張合沛， 陳 饋

(盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 鄭州 450001)

0 引言

在國家基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的大背景下，公路、鐵路、城市軌道交通等建設(shè)正如火如荼開展。根據(jù)《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[1]及《2021—2027年中國城市交通行業(yè)市場(chǎng)全景分析及發(fā)展趨勢(shì)研究報(bào)告》[2]顯示，截至2020年底，我國建成運(yùn)營高速鐵路隧道3 631座，總長(zhǎng)達(dá)6 000 km。隨著國家隧道建設(shè)的不斷推進(jìn)，隧道施工管理的目標(biāo)、方式等勢(shì)必更加精細(xì)和高效。

近幾年來，在隧道工程裝備安全運(yùn)行保障等信息化建設(shè)方面已經(jīng)取得一些新進(jìn)展。為解決隧道通車后照明、通風(fēng)、消防等設(shè)備的健康維護(hù)及高效管理問題，劉攀等[3]結(jié)合高速公路隧道“建、管、養(yǎng)”發(fā)展趨勢(shì)及管理方式轉(zhuǎn)變的要求,提出依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建設(shè)隧道機(jī)電設(shè)備綜合管控平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)隧道機(jī)電設(shè)備安全管控、健康監(jiān)測(cè)與預(yù)警、養(yǎng)護(hù)管理等功能。為科學(xué)監(jiān)測(cè)、診斷盾構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，駱駿德等[4]通過加裝壓電式加速度傳感器對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集,并通過信號(hào)分析軟件對(duì)采集通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析。在隧道質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面，黃富禹等[5]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其采用全站儀、水準(zhǔn)儀等外設(shè)設(shè)備+檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)分析。楊肖寧[6]對(duì)已投入運(yùn)營的快速路燈光、通風(fēng)及交通標(biāo)志等隧道機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造進(jìn)行系統(tǒng)分析,針對(duì)目前隧道智能運(yùn)營管理手段缺失及智能化水平偏低的問題提出解決方案。為實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)分布式盾構(gòu)的工作狀態(tài)，黃惠群等[7]提出基于OPC統(tǒng)一架構(gòu)技術(shù)的解決方案來實(shí)現(xiàn)不同品牌、不同類型盾構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，通過Internet傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并進(jìn)行Web網(wǎng)頁的可視化展示，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)分布式盾構(gòu)的監(jiān)測(cè)。在隧道機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，郭鎮(zhèn)江等[8]提出基于RFID及ZigBee技術(shù)的隧道機(jī)電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但僅對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)思路進(jìn)行了定性概述，未詳細(xì)闡明設(shè)備物聯(lián)、運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)問題。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在隧道施工建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在盾構(gòu)掘進(jìn)、施工環(huán)境監(jiān)測(cè)、工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)及隧道運(yùn)營后機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)等方面，針對(duì)施工機(jī)電裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)問題研究較少，且偏于理論研究[9]。究其原因，一方面與行業(yè)間技術(shù)遷移進(jìn)程有關(guān)(目前工業(yè)制造、家居等領(lǐng)域發(fā)展較成熟)； 另一方面，與隧道施工機(jī)電設(shè)備種類多、型號(hào)多、數(shù)據(jù)類型多樣復(fù)雜及設(shè)備物聯(lián)難度大有關(guān)。另外，隧道及地下工程施工領(lǐng)域機(jī)電設(shè)備種類多樣，布設(shè)范圍廣，作業(yè)模式及工況各異，日常維保、應(yīng)急處置、資源協(xié)同、安全監(jiān)管、健康預(yù)防等均依賴于人工,開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道施工群組裝備大數(shù)據(jù)管理勢(shì)在必行。鑒于此，本文進(jìn)行了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道施工群組裝備多源異構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。

目前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集方法主要有傳感器物聯(lián)和流數(shù)據(jù)物聯(lián)2種，2者均具有可擴(kuò)展性。傳感器物聯(lián)方案在實(shí)際實(shí)施中需要保持傳感器同構(gòu)，且傳感設(shè)備的資源和匹配能力有限； 另外，多傳感系統(tǒng)也很難做到時(shí)間同步，不利于復(fù)雜協(xié)議部署[10]。因此，對(duì)于復(fù)雜、封閉、安全要求高的系統(tǒng)其應(yīng)用具有較大局限性。流數(shù)據(jù)物聯(lián)通過設(shè)備端通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)感知，此方法中數(shù)據(jù)須首先完成協(xié)議解析，然后按照規(guī)定的格式進(jìn)行整理并上傳。在流數(shù)據(jù)物聯(lián)方案中，往往需要增加數(shù)據(jù)適配層為系統(tǒng)提供統(tǒng)一接口。實(shí)現(xiàn)設(shè)備流數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)有2種路徑： 1)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備控制器進(jìn)行適度改造，使其具備物聯(lián)能力； 2)開發(fā)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集模塊，通過設(shè)備既有的通信接口(串口、以太網(wǎng)口等)獲取(讀取)運(yùn)行數(shù)據(jù)[11-12]。從實(shí)際情況來看，通過隧道施工群組裝備(控制器)改造來實(shí)現(xiàn)物聯(lián)的方法幾乎難以實(shí)現(xiàn)，而通過增加1層系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元?jiǎng)t更合理。

1 隧道施工群組設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)總體方案

隧道掘進(jìn)工程以項(xiàng)目為單位進(jìn)行施工管理，施工場(chǎng)地具有明確的區(qū)域和空間范圍。以地鐵施工項(xiàng)目為例，施工工區(qū)分為地面工區(qū)和地下工區(qū)，地面工區(qū)配置有足夠的土地空間，四周有柵欄隔離，內(nèi)部有序分布著各功能區(qū)，如生活區(qū)、倉儲(chǔ)區(qū)、建材加工區(qū)、辦公室等； 地下工區(qū)主要是隧道掘進(jìn)區(qū)。隧道內(nèi)工程裝備主要有隧道機(jī)車、盾構(gòu)等，盾構(gòu)作業(yè)范圍與施工進(jìn)度有關(guān)，從幾百m到幾十km不等。盾構(gòu)通過專用光纜與地面進(jìn)行通信(光纜線盤部署在拖車平臺(tái)，伴隨著盾構(gòu)的前進(jìn)而自主拖放光纜)； 隧道機(jī)車來往于洞口與盾構(gòu)之間，承擔(dān)著施工建材、人員、掘進(jìn)渣料的運(yùn)輸?？紤]到盾構(gòu)、隧道機(jī)車的作業(yè)工況和信息化建設(shè)現(xiàn)狀，本著經(jīng)濟(jì)、合理、便捷、高效的原則，盾構(gòu)作業(yè)機(jī)器參數(shù)傳輸借用現(xiàn)有光纜進(jìn)行通信，隧道運(yùn)輸機(jī)車的運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取采用“實(shí)時(shí)采集+本地存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)+洞口自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)上傳”的解決思路，其中，本地?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析及應(yīng)用主要為機(jī)車司機(jī)提供基本駕駛參考。

結(jié)合隧道及地下工程領(lǐng)域?qū)嶋H施工情況，面向隧道施工裝備的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體解決方案設(shè)計(jì)如圖1所示。方案由5個(gè)關(guān)鍵部分組成，分別為設(shè)備數(shù)據(jù)采集層、局域組網(wǎng)通信層、邊緣終端數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層、公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸層和大數(shù)據(jù)中心管理層[13-14]。

1)設(shè)備數(shù)據(jù)采集層。通過Modbus、CANopen等現(xiàn)場(chǎng)總線采集施工群組裝備實(shí)時(shí)、連續(xù)的工作狀態(tài)，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合采集終端的解析、抓取，并整合成特定格式的數(shù)據(jù)幀，通過局域無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給邊緣終端。

2)局域組網(wǎng)通信層?；赪IFI、LoRa、電臺(tái)等無線通信技術(shù)，在項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)部署無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備，各采集單元通過局域無線網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸。

3)邊緣終端數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層。通過高性能邊緣終端接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，開展本地?cái)?shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)等工作。邊緣處理及應(yīng)用子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)本工程項(xiàng)目部的設(shè)備管理目標(biāo)。

4)公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸層。本地?cái)?shù)據(jù)通過地面上的3G/4G/5G無線通信網(wǎng)關(guān)(或光纜)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心。為保證數(shù)據(jù)安全，需采取必要的網(wǎng)絡(luò)安全防控措施，如數(shù)據(jù)加密、VPN通道傳輸?shù)?。無線傳輸和有線傳輸互為冗余，支持優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)選擇設(shè)置。

5)大數(shù)據(jù)中心管理層。主要開展數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用相關(guān)工作。中心管理層可在多工程、多設(shè)備數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，為資源調(diào)度、施工支持、管理決策等提供一攬子信息方案支撐。

本文主要圍繞設(shè)備數(shù)據(jù)采集層和局域組網(wǎng)通信層如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1 隧道施工群組裝備數(shù)據(jù)采集技術(shù)方案

施工現(xiàn)場(chǎng)群組裝備主要通過變頻器、單片機(jī)、PLC等實(shí)現(xiàn)施工設(shè)備的運(yùn)行控制，另外一些零星設(shè)備未使用電腦板操控，因此，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的獲取優(yōu)先通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)接口(如COM端口、CAN端口等)來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)融合采集終端以指定的頻率通過通信協(xié)議，從終端設(shè)備(變頻器、PLC等)獲取需要的狀態(tài)信息?？紤]到數(shù)據(jù)融合采集終端的應(yīng)用場(chǎng)景不同，需要在軟、硬件配置上做兼容設(shè)計(jì)，并在實(shí)際工程應(yīng)用中做系列化設(shè)計(jì)。多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的差異化主要體現(xiàn)在設(shè)備所屬控制器的硬件接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)產(chǎn)生頻次以及電流、電壓的不同(經(jīng)調(diào)研，隧道施工相關(guān)設(shè)備均為國內(nèi)外一線品牌，通信接口均采用國際標(biāo)準(zhǔn)，同一廠家同類設(shè)備其通信協(xié)議保持一致)。本文對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制模式、控制器品牌、物理接口、通信協(xié)議等做了系統(tǒng)梳理，如圖2所示。在圖2的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集終端對(duì)多類型、多廠家設(shè)備的技術(shù)協(xié)議進(jìn)行了集成化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)設(shè)備的物理連接、協(xié)議解析等能力。

圖2 異構(gòu)裝備物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案

2.2 數(shù)據(jù)融合采集終端設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)融合采集終端通過串口、網(wǎng)口等采集龍門吊、泥水分離系統(tǒng)、隧道電瓶機(jī)車等裝備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)，通過傳輸協(xié)議TCP/IP傳輸給群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端，采用DTU技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向穩(wěn)定傳輸。圖3為串口型數(shù)據(jù)融合采集終端技術(shù)架構(gòu)。在“一對(duì)多”(指COM端口采集終端同時(shí)連接1個(gè)以上變頻器)的場(chǎng)景下，需要保證主芯片對(duì)外的多通道通信能力，單通道芯片在實(shí)際應(yīng)用中雖然可以通過外圍電路實(shí)現(xiàn)多串口擴(kuò)展，但面對(duì)多控制器的多數(shù)據(jù)包同步接收時(shí)就會(huì)出現(xiàn)擁堵、排隊(duì)問題，高時(shí)效性的數(shù)據(jù)采集就無法得到保障。另外，擴(kuò)展而來的采集端口亦無法對(duì)多設(shè)備(變頻器)進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定，缺乏了數(shù)據(jù)與設(shè)備檢定映射關(guān)系，最后的數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用也無從談起。

圖3 串口型數(shù)據(jù)融合采集終端技術(shù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)融合采集終端外設(shè)多通道RS485接口，具備多設(shè)備數(shù)據(jù)同時(shí)采集的能力，單采集終端可同時(shí)對(duì)外連接多個(gè)設(shè)備，連接的數(shù)量與數(shù)據(jù)采集芯片的性能相關(guān)。對(duì)于時(shí)效性不強(qiáng)且設(shè)備端支持?jǐn)?shù)據(jù)自定義的場(chǎng)景，仍然可以采用單通道+外圍擴(kuò)展接口的方式處理，以提升實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。

異構(gòu)多源數(shù)據(jù)采集過程中面臨的一個(gè)重要問題是“設(shè)備-數(shù)據(jù)-采集終端”的身份信息關(guān)聯(lián)識(shí)別。理想的做法是設(shè)備端、采集端均進(jìn)行名稱或ID號(hào)標(biāo)定，操作時(shí)則不需要再費(fèi)時(shí)費(fèi)力地進(jìn)行一對(duì)一配置。但實(shí)際上，由于外部設(shè)備各種條件的限制，在設(shè)備端完成名稱標(biāo)定很難實(shí)現(xiàn)。本文的做法是： 系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)部署完成后，對(duì)數(shù)據(jù)融合采集終端的對(duì)外數(shù)據(jù)接口進(jìn)行編號(hào)，此編號(hào)等同于設(shè)備編號(hào)。如此，也較好解決了“設(shè)備-運(yùn)行數(shù)據(jù)”的可靠關(guān)聯(lián)難題。

在數(shù)據(jù)通信關(guān)系方面，主要通過適配模式來解決異構(gòu)連接問題，適配模式的技術(shù)核心工作為“數(shù)據(jù)融合采集終端-設(shè)備”和“數(shù)據(jù)融合采集終端-服務(wù)器”。前者完成通信協(xié)議的數(shù)據(jù)偵聽、解析、數(shù)據(jù)篩選和抓??；后者完成數(shù)據(jù)封裝、數(shù)據(jù)緩存及本地存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示。

數(shù)據(jù)融合采集終端以指定的頻率通過Modbus、CANopen等通信協(xié)議，從終端設(shè)備(變頻器、PLC)獲取所需要的狀態(tài)等信息，數(shù)據(jù)融合采集終端從獲取到的狀態(tài)信息中解析出指定的狀態(tài)參數(shù)，并組合成數(shù)據(jù)幀(包括起始幀、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、校驗(yàn)碼等)，數(shù)據(jù)融合采集終端以客戶端模式把數(shù)據(jù)包發(fā)送給邊緣終端，數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。

1)第0，1字節(jié)為幀起始，固定為2字節(jié)的0x55，0x55；

2)第2，3 字節(jié)為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(包含所有字節(jié))；

3)第4字節(jié)為站號(hào)；

4)第5字節(jié)為設(shè)備號(hào)(單項(xiàng)目所連設(shè)備數(shù)遠(yuǎn)小于255，故設(shè)計(jì)為1個(gè)字節(jié))；

5)xx表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)(依據(jù)應(yīng)用條件定義字節(jié)數(shù)量)；

6)xxxx表示數(shù)據(jù)幀最后2個(gè)字節(jié)，為校驗(yàn)值，即單個(gè)數(shù)據(jù)幀前邊所有的字節(jié)計(jì)算出的CRC值。

圖4 數(shù)據(jù)采集流程

表1 數(shù)據(jù)幀格式

數(shù)據(jù)幀的格式需要充分考慮其通用性、兼容性，一旦確定下來，則需要形成標(biāo)準(zhǔn)，否則后續(xù)變更導(dǎo)致的數(shù)據(jù)格式多樣會(huì)給數(shù)據(jù)應(yīng)用帶來諸多難題。

2.3 局域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)肩負(fù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的收發(fā)，完成數(shù)據(jù)到邊緣計(jì)算主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通信工作。網(wǎng)關(guān)兼容WIFI、LoRa、藍(lán)牙等多種數(shù)據(jù)類型的協(xié)調(diào)器，將數(shù)據(jù)融合采集終端收集來的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)利用TCP/IP協(xié)議封裝的異構(gòu)數(shù)據(jù)上傳至群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端。通信網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖5所示。

數(shù)據(jù)融合采集終端以客戶端模式連接現(xiàn)場(chǎng)無線網(wǎng)關(guān)(基站)，信息匯總橋接邊緣終端，群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端自主向所轄數(shù)據(jù)融合采集終端發(fā)布廣播信息或向指定設(shè)備發(fā)布參數(shù)和控制命令，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)初始配置完成，后續(xù)若無設(shè)備資產(chǎn)異動(dòng)，數(shù)據(jù)融合采集終端與群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端之間可實(shí)現(xiàn)自定義區(qū)域組網(wǎng)通信[15]。TCP/IP通信組網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)和基于TCP/IP通信協(xié)議的區(qū)域組網(wǎng)拓?fù)鋱D分別如圖6和圖7所示。

圖5 通信網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)

圖6 TCP/IP通信組網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

圖7 基于TCP/IP通信協(xié)議的區(qū)域組網(wǎng)拓?fù)鋱D

終端設(shè)備通信組網(wǎng)方式采用TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行，系統(tǒng)由邊緣終端、集成通信模塊的數(shù)據(jù)融合采集終端和無線基站等組成。數(shù)據(jù)融合采集終端通訊分類兼容OPC協(xié)議、CANopen及Modbus協(xié)議等，數(shù)據(jù)融合采集終端通過串口、網(wǎng)口等采集龍門吊、泥水分離系統(tǒng)、隧道機(jī)車等裝備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)；同時(shí)，經(jīng)兼容性算法設(shè)計(jì)的各數(shù)據(jù)融合采集終端與無線基站之間進(jìn)行系統(tǒng)上電無間隔自適應(yīng)動(dòng)態(tài)通訊設(shè)計(jì)，通過網(wǎng)關(guān)傳輸給群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端，采用DTU技術(shù)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向穩(wěn)定傳輸。

3 試驗(yàn)部署與應(yīng)用

首先，通過室外無線基站AP構(gòu)建項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)群組設(shè)備智能互聯(lián)無線局域網(wǎng); 然后，通過龍門吊、泥水分離系統(tǒng)等設(shè)備的數(shù)據(jù)融合采集終端設(shè)置同一網(wǎng)段固定IP，建立多終端采集無線局域網(wǎng)絡(luò)； 最后，基于群組裝備智能互聯(lián)邊緣終端的采集軟件系統(tǒng)完成多源異構(gòu)信息提取，經(jīng)過預(yù)處理，數(shù)據(jù)幀通過專用VPN安全通道發(fā)送到大數(shù)據(jù)中心。

根據(jù)該研究成果在深圳春風(fēng)路隧道項(xiàng)目開展了龍門吊、泥水分離系統(tǒng)等設(shè)備的智能互聯(lián)測(cè)試，隧道施工群組裝備多源異構(gòu)信息智能互聯(lián)提取系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 隧道施工群組裝備多源異構(gòu)信息智能互聯(lián)提取系統(tǒng)

同時(shí)，根據(jù)該研究成果在高原鐵路雅安至林芝段項(xiàng)目進(jìn)行了龍門吊、鋼拱架自動(dòng)生產(chǎn)線等群組裝備系統(tǒng)優(yōu)化測(cè)試，針對(duì)高原鐵路隧道工程的群組裝備智能互聯(lián)多源異構(gòu)信息融合方法和管理系統(tǒng)分別如圖9和圖10所示。

圖9 群組裝備智能互聯(lián)多源異構(gòu)信息融合方法

圖10 高原鐵路隧道施工群組裝備智能互聯(lián)管理系統(tǒng)

4 結(jié)論與展望

本文借助自動(dòng)化感知、信息化判識(shí)等技術(shù)手段，對(duì)隧道施工群組裝備多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的獲取方法進(jìn)行了研究，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道施工群組裝備智能互聯(lián)方案，并對(duì)方案的有效性、可行性開展了實(shí)踐論證工作。本研究工作首次實(shí)現(xiàn)了隧道施工群組裝備的物聯(lián)互通，成功解決了隧道施工現(xiàn)場(chǎng)(老舊)群組裝備運(yùn)行參數(shù)兼容性提取的技術(shù)難題，為后續(xù)多源數(shù)據(jù)融合及實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)在： 1)隧道施工群組裝備智能互聯(lián)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)管理模型已經(jīng)搭建完成； 2)基于Modbus等協(xié)議的數(shù)據(jù)采集終端已研制成功并進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用； 3)實(shí)現(xiàn)了泥水平衡盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)泥水分離系統(tǒng)等設(shè)備和敞開式TBM施工現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)皮帶機(jī)等群組裝備多源異構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效提取。

本文所述的隧道施工群組裝備多源異構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)提取技術(shù)，其采集方式為主動(dòng)數(shù)據(jù)獲取，對(duì)于非通用數(shù)據(jù)接口或協(xié)議未公開的設(shè)備，數(shù)據(jù)采集工作需要設(shè)備廠家提供支持，否則難以完成設(shè)備物聯(lián)。另外，對(duì)于無控制器的設(shè)備，數(shù)據(jù)獲取仍需要考慮安裝儀表、傳感器等輔助設(shè)備來實(shí)施。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的隧道施工群組裝備多源異構(gòu)信息提取方法的研究和成功實(shí)踐是隧道建設(shè)實(shí)現(xiàn)信息化施工的關(guān)鍵前提之一，施工裝備的智能互聯(lián)在施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、設(shè)備故障分析、事件追溯、安全監(jiān)控、資源優(yōu)化配置等多方面均具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于隧道施工群組裝備的物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)字施工，需要做的工作還有很多，如多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成化數(shù)據(jù)深度分析，構(gòu)建適用于項(xiàng)目管理先進(jìn)要求的大數(shù)據(jù)管理模型(平臺(tái))等。