边缘计算发论文 浅谈边缘计算架构的智慧城市管廊综合监控方案设计及选型
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摘要：视频综合系统是整个智能管廊施工系统中非常关键的子系统。本文分析了智能管廊的施工现状，探讨了智能管廊的施工现状及其存在的问题。因此，基于边缘计算架构的管廊综合监控系统设计，阐述了管理需求、系统架构、存储数据、具体施工工艺及其实施要点、边缘计算的应用效果，*从规划管理系统、智能监控系统、应急处置系统三个方面分析智能管理平台的设计。
关键词：边缘计算；智能管廊；综合监控；系统；
0.引言
管廊领域的建设越来越受到重视，特别是在智慧城市建设的背景下，智慧管廊也应运而生。智能管廊的建设越来越受到设计组织、施工机构、硬件和软件开发商的广泛关注。我们所说的指挥管廊，其实是将传统传感器所涉及的各种技能有机地融入其中，包括智能、大数据、互联网、人工智能和物联网。管廊设施互联信息共享后，达到智能监控、运行、运行及其应急响应的目的。
通过智能管廊的作用，可以尽可能消除过去管廊可能存在的安全隐患，显著加强了管理和运维服务，提高了运行效率。可见，智能管廊是大势所趋。其中，视频监控系统被视为关键的子系统。除了传统视频的功能外，它还具有智慧的独特性。特别是采用智能视频研究计算方法后，可以实现管廊的一系列必要功能，如实时检测和跟踪异常情况、完成图像识别等，智能多功能视频监控系统是智能管廊的关键性能，也能高度保证智能管廊处于安全高效的运行状态。正是因为它具有与普通智能管廊综合系统不同的特点，智能管廊综合监控系统的设计与普通监控系统不同。本文基于边缘计算架构设计智能管廊综合监控系统。
1.智能管廊目前的施工情况及其存在的问题
1.1智能管廊目前的施工情况
*近年来，通过参与管廊建设的各主体，在连续工程项目正式实施后，根据智能区域建设、建筑自动化和工业智能的实践经验，逐步构建了一套相对完整的智能管廊方案。在许多不同的施工建议中，智能管廊的施工通常采用不同的系统，主要包括以下系统：环境和设备监督控制、安全预防、消防预警系统和管道监督控制系统。在基于子系统的基础上，构建智能管廊管理软件平台。现有的方案主要包括以下类别：
（1）中心管理层。主要设备包括工作站、视频录像机、数据服务器和Web服务器。服务器和工作站的架构通常是服务器/客户端（B/S）。此外，该层将监控环境和设备、视频、安全防范和火灾预警集中在服务器管理上，实现子系统的联动效果；
（2）网络层。通过光纤环网构建冗余、可靠性高的传输互联网；
（3）现场设备层。在综合管廊各监督控制分区，安排区域控制单元ACU（）该设施集成了具有编程功能的逻辑控制器设备，主要包括以下组件设备：工业级以太网交换机、PLC以下UPS，ACU通过PLC到达管廊内部环境，主要集中在具有监控功能的设备上。至于安全系数高、应急通信系统等，数据通过ACU内部集成的工业以太网交换机传输到上层系统，管廊各分区的ACU通过中央管理层与光纤环网介质各自的服务器连接。
1.2目前智能管廊建设中存在的问题
从目前的情况来看，智能管廊的建设已经在很多地区成功实施，在当地也得到了很好的反响。然而，在工程实践过程中，一些问题逐渐暴露出来，对管廊智能化建设的进一步发展产生了一定的障碍。因此，迫切需要寻求解决方案。这些问题可以归结为以下几点:
（1）管廊内的每个系统都相互独立运行，这也使得设备层无法实现数据的互联。综合管廊包括各种服务系统。通常，它们应该由不同的制造商开发，也应该是自己的。它们安装在设备层，由相应的主机控制，并独立运行。而且不能连接数据，也不能完成联动控制。联动控制和数据互联只能通过软件管理平台完成。这个过程是通过软件完成的，所以可靠性弱，响应速度慢，平台的工作量也会增加。如果平台设置在云中，那么这种现象就会更加复杂。所有的交互式信息和数据都必须通过云中转。如果云与实际设备的交互或频道，则必然会消耗云资源和网络带宽。一旦通信中断，就无法实现整体联动控制。
（2）智能管廊软件平台应为所有服务系统提供相应的驱动程序和连接器程序。在大型管理走廊的建设中，许多制造商都提供了子系统。在大多数情况下，平台的研发需要为企业采用独家协议和系统。在项目实践过程中，不同企业采用的协议规范、技术规定、研发语言、相应的接口模式不同，要求软件研发人员具有较高的技术内容。此外，研发周期长，工作量不小，研发后需要测试，软件平台必须经过长时间的迭代才能处于稳定状态。这种开发模式也造成了一个新的问题，即每个软件都高度定制，难以实现标准化和产品化的目标。
2.基于边缘计算架构的管廊综合监控系统设计
2.1管理需求分析
管廊内部有许多机电设施需要管理，包括通风系统的风扇、排水系统的水泵、电照明的灯具和配电设施。环境和设施的监督和控制主要涉及以下几点：
（1）风机控制和有害气体测试：管廊属于地下封闭环境，会产生部分有毒有害气体，此外，项目天然气管道也纳入管廊统一管理系统，也可能导致气体泄漏后果，危及管廊环境管理人员，因此必须设计和控制风机通风和排气等相关措施。
（2）积水水位测试及其水泵控制:集水井安装在管廊内。如果集水井的水位超过警戒值，打开水泵排水，避免水位上升造成事故。
（3）温湿度测试：确保管廊设施处于正常运行状态，工作人员有良好的工作环境。同时，对管廊温湿度的监督和测试是必不可少的。科学正常的温湿度环境是保证管廊设施正常运行的核心因素。
（4）掌握照明设备:掌握照明回路设备，满足管廊工作人员和维修人员的照明需求。
（5）提供电能设施的监督控制功能:为设备电能提供可控参数，有助于了解设施电能供应是否处于正常状态。此外，还应区分消防电源和非消防电源的有效性控制和管理。
2.2系统架构
基于边缘计算架构的智能管廊综合监控系统架构示意图1
在整个系统引入边缘设计理论后，管廊视频多功能监控系统结构的设计如下：每个边缘计算单元（ECU）单个小型化NVRRR匹配（），本标准设置的防火分区视频图像只能通过报警和联动制作的视频流上传到监控中心。ECU具有智能视频的研究功能，可以实现标准化防火分区视频的联动。根据边缘计算管廊视频监控系统的结构示意图如图1所示。
2.3存储数据
所有边缘计算单元，即ECU，都配备了小型NVR。通过这一标准，视频的存储和管理将进一步完成与防火区相对应的摄像头，并根据1个月的时间计算所需的存储空间：
0.62TB/台×16台=9.92TB
只有在报警和联动视频流出现后，才会根据所有视频流的四分之一存储到监控中心。10公里和3舱管廊仍以此为例进行分析。所需的存储空间计算如下：
0.62TB/台×25%×800台=124TB
此外，控制中心还显示了警报联动的图像和视频，可以根据实际情况减少电视墙和解码设施的数量。
2.4具体施工工艺及其实施要点
根据结构本身的特点，综合管廊的智能系统主要通过三个层次实施，其次是控制中心、网络通信层和传感层。传感层的主要工作内容如下：管道、桥梁施工、电缆敷设、传感器安置和设备间设施安置。
互联网通信层的核心工作项目包括：电缆敷设、通信设施安置和网络控制。其中，监控中心设备的安置和调试。整体施工过程如图2所示。
2.5边缘计算的运用效果
就管廊综合监控体系内引进边缘运算架构之后，能够达到如下的效果：
首先，由于体系本身凸显出高度的同步性和可靠性的优势，所以，将边缘计算相关的设备使用以后，全部报警式联动与AI计算方法都处于边缘计算的单元（ECU）之中所应达到的目标范围之内，不单单可以确保其同步性，且能够达到区域性独立的效果。边缘运算单元中的摄像机视频流都于本地区范围内达到一定的储存效果，即便互联网通讯处于断掉的状态，亦能够单独地展开储存的工作。等到网络功能恢复后，可以在网络断开时上传到控制中心，进而将相关信息进行有效的储存及监视，从而在较大的程度上减少了互联网的负载压力，确保了体系的稳定性，从而更加有助于视频综合体系的迅速辨识及其响应，进而更有助于实现移动式报警等一系列的大数据研究功能。
其次，就节省投资之际，加强了体系的稳定性与科学性。根据相关的数据资料作为例子分析可知，假设控制中心处所匹配的DS-A71规格的储存设备数量为1台。采用视频监控系统配置，根据管廊的边缘计算结构，存储设备一定要较一般视频监督控制体系方案的造价要低约30%，同时，储存结构也会更加地科学合理。
2.6智能化管理平台
2.6.1规划和管理体系
主要涉及到：建构项目工程管理、档案管理、规划和管理以及年度规划与周报管理等部分，达到智慧管廊的综合式规划目的，同时实现工程项目档案管理、项目工程信息、审批以及竣工验收等多项功能。
2.6.2智能化监控体系
对于入廊之后的提供水源、燃气、电力、中水以及通信等多种管线情况展开同步的监督测试，包括温度、压力以及流量等多项运作的指标，同时涉及到阀室和阀井等一系列关键性设施的远程化掌控。采纳和SCADA体系相一致的集成化处理方式，基于BIM与GIS的三维工具进行模型的建构，从而监督测试并控制管廊内的前端设施，包含管廊的内环境和设施的监督控制、安/消防监督控制、廊体构造的监督控制与入廊的管线监督控制等。通过把各个监控分体系的集成化处理，能够针对管廊的日常性运作、维护与管理展开可视化的呈现与联动式掌控的流程。具体可参见下图7所示。
3、-UT综合管廊能效管理平台
3.1平台概述
-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
3.2平台组成
安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。
3.3平台拓扑
3.4平台子系统
3.4.1电力监控
电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。
3.4.2环境监测
环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。
3.4.3电气安全
-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。
3.4相关平台部署硬件选型清单
4.结语
本论文首先挖掘出智慧管廊目前的建造情况及其存在的问题，在此基础上，基于边缘计算架构的管廊综合监控系统展开设计。分析管理需求，阐述系统的构架，分析储存的数据，分析具体施工的工艺及其执行的要点，分析边缘计算的运用效果，*后，系统化地分析智能化管理平台的构建，从而可以替管廊的视频监督控制体系奠定全新的发展路向，进而使得智慧管廊的综合监控系统发展拥有更为广阔的发展空间。
参考文献
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[2]徐 东.黄海艇，刘典勇，张婧，郭超军.基于边缘计算架构的智慧管廊综合监控系统设计.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05
