海底隧道智能运维管理系统及方法与流程

本发明属于隧道智能运维管理，涉及海底隧道智能运维管理系统及方法。

背景技术：

1、随着全球基础设施建设的快速发展，海洋隧道作为连接陆地与海域的重要交通枢纽，其数量和规模不断增加。海洋隧道的建造技术已经相对成熟，但由于其特殊的海洋环境，隧道在运营维护过程中面临一系列复杂的问题。常见的挑战包括隧道结构的腐蚀、海水渗透、设备老化、隧道通风和排水系统故障等。这些问题不仅增加了隧道的维护成本，也可能影响隧道的安全性和使用寿命。因此，如何高效、精准地进行海洋隧道的运营维护成为工程界亟待解决的技术难题。

2、传统的隧道运维管理主要依赖于人工巡检和定期维护。虽然这种方式在一定程度上能够识别隧道内的结构损伤或设备故障，但人工巡检往往具有延迟性和局限性，无法实时获取隧道的运行状态。尤其是对于海洋隧道这种环境复杂且难以接近的基础设施，人工巡检的效率低下，且存在一定的安全风险。同时，传统的维护方式大多基于固定周期的检修，而非依据隧道的实际运行状态进行，这就可能导致维护不足或过度维护的问题，进一步增加了运营成本。

3、随着物联网、传感器技术和大数据分析技术的不断发展，隧道运维管理的智能化趋势逐渐显现。现代智能运维系统通过在隧道内安装各种传感器（如结构健康监测传感器、温湿度传感器、应力传感器等），可以实时监测隧道的关键运行参数，并将数据传输到运维管理平台进行分析与处理。这种基于物联网的监测手段能够极大提高运维的精准度和实时性，有助于及时发现潜在问题，避免重大事故的发生。

4、然而，现有的海洋隧道智能运维系统在信息集成与管理效率方面仍存在一定的不足。例如，现有系统通常只能监控隧道的单一或部分参数，无法对隧道的全生命周期进行全面监控和预测。此外，如何将bim（建筑信息模型）、gis（地理信息系统）与物联网技术有机结合，构建多维度、全覆盖的智能运维管理体系，仍是当前技术的一个难点。特别是对于海洋隧道，受潮湿、腐蚀等海洋环境影响，如何利用智能化技术进行全面而高效的运营维护管理，仍需要进一步的研究与创新。

5、因此，现有技术亟需一种更加完善的海洋隧道智能运维管理系统，该系统能够集成bim、gis、物联网等先进技术，对隧道的结构健康、设备状态和环境参数进行全面实时监测，并通过大数据分析与预测模型，提供更加精确和高效的运维管理方案，以确保隧道的长期安全和高效运行。

技术实现思路

1、本发明针对现有海洋隧道管理过程中存在的管理效率低等上述问题，提供了一种海底隧道智能运维管理系统及方法，以海底隧道bim（建筑信息模型）为数据基础，将gis（地理信息系统）与物联网技术和大数据分析技术进行有机结合，实现多维度、全覆盖的海底隧道智能运维管理，提高管理效率，以确保海底隧道长期安全和高效运行。

2、第一方面，本发明提供了一种海底隧道智能运维管理系统，包括：

3、gis+bim系统，将海底隧道bim进行轻量化处理转换为gis兼容格式，将gis兼容格式的bim与gis地图数据结合得到bim设备构件信息，将bim设备构件空间坐标信息转换为gis坐标信息，以获得bim设备构件实际地理信息；

4、物联网系统，用于采集海底隧道内各类设备的实时数据，对设备实时数据进行数据清理、转换、存储和分析，将设备实时数据与bim设备构件信息进行绑定，在判断实时数据异常时生成并发送预警信号；

5、隧道运维系统，用于海底隧道设备台账信息管理、故障管理和巡检管理；

6、大数据分析系统，用于对隧道车流量、现场环境及设备故障进行预测，并根据预测结果生成辅助管理方案；

7、主控系统，用于接收、转发、显示gis+bim系统、物联网系统、隧道运维系统和大数据分析系统发送的数据，控制执行辅助管理方案。

8、在一些实施例中，所述gis+bim系统包括：

9、轻量化处理单元，对海底隧道bim进行压缩、几何简化、纹理优化、层级细节控制、格式转换处理得到gis兼容格式的bim；

10、gis，用于加载地图数据；

11、融合模块，将gis兼容格式的bim对齐在gis地图上，与加载的地图数据结合得到bim设备构件信息；

12、坐标转换模块，将bim设备构件空间坐标信息转换为gis坐标信息。

13、在一些实施例中，所述轻量化处理单元包括：

14、压缩模块，采用数据压缩算法对bim设备构件信息进行压缩，去除冗余数据、优化数据结构、分离bim设备构件信息；

15、优化处理模块，对bim进行几何简化、纹理优化、层级细节控制，以降低bim复杂度和渲染负担；

16、格式转化模块，将bim通过模型转换软件转换为gis兼容格式。

17、在一些实施例中，所述物联网系统包括：

18、数据采集模块，用于采集海底隧道内各设备的实时数据；

19、数据存储模块，对采集的设备实时数据进行清理、转换并进行存储；

20、数据分析模块，对存储的设备实时数据进行多维度运算分析，将设备实时数据与bim设备构件信息进行绑定，在判断设备实时数据异常时生成预警信号；

21、数据报警模块，将预警信号发送至其他相关系统。

22、在一些实施例中，所述数据存储模块包括：

23、数据清洗模块，用于去除重复数据、纠正错误数据、填补数据缺失值；

24、数据转换模块，用于将数据从原始格式转换为适于hbase数据库存储的格式。

25、在一些实施例中，所述数据分析模块包括：

26、时间序列分析模块，用于检测数据随时间的变化趋势；

27、异常检测模块，对比历史数据和实时数据，识别出异常值或异常模式，并生成报警信号；

28、关联模块，用于将设备实时数据与bim设备构件信息进行绑定。

29、在一些实施例中，所述隧道运维系统包括：

30、设备管理模块，用于管理海底隧道设备台账信息；

31、故障管理模块，用于设备故障上报、故障维修和维修结果验收；

32、巡检管理模块，用于制定并执行巡检任务，并上报巡检进度和巡检结果。

33、在一些实施例中，所述大数据分析系统包括：

34、车流量预测模块，根据历史车流量数据对车流量进行预测，并根据车流量预测结果生成车流量辅助管理方案；

35、现场环境预测模块，根据现场环境数据通过环境预测模型对现场环境进行预测，并根据现场环境预测结果生成现场环境辅助管理方案；

36、故障预测模块，根据故障信息通过故障预测模型对故障周期进行预测，并根据故障周期预测结果生成维护方案。

37、在一些实施例中，车流量预测模块根据历史车流量数据对车流量进行预测的具体方法为：对历史数据进行清洗、整理和归类，并结合日期时间标签，利用统计方法和机器学习方法对车流量进行预测。

38、在一些实施例中，所述主控系统包括：

39、主控模块，用于接收、转发gis+bim系统、物联网系统、隧道运维系统和大数据分析系统发送的数据，控制执行辅助管理方案；

40、显示模块，用于显示gis+bim系统、物联网系统、隧道运维系统和大数据分析系统发送的数据。

41、第二方面，本发明提供了一种海底隧道智能运维管理方法，采用本发明第一方面所述海底隧道智能运维管理系统，包括以下步骤：

42、轻量化处理步骤：将海底隧道bim进行轻量化处理转换为gis兼容格式；

43、融合步骤：将gis兼容格式的bim对齐在gis地图上，与地图数据结合得到bim设备构件信息；

44、坐标转换步骤：将bim设备构件空间坐标信息转换为gis坐标信息；

45、数据采集步骤：采集海底隧道内各设备的实时数据；

46、数据存储步骤：对采集的设备实时数据进行清理、转换并进行存储；

47、数据分析步骤：对存储的设备实时数据进行多维度运算分析，将设备实时数据与bim设备构件信息进行绑定，在判断实时数据异常时生成并发送预警信号进行预警；

48、预测步骤：根据环境数据和故障信息对隧道车流量、现场环境及设备故障进行预测，并根据预测结果生成辅助管理方案；

49、设备管理步骤：执行辅助管理方案辅助管理隧道设备。

50、相比于相关技术，本发明提供的海底隧道智能运维管理系统及方法，以海底隧道bim（建筑信息模型）为数据基础，将gis兼容格式的bim与gis地图数据结合得到bim设备构件信息，将物联网采集的设备实时数据与bim设备构件信息进行绑定，通过bim和gis结合赋予虚拟建筑实体大量的建筑信息，结合物联网技术和大数据分析技术，对隧道状况进行预测，实现多维度、全覆盖的海底隧道智能运维管理，提高管理效率，以确保海底隧道长期安全和高效运行。