一、建設(shè)背景與核心訴求

隧道運(yùn)營(yíng)安全管理的難點(diǎn)，不在于“有沒有傳感器”，而在于三類問題長(zhǎng)期并存：

一是感知碎片化。 結(jié)構(gòu)類監(jiān)測(cè)（振動(dòng)、傾角、位移、沉降）與環(huán)境類監(jiān)測(cè)（有害氣體、積水）往往由不同廠商、不同批次設(shè)備組成，協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、上報(bào)頻率不統(tǒng)一，形成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)孤島。

二是數(shù)據(jù)不可視。 大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沉淀在各自的后臺(tái)或本地記錄中，缺少統(tǒng)一的可視化入口，管理人員難以在一張圖上同時(shí)看到結(jié)構(gòu)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和機(jī)電設(shè)備狀態(tài)。

三是預(yù)警與處置脫節(jié)。 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常后，往往只能“告警”，不能直接聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)、照明、水泵等設(shè)備，仍需人工到現(xiàn)場(chǎng)或登錄多個(gè)系統(tǒng)操作，應(yīng)急響應(yīng)鏈條長(zhǎng)。

為此，某隧道運(yùn)營(yíng)管理單位擬建設(shè)一套隧道安全監(jiān)測(cè)可視化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)、環(huán)境、積水及機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的多參數(shù)實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、可視化展示與智能預(yù)警，提升隧道運(yùn)營(yíng)安全管理水平。對(duì)此，數(shù)之能提供以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為核心的高效可靠解決方案。

二、監(jiān)測(cè)對(duì)象與接入需求

經(jīng)過調(diào)研，隧道現(xiàn)場(chǎng)需要納入統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與管理的對(duì)象，可分為三類：

結(jié)構(gòu)安全類： 加速度監(jiān)測(cè)儀、傾角振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀、GNSS監(jiān)測(cè)一體機(jī)，主要輸出結(jié)構(gòu)振動(dòng)、傾角、位移、沉降等數(shù)據(jù)，通信接口為RS485，協(xié)議為Modbus RTU。

運(yùn)營(yíng)環(huán)境類： 氣體監(jiān)測(cè)儀（氧氣、硫化氫等）、地理式積水監(jiān)測(cè)儀，同樣采用RS485+Modbus RTU，用于反映隧道內(nèi)空氣質(zhì)量和積水風(fēng)險(xiǎn)。

機(jī)電設(shè)備類： 風(fēng)機(jī)、照明、水泵等，由西門子PLC控制，具備以太網(wǎng)口，采用S7協(xié)議，既要采集設(shè)備開關(guān)狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)，也要支持遠(yuǎn)程控制。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

1. 現(xiàn)場(chǎng)感知層

在隧道襯砌關(guān)鍵斷面、拱頂、邊墻等部位布設(shè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器；在隧道中段機(jī)房部署PLC控制的機(jī)電設(shè)備。傳感器以RS485總線方式接入，PLC通過以太網(wǎng)接入。

2. 邊緣匯聚與協(xié)議轉(zhuǎn)換層

現(xiàn)場(chǎng)部署數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，作為隧道數(shù)據(jù)匯聚與邊緣處理節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)多協(xié)議、多類型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一成平臺(tái)可識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目選用4G上網(wǎng)+MQTT協(xié)議。

3. 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層

網(wǎng)關(guān)通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)上報(bào)至數(shù)之能工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。平臺(tái)完成數(shù)據(jù)解析、可視化展示、告警管理、設(shè)備控制并提供API數(shù)據(jù)接口，為各個(gè)部門人員提供遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理控制的渠道。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

1、平臺(tái)提供隧道安全監(jiān)測(cè)可視化大屏，將結(jié)構(gòu)位移、形變、振動(dòng)、有害氣體濃度、積水狀況和機(jī)電設(shè)備狀態(tài)集中呈現(xiàn)。管理人員不需要在多個(gè)系統(tǒng)之間切換，通過手機(jī)和電腦，即可掌握隧道整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)。

2. 平臺(tái)將采集數(shù)據(jù)存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和日?qǐng)?bào)/周報(bào)/月報(bào)。通過長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累，可以輔助判斷結(jié)構(gòu)變形趨勢(shì)、環(huán)境變化規(guī)律和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)維巡檢計(jì)劃提供依據(jù)。

3. 針對(duì)結(jié)構(gòu)變形超限、有害氣體超標(biāo)、設(shè)備離線、積水報(bào)警等情況，平臺(tái)支持設(shè)定告警策略，并通過微信、短信、郵件等方式推送至相關(guān)負(fù)責(zé)人。同時(shí)告警產(chǎn)生、推送、確認(rèn)、處置、恢復(fù)全過程留痕，形成閉環(huán)管理。

4. 當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)或出現(xiàn)積水時(shí)，可按預(yù)設(shè)規(guī)則遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)、照明、水泵等機(jī)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，減少人工干預(yù)，提高應(yīng)急響應(yīng)速度。

5. 提供信息化的運(yùn)維管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)巡檢、維護(hù)、搶修等任務(wù)的規(guī)范化錄入與精細(xì)化管理，便于了解運(yùn)維情況與工作質(zhì)量，進(jìn)而指導(dǎo)相關(guān)工作科學(xué)開展，展示完整可追溯。

6. 平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)API接口，可將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推送至上級(jí)交通監(jiān)管平臺(tái)或省級(jí)隧道監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，支持區(qū)域隧道群數(shù)字化運(yùn)營(yíng)管理與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)協(xié)作。