劉春慶 王杰

【摘要】隨著水利工程建設的快速發(fā)展，水庫工程建設規(guī)模逐漸加大，大壩安全監(jiān)測工作越來越重要，監(jiān)測項目和監(jiān)測點越來越多，測量工作量加大，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式難以滿足安全監(jiān)測工作需要，無法實現(xiàn)實時監(jiān)測和快速分析，因此，迫切需要實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測自動化。

【關鍵詞】大壩;監(jiān)測自動化;問題;展望

引言

20世紀60年代，國外已經(jīng)開始研制大壩安全監(jiān)測自動化設備，如意大利結(jié)構(gòu)與模型試驗研究所（ISMES）研制的微機輔助監(jiān)測系統(tǒng)（MAMS）、美國CampbellScientific 的CR-10 系統(tǒng)等。我國于20世紀80年代末開始大壩安全監(jiān)測自動化工作，大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)逐步成熟，并建立了相關的技術(shù)標準。目前，涉及大壩安全監(jiān)測自動化的國家標準有《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗收規(guī)范》（GB/T22385-2008），水利行業(yè)規(guī)范有《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設備基本技術(shù)條件》（SL268-2001）和《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL601-2013）等。

1 自動化的定義

自動化（Automation）是指機器設備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期目標的過程。大壩安全監(jiān)測自動化是采用傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、計算機軟硬件等儀器設備，在無人或少人參與情況下，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測信息自動化采集和分析，為水庫安全管理提供決策依據(jù)的過程。

2 大壩安全監(jiān)測自動化的目的

通過大壩安全監(jiān)測自動化，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測信息化和大壩安全快速分析，降低大壩安全監(jiān)測工作成本，提高信息交流效率，便于開展遠程咨詢和專家會商，為水庫安全運行管理提供技術(shù)保障。

3 安全監(jiān)測自動化的功能

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集裝置具有巡測、選測和定時測量功能。

3.1.1 巡測

數(shù)據(jù)采集裝置在接收到監(jiān)控計算機巡測指令后，對所有傳感器進行測量，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控計算機。

3.1.2 選測

數(shù)據(jù)采集裝置在接收到監(jiān)控計算機測量某個傳感器指令后，對指定傳感器進行測量，并將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控計算機.

3.1.3 定時測量

數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)設定的開始時間和時間間隔計算測量時間，一旦達到測量時間，數(shù)據(jù)采集裝置對所有傳感器進行測量，并將測量結(jié)果保存至數(shù)據(jù)采集裝置的內(nèi)存中，等待監(jiān)控計算機上線后取數(shù).

3.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)通信與遠程通信

監(jiān)控計算機與數(shù)據(jù)采集裝置之間能夠進行雙向數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控計算機可向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令，數(shù)據(jù)采集裝置可向監(jiān)控計算機發(fā)送指令執(zhí)行情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)。遠程信息管理計算機與監(jiān)控計算機之間能夠進行雙向數(shù)據(jù)通信，遠程信息管理計算機可獲取監(jiān)控計算機上的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控計算機也可獲取遠程信息管理計算機上分析結(jié)果和監(jiān)控指標等。

3.3 數(shù)據(jù)存儲和備份

數(shù)據(jù)采集裝置對傳感器進行測量后，測量數(shù)據(jù)能夠保存在數(shù)據(jù)采集裝置中，在發(fā)送至監(jiān)控計算機后或接收到刪除指令后，才會刪除數(shù)據(jù)。監(jiān)控計算機在接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定期備份。

3.4 掉電保護

數(shù)據(jù)采集裝置在外部供電中斷后，仍能運行幾天時間，并能接收監(jiān)控計算機指令進行測量。監(jiān)控計算機在外部供電突然中斷后，仍能運行一段時間，以便保存數(shù)據(jù)和關機，避免數(shù)據(jù)丟失和計算機損壞，特別是避免因突然斷電造成計算機硬盤損壞。

3.5 網(wǎng)絡安全防護

監(jiān)控計算機或信息管理計算機如與局域網(wǎng)或公網(wǎng)互聯(lián)，需安裝硬件防火墻或網(wǎng)絡安全保護軟件，如采用網(wǎng)絡安全保護軟件需要定期升級。同時，數(shù)據(jù)采集軟件和信息管理軟件能對用戶進行驗證，防止非法用戶訪問，避免不當操作造成數(shù)據(jù)丟失。

3.6 自檢、自診斷

數(shù)據(jù)采集裝置在開機或接到自檢指令時，能進行自檢、自診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控計算機。自檢內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)部溫度、工作電壓、充電電壓、采集模塊數(shù)量、采集模塊類型等。

3.7 防雷及抗干擾

監(jiān)測自動化系統(tǒng)具有避雷措施。觀測房和中心控制站等建筑物要安裝避雷針或避雷帶，避免設備遭受雷擊。所有由室外引入室內(nèi)、與設備鏈接的線纜均要接入避雷設備，避免設備遭受感應雷擊。其中電源線應采用多級防雷措施。數(shù)據(jù)采集裝置還應具有抗電磁干擾能力，避免測量時因電磁波干擾造成測量數(shù)據(jù)不正確。

3.8 數(shù)據(jù)異常報警

當測量數(shù)據(jù)異常時，數(shù)據(jù)采集裝置或數(shù)據(jù)采集軟件能夠以文字、語音或光電等方式報警。數(shù)據(jù)異常情況包括測量數(shù)據(jù)缺失、超過儀器量程、數(shù)據(jù)變幅過大、超過工程安全允許值等。

3.9 信息管理

監(jiān)測自動化系統(tǒng)除了具有數(shù)據(jù)采集功能，還應具有信息管理功能。信息管理軟件能夠?qū)ΡO(jiān)測信息有效處理和管理，能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行增、刪、改等操作，特別是能夠錄入人工測量數(shù)據(jù);具有打印報表、繪制圖形等資料整編功能;具有特征值統(tǒng)計、統(tǒng)計模型建立等資料分析功能。

4大壩安全監(jiān)測自動化的作用與意義

4.1 實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測信息化管理

隨著計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展，各級水行政主管部門、水庫上級主管部門和水庫管理單位逐步實現(xiàn)業(yè)務管理信息化和辦公自動化。如果大壩安全監(jiān)測仍采用人工監(jiān)測和手工錄入數(shù)據(jù)方式，將嚴重影響安全監(jiān)測工作效率和安全監(jiān)測信息共享。大壩安全監(jiān)測信息直接存入數(shù)據(jù)庫，采用信息系統(tǒng)技術(shù)對其進行管理，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測信息化，提高水庫安全管理水平。各級水庫管理人員通過計算機網(wǎng)絡能夠?qū)崟r獲取大壩安全監(jiān)測信息，及時掌握大壩安全現(xiàn)狀。

4.2 實現(xiàn)大壩安全快速分析

大壩安全監(jiān)測的目的是及時掌握大壩安全現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。要掌握大壩安全現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢需及時對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行快速分析，而大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)快速分析依賴于監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性、準確性和完整性。由于大壩安全監(jiān)測點多，監(jiān)測部位交通不便，人工采集工作量大、耗時長，難以達到監(jiān)測實時性。而大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)能夠按規(guī)范要求實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

人工采集數(shù)據(jù)時，在測量和數(shù)據(jù)錄入過程中，會由于操作人員的疏忽而產(chǎn)生人為誤差。而且受天氣、交通、制度、責任心等諸多主客觀因素影響，人工采集很難保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。而大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)可24 h全天候不間斷工作，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。擁有實時、準確和完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，大壩安全信息化管理系統(tǒng)可采用大壩安全分析技術(shù)對其進行實時、快速分析，使缺少技術(shù)管理人員的水庫基層單位也能及時掌握大壩安全現(xiàn)狀。

4.3 降低大壩安全監(jiān)測工作成本

大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)變化緩慢，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集不一定需要連續(xù)進行，兩次監(jiān)測時間間隔可以較長，但每隔一次監(jiān)測工作應盡可能地同步完成，這給檢測技術(shù)人員的配置帶來了一定困難。如果監(jiān)測人員安排較多，工作量不飽滿，導致水庫運行管理成本上升;如果監(jiān)測人員安排較少，在汛期或發(fā)生突發(fā)事件時，難以快速完成整個監(jiān)測工作，影響水庫安全運行管理決策工作。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)能夠快速完成大壩安全監(jiān)測工作，不僅提高工作效率，還減少工作人員，降低工作成本。

4.4 提高信息交流效率，便于開展遠程咨詢

由于水庫基層管理單位技術(shù)人員較少，缺少大壩安全方面的專家，在發(fā)現(xiàn)大壩安全隱患或發(fā)生突發(fā)事件時，往往需要上級管理部門或大壩安全管理技術(shù)支撐機構(gòu)的專家提供遠程咨詢或?qū)＜視?。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)將大壩安全監(jiān)測信息存入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)已結(jié)構(gòu)化，有利于各方專家進行監(jiān)測信息交流，提高信息交流效率，便于遠程咨詢和專家會商。

5結(jié)束語

總的來說，中國大壩的安全監(jiān)測自動化工藝已具有明顯的進步，不過還存有一些不足之處。安全監(jiān)測工藝行業(yè)技術(shù)工作人員應當依照現(xiàn)狀，來對其中所存有的技術(shù)方面漏洞進行針對性改進，來使得全部安全監(jiān)測體系穩(wěn)定性得到提升，使得安全監(jiān)測設備規(guī)范化得到提升，來設計得到自動化程度更高的安全監(jiān)測系統(tǒng)。

【參考文獻】

[1]李世友，王奉偉，沈云中.大壩變形時間序列的奇異譜分析[J].測繪通報，2018（ 09） .

[2]陳嬋，田曄.基于統(tǒng)計和混沌優(yōu)化BP 神經(jīng)網(wǎng)絡融合模型的大壩變形預測分析[J].陜西水利，2018（05）：56-60.

[3]景敏.水庫大壩安全監(jiān)測的研究[J].科技經(jīng)濟導刊，2018（25）：122-125.