电缆隧道施工全过程监测感知辅助系统设计研究

1 引言

随着经济增长与城镇化推进，城市用电需求激增，电缆隧道因容量大、可靠性高、不占地面空间等优势，成为电力输送主流选择[1]。但其地下密闭环境带来严峻运维挑战：电缆运行受设备与环境因素叠加影响，易成高风险区域，事故后果严重；且隧道结构复杂，人工巡检效率低、风险高，难实现全时段全域掌控[2]。

当前运维监测体系存在明显短板，具体表现为两方面：一是传统计划检修与人工巡视模式存在 “数据采集碎片化” 问题，难以覆盖隧道全域及设备全生命周期，导致隐患发现滞后；二是各监测环节联动不足，异常发生时难以快速关联设备状态、人员位置、环境数据等关键信息，导致应急响应效率低下[3]。为此，本文构建了一套完善的电缆隧道施工全过程监测感知辅助系统。该系统通过视频监控实现全域可视化监管，人员定位破解位置盲区，施工进度模块支撑计划调整，应急通讯保障指令传递，云管理平台整合数据并实现智能分析与可视化。模块间联动机制实现全流程响应，提升预警与自愈能力，满足智能电网核心要求。

2 监测感知辅助系统整体架构

本文设计的电缆隧道施工全过程监测感知辅助系统采用 “分布式感知 - 集中式管理 - 协同式联动” 的一体化架构，以管理云平台为核心枢纽，通过工业 4G 路由器（USR-G805）构建全隧道数据传输网络，实现视频监控、人员定位、进度采集、应急通讯等功能模块的无缝对接。

系统整体通过视频监控模块、人员定位模块、施工进度模块、应急通讯模块、云管理平台模块以及可视化大屏共同构成 “监测 - 分析 - 预警 - 处置” 的全流程智能化闭环，整体架构如下图所示：

图 1 电缆隧道智能监测系统整体架构图

3 电缆隧道智能监测系统各功能模块及联动机制

3.1 视频监控模块

视频监控模块以高清智能摄像设备为核心构建可视化监测网络，部署于隧道入口、电缆接头处、转弯拐角等关键节点，实现对隧道全域的无死角覆盖。通过集成轻量化计算机视觉模型 YOLOv8-Seg，采用深度可分离卷积与量化技术，结合 VoVNet 的多尺度卷积聚合模块，在 1024×1024 分辨率下实现 30FPS 的实时分割性能与目标检测。运维人员可通过管理云平台远程调取实时画面或历史录像，并基于模型生成的异常检测与语义分割结果，快速定位施工质量问题或环境安全隐患，为施工质量监督、安全隐患排查及事故追溯提供智能化视觉决策支持，实现隧道环境与设备状态的全天候精准化监管。

图 2 视频监控模块可视化实景图

3.2 人员定位模块

该模块由数据分析处理设备、定位基站、定位芯片及测距芯片组成。它采用 ZigbeeMesh 自组网技术，沿隧道每 100 米部署定位基站，构建高可靠定位网络，通过 Mesh自组网拓扑结构动态扩展覆盖范围，结合 6.24GHz-6.74GHz 免授权频段与 FHSS 技术规避公共频段干扰，实现连续无死角的信号覆盖。进一步通过 RSSI 测距构建路径损耗模型，通过测距芯计算人员与基站的初始距离；再利用 TDOA 定位解算三维坐标，结合卡尔曼滤波动态修正位置漂移，得到真实位置坐标，确保实时追踪人员在隧道内的动态位置并在管理平台可视化展示。应急场景下，定位芯片启动 SOS 模式，将位置数据经 AES-256 加密回传至云管理平台，彻底解决传统巡检中“人员位置盲区”问题。

3.3 施工进度模块

施工进度模块部署于隧道施工段的掘进设备上，随施工推进动态采集位置信息。该模块依托于定位基站与设备上安装测距芯片，测距芯片不断地自动向定位基站发送测量信号，并报告其实时地理位置信息，利用采集的数据自动计算挖掘里程，管理云平台采用柱状图的方式显示各个施工作业面的挖掘进度，直观呈现各作业面施工进展。管理人员可通过平台实时查看进度数据，及时发现滞后环节并调整施工计划，大幅提升施工管理效率与数据准确性。

3.4 应急通讯报警模块

应急通讯报警由防水防尘通讯终端与网络交换机组成闭环通讯网络，通讯终端间隔分布于隧道内壁，确保全隧道信号覆盖。该模块主要用于紧急情况下的通讯与告警发布。日常运维中，工作人员可通过终端进行实时通话；应急状态下，指挥中心能通过系统向隧道内人员发布疏散指令或救援信息，实现快速响应与高效指挥。

图 3 告警电话实物图

3.5 云管理平台模块

云管理平台模块作为系统核心枢纽，部署于监控中心服务器，整合全隧道各类监测数据实现集中管理。平台通过三维可视化界面展示项目全貌、人员动态、进度趋势等关键信息，支持通过 LED 大屏、移动终端等多渠道呈现数据。平台核心功能包括信息整合展示、智能风险分析与移动协同管理：可自动关联多源数据，当检测到电缆异常时回溯历史施工记录辅助诊断，为运维决策提供全面数据支撑。

图 4 云平台可视化整体信息展示图

3.6 系统联动机制

各功能模块通过数据传输网络实现信息互通，形成协同响应机制。当某一模块检测到异常情况时，自动触发关联模块协同动作。例如人员定位系统发现区域人员超员后，自动调取该区域视频监控画面；管理云平台确认风险后，启动应急通讯系统发出声光报警，并将预警信息推送至管理人员移动终端。在火灾等应急场景中，系统可自动完成画面调取、人员定位、设备启停等一系列联动操作，实现从风险感知到处置执行的全流程自动化响应。

4. 结论

本文提出的电缆隧道施工智能监测系统融合物联网与移动互联网技术，通过高清摄像机实现施工全过程可视化监控，为各方监管提供直观依据；基于 ZigBee 技术构建人员精确定位网络，实现轨迹追踪与电子围栏管控；利用测距芯片自动采集施工进度数据，通过云平台可视化展示；配备防水通讯设备保障应急响应。系统采用"监测-分析-预警-处置"闭环管理机制，全面提升施工安全、人员状态和进度质量的管控效能，为电缆隧道智能化施工提供有力支撑。

参考文献：

[1] 刘俊俊， 黄新波， 赵隆， 朱永灿， 王孝敬. 电缆隧道环境综合监测系统设计与应用[J]. 广东电力. 2021;34（3）：106-113.

[2] 徐伟， 魏云冰， 路光辉. 电力电缆及隧道在线监测与移动巡检协同策略探讨[J].电测与仪表. 2019 ;56（19）：121-5.

[3] 王雪. 电缆隧道综合监测系统设计与实现. [D].西安： 西安科技大学， 2020.