在交通基礎設施數字化升級進程中，隧道作為封閉性強、設備密集、應急要求高的關鍵場景，傳統監控管理模式面臨數據孤島、可視化程度低、應急響應滯后等痛點。為解決上述問題，圖撲軟件依托自主研發的HT for Web 引擎，構建廈門隧道數字孿生智慧監控平臺。該引擎基于 WebGL 與 Canvas 技術，支持 2D/3D 圖形輕量化渲染，通過 WebSocket/HTTP 協議實現實時數據對接，結合 JavaScript 腳本調用 API 完成面板數據動態更新，為隧道全場景數字化管控提供技術支撐。

HT for Web 引擎的核心技術優勢體現在三方面：其一，采用 B/S 架構設計，無需客戶端安裝，支持跨終端訪問，滿足中央控制中心對多隧道遠程管控需求；其二，支持 GIS 地圖瓦片服務、3DTiles 格式航拍實景數據及城市建筑白模加載，通過 AO 貼圖烘焙優化模型陰影關系，在保證場景美觀度的同時降低前端渲染壓力；其三，提供豐富的可視化交互 API，可快速實現設備狀態監控、數據圖表展示、應急流程模擬等功能，適配隧道復雜業務場景。

廈門隧道數字孿生系統采用 “感知層 - 傳輸層 - 平臺層 - 應用層” 四層技術架構，各層級通過標準化接口實現數據互通與功能聯動，具體架構設計如下：

（一）感知層：多源數據采集與接入

感知層是系統數據的 “源頭”，通過部署在隧道內的硬件設備實現多維度數據采集，主要包括三類數據：

設備狀態數據：涵蓋風機、照明燈具、車道指示器、攝像頭、緊急電話等機電設備的運行參數（如風機轉速、照明功率）、故障信息（通訊狀態、故障代碼），通過設備自帶的傳感器或控制器接口（如 RS485、Modbus 協議）采集；

環境與交通數據：包括隧道內 CO 濃度、煙靄濃度、風向風速等環境參數，以及車流量、平均車速、車道占有率等交通數據，由微波車檢器、氣體傳感器、風向儀等專用設備采集；

視頻與事件數據：通過高清攝像頭獲取隧道內實時視頻流，結合智能分析算法生成交通事故、車道擁堵、火災等事件數據，支持車牌號識別、異常行為檢測。

（二）傳輸層：實時數據交互協議選型

傳輸層負責將感知層采集的數據安全、高效傳輸至平臺層，系統根據數據類型與實時性要求，選擇差異化傳輸協議：

WebSocket 協議：用于車流量、設備狀態、告警信息等實時性要求高（延遲需低于 1 秒）的數據傳輸。通過建立客戶端與服務器的長連接，實現數據雙向實時推送，避免 HTTP 短連接的頻繁握手開銷，確保隧道內設備故障、交通事故等信息可即時反饋至監控平臺；

HTTP 協議：用于歷史數據查詢、設備配置文件下載、靜態資源（如 GIS 地圖瓦片、3D 模型）加載等非實時性數據傳輸。采用 RESTful API 設計風格，簡化數據請求與響應流程，支持批量數據導出與分析。

（三）平臺層：HT 引擎核心功能實現

平臺層是系統的 “中樞”，基于 HT for Web 引擎實現數據處理、可視化渲染與業務邏輯整合，關鍵技術模塊包括：

1. 輕量化 3D 場景構建

l 采用 “白模優化 + 細節烘焙” 的輕量化建模策略：首先在專業建模軟件中導入隧道及周邊建筑的基礎白模，通過面數精簡、冗余幾何剔除等優化手段降低模型復雜度；隨后利用 AO 貼圖烘焙技術，將模型間的陰影疊加、細節紋理等效果預先烘焙至貼圖中，替代實時計算陰影的高資源消耗模式；最后將優化完成的模型及烘焙貼圖導入 HT 引擎，通過引擎的渲染優化能力實現低負載、高流暢度的場景展示。

l 支持多源 GIS 數據融合：通過 HT 的 GIS 插件加載城市級地圖瓦片，將隧道矢量數據（走勢、出入口位置）以綠色流光效果疊加至地圖層，結合 2D 面板展示隧道總里程、設備總數等宏觀數據，實現 “宏觀 - 微觀” 場景無縫切換（點擊地圖隧道圖標可下鉆至隧道內部 3D 場景）。

2. 實時數據綁定與動態更新

l 采用 “數據驅動視圖” 模式：通過 JavaScript 腳本定義數據與可視化組件的映射關系，例如將車流量數據綁定至 2D 折線圖，將設備故障狀態綁定至 3D 模型顏色（正常為綠色、故障為紅色）；

l 數據更新觸發機制：當 WebSocket 接收到新數據（如設備故障代碼）時，觸發回調函數調用 HT API 更新對應組件狀態，例如將故障風機的 3D 模型顏色切換為紅色，并在 2D 面板彈出告警彈窗。

3.設備統一管控與遠程操作

l 設備虛擬化建模：對隧道內風機、廣播、ETC 門架等設備進行 3D 虛擬化建模，每個設備模型關聯唯一 ID 與屬性庫（設備編號、樁號、通訊協議）；

l 跨協議設備聯動：支持在 3D 場景中點選設備模型，觸發遠程控制指令（如開啟風機、切換照明模式），指令通過 HTTP 協議下發至設備控制器，執行結果實時反饋至平臺。

（四）應用層：業務功能技術落地

應用層基于平臺層的技術能力，實現隧道運營管理的核心業務功能，各功能的技術實現路徑如下：

1.智能巡檢漫游

l 路徑規劃：通過 HT 的ht.Polyline類型節點繪制固定巡檢路線（覆蓋隧道關鍵設備點位），支持自由視角漫游（通過鼠標拖拽、滾輪縮放調整視角）；

l 巡檢數據同步：漫游過程中，系統自動調用設備狀態接口獲取實時數據，在 2D 面板同步顯示設備健康度評分（基于運行時長、故障次數計算），發現異常設備時觸發告警。

2.消防應急可視化

l 多系統數據對接：通過 HTTP 接口對接火災自動報警系統、疏散指示系統、消防廣播系統的后臺數據，實時獲取火災位置、煙霧濃度、疏散門狀態等信息；

l 應急流程模擬：基于 HT 的動畫 API 實現模擬火災處置流程，例如火災發生時自動展示風機排煙路徑（紅色箭頭動畫）、疏散指示標志閃爍效果，同時在 2D 面板顯示應急預案步驟（如關閉左側車道、開啟自動滅火裝置），支持點擊步驟觸發對應設備操作。

3. 告警管理與溯源

l 告警數據聚合：通過 JavaScript 腳本獲取 WebSocket 傳輸的告警數據（按設備類型、告警級別分類），并在 2D 面板中顯示，支持按時間范圍、處理狀態篩選查詢；

l 告警溯源跟蹤：每個告警事件關聯唯一 ID，點擊告警記錄可調用相關 API ，定位至對應的 3D 設備模型，并在 2D 面板展示告警處理日志（處理人、處理時間、處置結果），實現 “告警 - 定位 - 處置 - 溯源” 全閉環。

三、關鍵技術難點與解決方案

（一）大場景下的前端渲染性能優化

難點：隧道及周邊建筑的 3D 模型面數較多（單條隧道模型面數可達 10 萬 +），若直接渲染易導致前端卡頓。

解決方案：

分層渲染與 LOD（細節層次）技術：將場景分為 “遠景層”（隧道周邊建筑）、“中景層”（隧道出入口）、“近景層”（隧道內部設備），根據視角距離切換模型細節（遠景層使用低面數模型，近景層使用高面數模型）；

（二）視頻與 3D 場景融合

難點：傳統視頻監控與 3D 場景分離，無法直觀關聯視頻畫面與設備位置。

解決方案：

視頻融合嵌入：通過 HT 視頻融合技術，將攝像頭實時視頻流作為紋理貼圖，貼附至 3D 場景中對應的攝像頭模型視角位置，實現 “場景 - 視頻” 一體化展示；

四、技術應用價值

基于 HT 引擎的廈門隧道數字孿生系統，從技術層面實現了三大突破：其一，打破了隧道設備的協議壁壘，實現跨品牌、跨類型設備的統一管控；其二，通過 “3D 場景 + 2D 數據” 的可視化模式，將抽象數據轉化為直觀視圖，降低運營人員的操作門檻；其三，基于實時數據驅動的應急響應機制，提升交通運行安全性。

審核編輯 黃宇