在交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化升級(jí)進(jìn)程中，隧道作為封閉性強(qiáng)、設(shè)備密集、應(yīng)急要求高的關(guān)鍵場景，傳統(tǒng)監(jiān)控管理模式面臨數(shù)據(jù)孤島、可視化程度低、應(yīng)急響應(yīng)滯后等痛點(diǎn)。為解決上述問題，圖撲軟件依托自主研發(fā)的HT for Web 引擎，構(gòu)建廈門隧道數(shù)字孿生智慧監(jiān)控平臺(tái)。該引擎基于 WebGL 與 Canvas 技術(shù)，支持 2D/3D 圖形輕量化渲染，通過 WebSocket/HTTP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)接，結(jié)合 JavaScript 腳本調(diào)用 API 完成面板數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新，為隧道全場景數(shù)字化管控提供技術(shù)支撐。

HT for Web 引擎的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三方面：其一，采用 B/S 架構(gòu)設(shè)計(jì)，無需客戶端安裝，支持跨終端訪問，滿足中央控制中心對(duì)多隧道遠(yuǎn)程管控需求；其二，支持 GIS 地圖瓦片服務(wù)、3DTiles 格式航拍實(shí)景數(shù)據(jù)及城市建筑白模加載，通過 AO 貼圖烘焙優(yōu)化模型陰影關(guān)系，在保證場景美觀度的同時(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)圖表展示、應(yīng)急流程模擬等功能，適配隧道復(fù)雜業(yè)務(wù)場景。

廈門隧道數(shù)字孿生系統(tǒng)采用 “感知層 - 傳輸層 - 平臺(tái)層 - 應(yīng)用層” 四層技術(shù)架構(gòu)，各層級(jí)通過標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與功能聯(lián)動(dòng)，具體架構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

（一）感知層：多源數(shù)據(jù)采集與接入

感知層是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的 “源頭”，通過部署在隧道內(nèi)的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)采集，主要包括三類數(shù)據(jù)：

設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)：涵蓋風(fēng)機(jī)、照明燈具、車道指示器、攝像頭、緊急電話等機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)（如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、照明功率）、故障信息（通訊狀態(tài)、故障代碼），通過設(shè)備自帶的傳感器或控制器接口（如 RS485、Modbus 協(xié)議）采集；

環(huán)境與交通數(shù)據(jù)：包括隧道內(nèi) CO 濃度、煙靄濃度、風(fēng)向風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)，以及車流量、平均車速、車道占有率等交通數(shù)據(jù)，由微波車檢器、氣體傳感器、風(fēng)向儀等專用設(shè)備采集；

視頻與事件數(shù)據(jù)：通過高清攝像頭獲取隧道內(nèi)實(shí)時(shí)視頻流，結(jié)合智能分析算法生成交通事故、車道擁堵、火災(zāi)等事件數(shù)據(jù)，支持車牌號(hào)識(shí)別、異常行為檢測。

（二）傳輸層：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互協(xié)議選型

傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、高效傳輸至平臺(tái)層，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型與實(shí)時(shí)性要求，選擇差異化傳輸協(xié)議：

WebSocket 協(xié)議：用于車流量、設(shè)備狀態(tài)、告警信息等實(shí)時(shí)性要求高（延遲需低于 1 秒）的數(shù)據(jù)傳輸。通過建立客戶端與服務(wù)器的長連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)崟r(shí)推送，避免 HTTP 短連接的頻繁握手開銷，確保隧道內(nèi)設(shè)備故障、交通事故等信息可即時(shí)反饋至監(jiān)控平臺(tái)；

HTTP 協(xié)議：用于歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備配置文件下載、靜態(tài)資源（如 GIS 地圖瓦片、3D 模型）加載等非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸。采用 RESTful API 設(shè)計(jì)風(fēng)格，簡化數(shù)據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)流程，支持批量數(shù)據(jù)導(dǎo)出與分析。

（三）平臺(tái)層：HT 引擎核心功能實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)層是系統(tǒng)的 “中樞”，基于 HT for Web 引擎實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、可視化渲染與業(yè)務(wù)邏輯整合，關(guān)鍵技術(shù)模塊包括：

1. 輕量化 3D 場景構(gòu)建

l 采用 “白模優(yōu)化 + 細(xì)節(jié)烘焙” 的輕量化建模策略：首先在專業(yè)建模軟件中導(dǎo)入隧道及周邊建筑的基礎(chǔ)白模，通過面數(shù)精簡、冗余幾何剔除等優(yōu)化手段降低模型復(fù)雜度；隨后利用 AO 貼圖烘焙技術(shù)，將模型間的陰影疊加、細(xì)節(jié)紋理等效果預(yù)先烘焙至貼圖中，替代實(shí)時(shí)計(jì)算陰影的高資源消耗模式；最后將優(yōu)化完成的模型及烘焙貼圖導(dǎo)入 HT 引擎，通過引擎的渲染優(yōu)化能力實(shí)現(xiàn)低負(fù)載、高流暢度的場景展示。

l 支持多源 GIS 數(shù)據(jù)融合：通過 HT 的 GIS 插件加載城市級(jí)地圖瓦片，將隧道矢量數(shù)據(jù)（走勢(shì)、出入口位置）以綠色流光效果疊加至地圖層，結(jié)合 2D 面板展示隧道總里程、設(shè)備總數(shù)等宏觀數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) “宏觀 - 微觀” 場景無縫切換（點(diǎn)擊地圖隧道圖標(biāo)可下鉆至隧道內(nèi)部 3D 場景）。

2. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)綁定與動(dòng)態(tài)更新

l 采用 “數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)視圖” 模式：通過 JavaScript 腳本定義數(shù)據(jù)與可視化組件的映射關(guān)系，例如將車流量數(shù)據(jù)綁定至 2D 折線圖，將設(shè)備故障狀態(tài)綁定至 3D 模型顏色（正常為綠色、故障為紅色）；

l 數(shù)據(jù)更新觸發(fā)機(jī)制：當(dāng) WebSocket 接收到新數(shù)據(jù)（如設(shè)備故障代碼）時(shí)，觸發(fā)回調(diào)函數(shù)調(diào)用 HT API 更新對(duì)應(yīng)組件狀態(tài)，例如將故障風(fēng)機(jī)的 3D 模型顏色切換為紅色，并在 2D 面板彈出告警彈窗。

3.設(shè)備統(tǒng)一管控與遠(yuǎn)程操作

l 設(shè)備虛擬化建模：對(duì)隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)、廣播、ETC 門架等設(shè)備進(jìn)行 3D 虛擬化建模，每個(gè)設(shè)備模型關(guān)聯(lián)唯一 ID 與屬性庫（設(shè)備編號(hào)、樁號(hào)、通訊協(xié)議）；

l 跨協(xié)議設(shè)備聯(lián)動(dòng)：支持在 3D 場景中點(diǎn)選設(shè)備模型，觸發(fā)遠(yuǎn)程控制指令（如開啟風(fēng)機(jī)、切換照明模式），指令通過 HTTP 協(xié)議下發(fā)至設(shè)備控制器，執(zhí)行結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至平臺(tái)。

（四）應(yīng)用層：業(yè)務(wù)功能技術(shù)落地

應(yīng)用層基于平臺(tái)層的技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營管理的核心業(yè)務(wù)功能，各功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑如下：

1.智能巡檢漫游

l 路徑規(guī)劃：通過 HT 的ht.Polyline類型節(jié)點(diǎn)繪制固定巡檢路線（覆蓋隧道關(guān)鍵設(shè)備點(diǎn)位），支持自由視角漫游（通過鼠標(biāo)拖拽、滾輪縮放調(diào)整視角）；

l 巡檢數(shù)據(jù)同步：漫游過程中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用設(shè)備狀態(tài)接口獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在 2D 面板同步顯示設(shè)備健康度評(píng)分（基于運(yùn)行時(shí)長、故障次數(shù)計(jì)算），發(fā)現(xiàn)異常設(shè)備時(shí)觸發(fā)告警。

2.消防應(yīng)急可視化

l 多系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接：通過 HTTP 接口對(duì)接火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取火災(zāi)位置、煙霧濃度、疏散門狀態(tài)等信息；

l 應(yīng)急流程模擬：基于 HT 的動(dòng)畫 API 實(shí)現(xiàn)模擬火災(zāi)處置流程，例如火災(zāi)發(fā)生時(shí)自動(dòng)展示風(fēng)機(jī)排煙路徑（紅色箭頭動(dòng)畫）、疏散指示標(biāo)志閃爍效果，同時(shí)在 2D 面板顯示應(yīng)急預(yù)案步驟（如關(guān)閉左側(cè)車道、開啟自動(dòng)滅火裝置），支持點(diǎn)擊步驟觸發(fā)對(duì)應(yīng)設(shè)備操作。

3. 告警管理與溯源

l 告警數(shù)據(jù)聚合：通過 JavaScript 腳本獲取 WebSocket 傳輸?shù)母婢瘮?shù)據(jù)（按設(shè)備類型、告警級(jí)別分類），并在 2D 面板中顯示，支持按時(shí)間范圍、處理狀態(tài)篩選查詢；

l 告警溯源跟蹤：每個(gè)告警事件關(guān)聯(lián)唯一 ID，點(diǎn)擊告警記錄可調(diào)用相關(guān) API ，定位至對(duì)應(yīng)的 3D 設(shè)備模型，并在 2D 面板展示告警處理日志（處理人、處理時(shí)間、處置結(jié)果），實(shí)現(xiàn) “告警 - 定位 - 處置 - 溯源” 全閉環(huán)。

三、關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

（一）大場景下的前端渲染性能優(yōu)化

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

解決方案：

分層渲染與 LOD（細(xì)節(jié)層次）技術(shù)：將場景分為 “遠(yuǎn)景層”（隧道周邊建筑）、“中景層”（隧道出入口）、“近景層”（隧道內(nèi)部設(shè)備），根據(jù)視角距離切換模型細(xì)節(jié)（遠(yuǎn)景層使用低面數(shù)模型，近景層使用高面數(shù)模型）；

（二）視頻與 3D 場景融合

難點(diǎn)：傳統(tǒng)視頻監(jiān)控與 3D 場景分離，無法直觀關(guān)聯(lián)視頻畫面與設(shè)備位置。

解決方案：

視頻融合嵌入：通過 HT 視頻融合技術(shù)，將攝像頭實(shí)時(shí)視頻流作為紋理貼圖，貼附至 3D 場景中對(duì)應(yīng)的攝像頭模型視角位置，實(shí)現(xiàn) “場景 - 視頻” 一體化展示；

四、技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

基于 HT 引擎的廈門隧道數(shù)字孿生系統(tǒng)，從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了三大突破：其一，打破了隧道設(shè)備的協(xié)議壁壘，實(shí)現(xiàn)跨品牌、跨類型設(shè)備的統(tǒng)一管控；其二，通過 “3D 場景 + 2D 數(shù)據(jù)” 的可視化模式，將抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀視圖，降低運(yùn)營人員的操作門檻；其三，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，提升交通運(yùn)行安全性。

審核編輯 黃宇