隧道掘進設備多源異構數據采集系統設計開發與應用

徐受天, 游宇嵩, 葉 蕾, 趙嚴振, 徐劍安

(中鐵工程裝備集團有限公司, 河南 鄭州 450016)

0 引言

隨著隧道施工機械自動化程度不斷發展，采用全斷面隧道掘進機施工成為當前隧道施工的主要工法。本文中隧道掘進設備主要指全斷面隧道掘進機，包括盾構(用于城市軟土地層掘進)和TBM(用于山嶺隧道硬巖掘進)。根據工作原理不同，盾構分為土壓平衡盾構和泥水平衡盾構，TBM分為敞開式、雙護盾式和單護盾式[1-3]。全斷面隧道掘進機掘進時工作環境惡劣，高頻振動、電磁干擾等現象嚴重[4]，采集設備一般集中部署，位于掘進設備的主控室內，通過網絡連接到設備各處感知端。傳統盾構/TBM的相關監控系統主要限于對PLC數據的采集。隨著隧道施工機械化、數字化、Wi-Fi、5G及大數據技術的發展，對數據的獲取提出了更高的要求[5]。除傳統盾構/TBM外，隧道施工專用設備、礦用機械也越來越多地投入使用。不同種類的控制器數據、高頻率振動數據、工業相機照片、三維激光掃描點云圖等通過數據挖掘后，在指導施工、改進裝備設計上發揮的作用越來越大。當前智能傳感、物聯網、大數據、無線通信、工業互聯網等技術發展迅速，對于盾構/TBM智能化起到了推動作用[6]。同時，國內外各大廠家均在產品智能化方面開展了大量研究，隧道施工數據的種類與數量與日俱增，無疑對海量多源異構數據的采集、存儲也提出了更高的要求。

張靜等[7]采用地上地下部署工控機，利用光纖網絡傳輸的方式，采集PLC的數據到Web服務器，進而實現可視化；……