根據(jù)物理位置交替相連，最終首尾連接構(gòu)成環(huán)網(wǎng)；控制中心兩臺(tái)交換機(jī)進(jìn)入環(huán)網(wǎng)兩側(cè)。由于環(huán)網(wǎng)自帶冗余特性，其網(wǎng)絡(luò)安全性要高于總線型結(jié)構(gòu)。而控制中心兩臺(tái)交換機(jī)接入環(huán)網(wǎng)，當(dāng)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障或者控制中心單臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障，由于接入交換機(jī)的設(shè)備熱備性，進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)安全性，保障了管廊的整體網(wǎng)絡(luò)性能。由于所有設(shè)備的信息均由單一環(huán)網(wǎng)匯入控制中心各類管理服務(wù)器，當(dāng)系統(tǒng)接入設(shè)備較多時(shí)，最終控制中心接入帶寬要求非常高。同時(shí)，單一環(huán)網(wǎng)的可擴(kuò)展性較差，在未來(lái)管廊進(jìn)一步擴(kuò)容時(shí)，新增管廊系統(tǒng)無(wú)法不停機(jī)接入原有環(huán)網(wǎng)。因此，單環(huán)單層型網(wǎng)絡(luò)的接入容量在建設(shè)時(shí)的容量存在一定限制。單環(huán)型網(wǎng)絡(luò)多適用于小型管廊系統(tǒng)，例如試驗(yàn)性管廊或者管廊分段施工、分段使用的情形；也適用于直線型管廊或者地形不規(guī)則的管廊。

3．2單環(huán)多層型架構(gòu)

如圖4所示，管廊的主體拓?fù)錇閱苇h(huán)多層型。單環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)針對(duì)單環(huán)單層型網(wǎng)絡(luò)容量不足的缺點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)管廊地理特征，增加上層網(wǎng)絡(luò)匯聚層，在一定程度上減輕了控制中心的網(wǎng)絡(luò)壓力。管廊各道路按照網(wǎng)絡(luò)容量和設(shè)備數(shù)量，組成底層環(huán)型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由于主要用于接入各類設(shè)備，又簡(jiǎn)稱為接入層。道路層設(shè)有一臺(tái)匯聚交換機(jī)，匯聚交換機(jī)相比于一般的分區(qū)交換機(jī)，它具有額外的鏈路接入接口，與其他路匯聚交換機(jī)以及控制中心核心交換機(jī)組成上層環(huán)網(wǎng)。由于該環(huán)網(wǎng)匯聚所有管廊數(shù)據(jù)，又簡(jiǎn)稱為匯聚層。相比于單環(huán)單層網(wǎng)絡(luò)，單環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備容量大大提升。且各道路環(huán)網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，即使在控制中心網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓的極限情況下，道路環(huán)網(wǎng)仍可以獨(dú)立工作一段時(shí)間。同時(shí)通過(guò)在道路環(huán)網(wǎng)中增設(shè)NVR存儲(chǔ)服務(wù)器、工作站等控制或管理設(shè)備，將各類設(shè)備的數(shù)據(jù)信息就近存入道路管理層的存儲(chǔ)層，徹底將數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隔離，做到分布式存儲(chǔ)云端管理功能，提升整體穩(wěn)定性。但單環(huán)多層型架構(gòu)的便捷性也受到制約。理論上，幾乎所有的管廊均可使用該網(wǎng)絡(luò)模型。但在實(shí)際應(yīng)用中，管廊封閉成環(huán)或者近似成環(huán)的情況下最適合該種模型，因?yàn)榇嬖谳^多分叉的管廊在構(gòu)建匯聚環(huán)網(wǎng)時(shí)，需要添加大量的網(wǎng)絡(luò)中繼站，大大增加實(shí)施成本。同時(shí)由于匯聚層設(shè)備除控制中心外，均承擔(dān)了較大的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)任務(wù)，且一旦匯聚層交換機(jī)出現(xiàn)故障，將影響整條道路的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，維護(hù)難度較大。由于單環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在部署和物理形態(tài)與環(huán)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路較為符合，單環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)屬于目前在管廊系統(tǒng)中應(yīng)用較多的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

3．3多環(huán)多層型架構(gòu)

在管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，管廊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一般傳輸著較復(fù)雜的多種數(shù)據(jù)。某些數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作控制緊密相關(guān)，如環(huán)境控制系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)、排水泵的啟停，其對(duì)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性有較高的要求，幾乎不允許數(shù)據(jù)的延遲和丟失，通常這些數(shù)據(jù)占用帶寬較小；同時(shí)管廊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一些其他數(shù)據(jù)，如現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控媒體流或門禁業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，其對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求并不苛刻，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)帶寬的占用量較大。因此，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的需求特點(diǎn)，可以進(jìn)一步對(duì)管廊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行區(qū)分規(guī)劃。如圖5所示，多環(huán)多層型架構(gòu)即在單環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將環(huán)境控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，以保證環(huán)境控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳以及控制命令及時(shí)下發(fā)。多環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)防止了在突發(fā)情況下視頻等數(shù)據(jù)大規(guī)模爆發(fā)引起的網(wǎng)絡(luò)鏈路堵塞，最大程度上保證了決策命令的下發(fā)，維護(hù)管廊的本體安全。多環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最為主要的缺點(diǎn)在于實(shí)施成本較為高昂，尤其管廊的總體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的情況下，線纜成本幾乎成倍增長(zhǎng)。同時(shí)由于環(huán)境控制系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，幾乎所有聯(lián)動(dòng)操作均需要經(jīng)由控制中心協(xié)同控制，聯(lián)動(dòng)指令略微有所延遲。多環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)適用于對(duì)環(huán)境控制系統(tǒng)要求十分苛刻的管廊系統(tǒng)。當(dāng)然，隨著諸如像自動(dòng)巡檢機(jī)器人等新型技術(shù)加入，新型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需求快速增長(zhǎng)的情況下，多環(huán)多層型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也在逐步體現(xiàn)。

4拓?fù)浔容^

在綜合分析管廊特性和各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦曰A(chǔ)上，管廊各類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦员容^。

5結(jié)論

城鎮(zhèn)地下綜合管廊屬于近些年新興起的事物。本文通過(guò)對(duì)管廊自身特點(diǎn)以及各類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诠芾葢?yīng)用進(jìn)行比較，認(rèn)為以環(huán)網(wǎng)架構(gòu)為主體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為適合當(dāng)前管廊系統(tǒng)。而除已經(jīng)運(yùn)行的示范段外，所有第一批示范性大型管廊均處于施工階段，具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如何以及后續(xù)試運(yùn)行階段網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性如何均是需要待檢驗(yàn)的。管廊后期運(yùn)行面臨的諸如外部公共網(wǎng)絡(luò)接入、公安消防市政信息上傳以及管線數(shù)據(jù)上報(bào)等問(wèn)題也對(duì)管廊網(wǎng)絡(luò)部署提出全新的要求。同時(shí)新型技術(shù)與現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)合使用，也為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了截然不同的解決思路。如何選擇合適的管廊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也將成為工程人員需要慎重對(duì)待的問(wèn)題。

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作者：丁煒 單位：中冶南方（武漢）自動(dòng)化有限公司