基于工業物聯網地下管網系統的研究與應用

徐偉 沙萬里 封立林

摘? 要：工業物聯網地下管網系統是保障工廠健康運行和可持續發展的重要基礎設施，本文對基于工業物聯網地下管網系統進行研究應用。本文從感知層布設、網絡層設置、應用層設計三個方面對基于工業物聯網地下管網系統的研究與應用進行論述，物聯網技術使管與控相結合，建立起智能化、便利化的遠程監控管理系統。

關鍵詞：工業物聯網;地下管網;系統應用

1 引言

隨著人工智能、大數據、云計算、物聯網、虛擬現實/增強現實/混合現實等新技術的發展，工業領域也在跟隨時代發生驚人的變革，數字化工廠的建設需求越來越迫切。在工業生產領域，建立涵蓋工廠規劃與設計、工廠運行與運營管理的數字化系統是必然趨勢。信息化管理讓地下管網的科學管理變為現實，而物聯網技術必將給地下管管的信息化管理插上一對有力的翅膀，產生更大的飛躍。基于工業物聯網地下管網系統是一種針對地下管網監測管理及應急指揮業務應用需求，應用物聯網技術，使用三維GIS可視化平臺，對各種管線及管井運行狀態及環境情況進行實時監測，通過與巡檢及各管線單位既有應用系統相結合，建立安全隱患預警系統和安全應急管理系統。

2 物聯網技術

物聯網技術簡稱“IOT Tech”，是通過射頻識別、全球定位系統、激光掃描器，溫度、壓力、流量、震動、位移采集器，紅外感應器等信息傳感設備，按約定的協議，將“物”或研究目標與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。物聯網技術的核心和基礎仍然是“互聯網技術”，通過各種無線和（或）有線的長距離和（或）短距離通訊網絡，實現互聯互通、實時在線監測、調度指揮、報警聯動、遠程控制、遠程維保、在線升級等管理和服務功能。

3 基于工業物聯網地下管網系統的應用

物聯網技術的應用實踐，首先要建立起比較合理的應用模型架構（如圖3-1），然后再細化設計和布設各個環節和流程。針對工廠管網信息化管理，重點是根據實際要求，有針對性地或者個性化地合理設計“感知層”和“應用層”：

3.1感知層布設

要想把基于工業物聯網地下管網系統納入物聯網平臺，首先要把基于工業物聯網地下管網系統的監測、管控對象變為物聯網的“物”，使其能夠與物聯網建立連接和對話（數據通信）。通過加入各種傳感器把普通的“物”升級為物聯網中的“物”。因此，關鍵是如何恰當地布設傳感器，完成對被監控管線的布局走向、定時（實時）狀態信息的采集。各種管線監控的傳感層布設原理架構基木類似，區別是：不同的管線需要關注和監測的信息不一樣，根據不同的需求布設相應的傳感器（采集設備）。布設位置要合理，還要結合在實際使用中測量的經驗值，理論聯系實際地設定監測報警限值;有些參數要通過定期檢定，并結合流向、流量等因素來判斷其狀態是否完好。在管線的不同位置合理布設這些設備，并對它們統一編號（可識別的唯一網絡ID號）。如果布設的是智能采集設備，它可能自帶數據轉化和傳輸功能，可以直接聯網;如果布設的是簡單的傳感器，就需要配備專門的智能模塊或者把信號接人數據采集終端統一處理，完成數據轉化和傳輸，連接到互聯網，從而建立起管線監測系統。

3.2網絡層設置

處于“感知層”和“應用層”之間的是“網絡層”，作為“監控目標”與“監控中心”（或“監控者”）之間的通路，主要完成通路兩端之間的數據傳輸。目前，數據的傳輸技術已經比較成熟，主要是把要傳輸的數據格式和收發、傳輸流程設計成行業標準化的模式，并嚴格遵守標準通訊協議，就可以成功接人幾種通用的網絡平臺進行數據傳輸。針對基于工業物聯網地下管網系統，也是如此。

網絡層的近距離數據傳輸主要是指數據采集終端（“感知層”）的數據發送，通過有線或無線通信方式將采集到的信息發送到標準的網絡平臺。網絡層的遠距離數據傳輸主要以廣泛覆蓋的移動通信網絡作為基礎設施，是物聯網中標準化程度最高、產業化能力最強、最成熟的部分。運用通信網絡技術使信息可以按照設計要求遠距離傳輸，并順利到達指定的應用系統中。我國無線通信網絡主要有4G、WLAN、LTE、GPRS。網絡層的遠距離數據傳輸的速度、功耗、正確率、保密性、抗干擾性等由網絡平臺自身的性能來保障，并受限于其在當今社會的技術發展水平。

3.3應用層設計

“感知層”是管網信息化監控管理系統的基礎，融入物聯網技術的基于工業物聯網地下管網系統系統，不僅要“管”，更要“控”;不能僅僅滿足于GIS地理信息系統和資源網的被動查詢方式，而是要把管理功能體現為主動（自動）的“查”、“管”、“控”、“維”、“升”等方面，實現對所關注的基于工業物聯網地下管網系統對象進行在線監測、實時（定時）查詢、在線控制、在線維護、在線升級等功能，和對一些管網故障和災情進行預警、報警等功能。并不是所有管線的所有信息都可以非常恰當地布設相應的傳感器來監測，要考慮監測的需求、監測的必要性和監測成本，以及客觀的物質條件和技術條件。要充分利用管線中原有的設備，比如，調壓器、流量計、控制閥等。在應用實踐中，不斷地積累經驗，提高技術水平，不斷地改進和完善，使感知層布設、應用層設計，以及整個智能化監控系統的完善逐漸達到比較理想的狀態。

總結

工業物聯網地下管網系統是保障工廠健康運行和可持續發展的重要基礎設施，可是，目前我國基于工業物聯網地下管網系統工作存在很大缺陷，必須盡快對它進行科學、有效的管理。物聯網技術可以讓地下管網系統產生更大的飛躍，管與控相結合，建立起智能化、便利化的遠程監控管理系統。但是新技術的應用要以成本和效率優先，以客觀條件和現實需要為出發點，不能只是噱頭。

參考文獻

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