一、建設背景與核心訴求

隧道運營安全管理的難點，不在于“有沒有傳感器”，而在于三類問題長期并存：

一是感知碎片化。 結構類監測（振動、傾角、位移、沉降）與環境類監測（有害氣體、積水）往往由不同廠商、不同批次設備組成，協議、數據格式、上報頻率不統一，形成一個個數據孤島。

二是數據不可視。 大量監測數據沉淀在各自的后臺或本地記錄中，缺少統一的可視化入口，管理人員難以在一張圖上同時看到結構狀態、環境狀態和機電設備狀態。

三是預警與處置脫節。 監測系統發現異常后，往往只能“告警”，不能直接聯動風機、照明、水泵等設備，仍需人工到現場或登錄多個系統操作，應急響應鏈條長。

為此，某隧道運營管理單位擬建設一套隧道安全監測可視化管理系統，實現對隧道結構、環境、積水及機電設備狀態的多參數實時采集、遠程傳輸、可視化展示與智能預警，提升隧道運營安全管理水平。對此，數之能提供以工業物聯網平臺為核心的高效可靠解決方案。

二、監測對象與接入需求

經過調研，隧道現場需要納入統一監測與管理的對象，可分為三類：

結構安全類： 加速度監測儀、傾角振動監測儀、GNSS監測一體機，主要輸出結構振動、傾角、位移、沉降等數據，通信接口為RS485，協議為Modbus RTU。

運營環境類： 氣體監測儀（氧氣、硫化氫等）、地理式積水監測儀，同樣采用RS485+Modbus RTU，用于反映隧道內空氣質量和積水風險。

機電設備類： 風機、照明、水泵等，由西門子PLC控制，具備以太網口，采用S7協議，既要采集設備開關狀態與運行參數，也要支持遠程控制。

三、系統架構

1. 現場感知層

在隧道襯砌關鍵斷面、拱頂、邊墻等部位布設結構與環境監測儀器；在隧道中段機房部署PLC控制的機電設備。傳感器以RS485總線方式接入，PLC通過以太網接入。

2. 邊緣匯聚與協議轉換層

現場部署數據采集網關，作為隧道數據匯聚與邊緣處理節點，負責把現場多協議、多類型的數據統一成平臺可識別的標準化數據。本項目選用4G上網+MQTT協議。

3. 工業物聯網平臺層

網關通過MQTT協議將數據上報至數之能工業物聯網平臺。平臺完成數據解析、可視化展示、告警管理、設備控制并提供API數據接口，為各個部門人員提供遠程監控與管理控制的渠道。

四、系統實現功能

1、平臺提供隧道安全監測可視化大屏，將結構位移、形變、振動、有害氣體濃度、積水狀況和機電設備狀態集中呈現。管理人員不需要在多個系統之間切換，通過手機和電腦，即可掌握隧道整體運行態勢。

2. 平臺將采集數據存入MySQL數據庫，自動生成實時曲線、歷史曲線和日報/周報/月報。通過長期數據積累，可以輔助判斷結構變形趨勢、環境變化規律和設備運行狀態，為運維巡檢計劃提供依據。

3. 針對結構變形超限、有害氣體超標、設備離線、積水報警等情況，平臺支持設定告警策略，并通過微信、短信、郵件等方式推送至相關負責人。同時告警產生、推送、確認、處置、恢復全過程留痕，形成閉環管理。

4. 當有害氣體濃度超標或出現積水時，可按預設規則遠程控制風機、照明、水泵等機電設備，實現隧道運營環境的精準調節，減少人工干預，提高應急響應速度。

5. 提供信息化的運維管理機制，實現巡檢、維護、搶修等任務的規范化錄入與精細化管理，便于了解運維情況與工作質量，進而指導相關工作科學開展，展示完整可追溯。

6. 平臺提供標準API接口，可將監測數據推送至上級交通監管平臺或省級隧道監測聯網系統，支持區域隧道群數字化運營管理與應急聯動協作。