隧道工程智能监测及信息管理系统的研究现状与展望

2023-01-12王艺

建筑与装饰 2022年10期

王艺

北京奥科瑞检测技术开发有限公司北京 102488

引言

随着城市的不断发展，城市隧道也成为城市交通布局过程中十分关键的一环。作为城市地下空间十分关键的呈现方式之一，城市隧道也是城市地下空间的“动脉”所在。相较于普通的城市道路设计而言，由于城市隧道在建设过程中，其地理位置的特殊性，以及在隧道工程建设过程中，其所处的地层介质以及周边环境的复杂性，往往会导致在城市隧道的建设施工过程中，需要有更多方面的因素考量。所以在隧道工程建设的过程中，往往会有很多需要解决的问题。所以在隧道工程的开展上，要求必须强化隧道监测和信息管理系统的针对性研发，通过系统作用的发挥，尽可能确保强化隧道工程的监测工作，充分借助信息系统进行隧道管理，确保隧道能够始终保持安全、出色运行。同时，科学强化隧道监测以及强化隧道信息管理系统的建设，也能够尽可能提升隧道的运营能力，促使日常在隧道工程管理上，能够有更为出色的突发事故应对能力。

1 隧道工程智能监测以及信息管理系统解读

在进行隧道工程智能监测以及信息管理系统的相关观点解读前，我们首先要对隧道工程智能监测以及信息管理系统有全面、深入的了解。

1.1 隧道工程智能监测和信息管理系统的现状

当前，随着隧道工程项目的增多，隧道工程智能监测和信息管理系统也应运而生。当前无论是国内还是国外，都有大量公司对隧道工程智能监测和信息管理系统进行研发。这些系统在应用上，一般采取的是分层分布式网络结构，通过这种结构规划实现对传统集中以及集散式控制方式的替代。从国内来看，由于我国隧道规模的不断拓展，也提升了对隧道工程智能监测以及信息管理系统的需求。目前，我国在隧道工程监测和信息管理系统的研发上，也开始步入到多隧道集群监控发展方向。在隧道监测设备的研发上，最早是通过人工手动方式进行控制。但是随着技术的升级，信息管理系统也开始被引入到隧道工程管理上，实现对隧道的智能监测管理和信息系统管理。基于此，也促使我国在隧道工程智能监测工作开展方面取得突出的成绩[1]。

即便如此，我国在隧道智能监测和信息管理系统的研发上，依然还有较多的问题。例如，当前在系统研发的过程中，相应技术研发依然不够完善，在系统使用过程中无论使用成本还是维护成本都相对较高。由于这些因素的存在，也对系统的顺畅、高效使用带来了负面、消极影响。为此在进行隧道工程智能监测和信息管理系统的研发上，依然需要进行深入的研发探讨。提升我国在隧道智能监测以及信息管理系统的技术研发水平，才能充分契合当前飞速发展的交通监控现状。

1.2 我国隧道智能监测和信息管理系统的整体架构设置和布局

随着技术的不断升级，我国在隧道工程智能监测以及信息管理系统的研发上，其核心的架构包括：

一是PLC控制设备。这也是隧道工程智能监测以及信息管理系统的核心所在。在隧道智能监测工作的践行上，其需要通过PLC来实现相应设备的控制，现场的总线通信基于CAN实现。

二是信号的传输。在进行隧道工程智能监测的实现上，通过现场监测设备的监测作用发挥，获取到现场的图像，随后在图像传输上，需要借助相应的通信设备实现。为确保信号传输的准确、高效，一般采取的是光纤通信。

三是网络建设。为确保隧道工程智能监测以及信息管理系统的顺畅工作，需要有相应的网络支撑。在实现上，一般是借助交换机进行局域网的构建，实现不同设备的连接，以实时获取到设备监测数据。

四是工作站以及服务器。在整个智能监测系统的构建上，工作站和服务器十分关键。通过工作站能够写入和读取监测数据，服务器负责进行所有数据的存储操作。

2 隧道工程智能监测以及信息管理系统的应用实践分析

在具体实践的过程中，重视隧道工程智能监测以及信息管理系统的应用，对保障隧道工程项目的顺畅运营有积极帮助。在具体研究开展上，筛选当前某城市的一条城市公路隧道来进行隧道工程智能监测以及信息管理系统的设计。该系统中包含中央控制系统、闭路电视系统、紧急电话系统、通风控制系统、水泵控制系统、防雷接地系统等。

2.1 中央控制系统

中央控制系统在日常工作开展上，核心是进行隧道监测数据的收集和记录、分析，并对隧道内不同监控摄像头获取的监测数据进行实时分析和解读。通过借助中央控制系统的作用发挥，还能够发现隧道在交通运行过程中出现的情况，针对报警以及事件记录进行针对性的管理。考虑到隧道工程项目为24小时不间歇通车，所以在中央控制系统的工作实现上，也设定为24小时无间断工作。

在中央控制系统的设计上，其包含了双中心服务器（含磁盘阵列）、服务器、视频事件检测服务器、电力监控服务器、图形计算机、工作站、交换机等。为确保系统始终能够保持顺畅、稳定工作，还专门进行了后备服务器的配置。一旦主服务器出现故障，无法工作，后备服务器自动切入，确保系统24小时顺畅、无间歇工作诉求的实现[2]。

2.2 子系统设计

在进行隧道工程智能监测以及信息管理系统规划过程中，除了中央控制系统，还包括较多的子系统，主要如下。

2.2.1 闭路电视系统。在闭路电视系统设计上，其可以满足隧道中24小时无死角、无间歇监控的需求。通过该系统的作用发挥，平常可以进行隧道交通情况的监测，一旦有紧急事件发生，则可以通过该系统进行相应紧急应对活动的监控。

在该系统的设计上，包含了日常监测系统以及事故监测系统共计两部分。日常监测系统的作用在于满足日常隧道通行监控需求。事故监测系统主要是针对事故情况下隧道通行情况进行针对性的监测。

2.2.2 紧急电话系统。为确保隧道在日常运行过程中，紧急情况下可以在第一时间进行信息的沟通，在进行隧道工程智能监测以及信息管理系统设计上，还专门进行了紧急电话系统的规划。在有突发情况发生时，通过该系统可以确保第一时间和相关部门进行沟通，满足应急需求。

2.2.3 环境监测系统。考虑到隧道工程的特点，对于隧道内环境的监测也是隧道智能监测系统研发过程中一个重要的关注点。通过环境监测系统的设计，能够做到对隧道环境的全面监测，了解隧道内通风情况，一氧化碳浓度等。一旦发现隧道环境监测结果超标，则立即报警，提醒相关人员重视对隧道环境的关注，采取积极措施进行隧道环境问题的改善。

2.2.4 交通控制系统。对于隧道工程而言，在进行隧道工程智能监测以及信息管理系统的设计上，交通控制系统也是其中一个关键的构成部分。进行隧道工程智能监测以及信息管理系统设计的本质目的在于通过对隧道内部通行情况的全面监测和分析，了解隧道通行效率，并针对隧道通行过程中可能出现的交通问题作出提前的预警。通过交通控制系统的设计，能够促使相应管理人员直接通过系统监测结果了解隧道通行情况，并在突发情况下，作出科学的交通通行控制决策，充分保障隧道通行安全。

2.2.5 通风控制系统。在隧道工程智能监测以及信息管理系统设计上，通风系统也是其中一个十分关键的构成部分。通过通风系统的作用发挥，能够对隧道内的通风情况有清晰的了解，明确隧道内风机的工作情况，并对隧道风机的正常启停进行管理和控制。由于隧道本身是一个半密闭空间，若是隧道中有较高的水汽情况下，会导致能见度下降。若是隧道中有较高的CO浓度，则可能会对通行者的生命安全造成威胁。所以通过通风控制系统的搭载，能够促使在隧道运行过程中，通过隧道工程智能监测以及信息管理系统作用发挥，实现对隧道通风情况的实时监测，最大化保障隧道的通行安全[3]。

3 隧道工程智能监测以及信息管理系统的实现方法

在隧道工程智能监测以及信息管理系统的具体实现上，包含系统集成、自动控制以及灾害预警等方面的作用。

3.1 系统集成

在整个隧道工程智能监测以及信息管理系统的设计上，要想真正保证隧道能够实现正常、安全的运行，则需要确保隧道工程智能监测以及信息管理系统中的照明、环境监测等相关系统的正常运行。在进行系统集成规划上，需要结合隧道工程情况出发，科学合理的规划和布局，最大化实现相应资源的利用。过去传统的隧道工程监测系统是在不同工作站进行不同系统的搭载，以满足隧道监测需求。但是这种设计耗费了大量的资源，而且在进行隧道监测工作开展上，也会有相对较高的实现难度。通过系统集成，在尽量减少设备使用数量的同时，提升隧道监测工作的综合品质和效益。

在进行具体的系统集成实现上，采取的解决方案是：各类监测设备将监测数据存储到PLC相应的寄存器上，组态王的变量值和PLC寄存器上的参数一一对应，数据中心通过数据转化，可以将数据存储到数据库中。数据分析模块根据存储的数据库可以形成报表和趋势图，实现对数据的管理。通过界面，可以查看各种传感器的工作状态和可控设备的运行情况，并可进行相应的控制。控制指令以XML形式传给解析器，解析为组态王可识别执行的命令，对设备进行操控。

3.2 自动控制

对于隧道工程智能监测以及信息管理系统的设计而言，其最大的目的就是通过系统作用的发挥，实现对隧道工程的智能化监测和自动控制。管理者仅仅需要坐在计算机前，通过操作相应的界面，进行相应系统的控制，就能够完成对应预案的选择和执行。

自动控制是隧道工程智能监测以及信息管理系统最大的优势。其可以通过智能化的方式实现系统工作方式的控制，确保在隧道工程监测工作开展上，取得突出的成绩和效益。

3.3 灾害预警

相较于传统地面交通来说，隧道内外光差较大且内部可见度也不足，这也致使隧道成为交通事故高发的地段之一，一旦发生交通事故导致隧道内车量激增，发生火灾时，因为空间有限，空气流动性差，有毒气体无法及时排出，就会发生无法弥补的损失。所以，通过隧道工程智能监测以及信息管理系统的运用，可以做到对灾害、事故的预防和科学预警。在具体实现上，常用的方法有阈值比较法，该方法简单易行，缺点是抗干扰性较差，误报警率较高，还需利用神经网络算法、遗传算法加以配合，从而更好地对灾害进行智能预警[4]。