王振華

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州 510230）

水利工程實際運行過程中，工程的安全運行受多種因素影響，主要包含水庫大壩、輸水渠道、水工建筑物等因素。隨著安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在水利工程中被推廣與應用，安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在實踐工作中得到不斷優(yōu)化與完善，實現了復雜工程的安全監(jiān)測，對大壩、渠道、建筑物等進行自動監(jiān)測。與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測相比，安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)在工作效率方面得到全面提升，借助計算機技術可以實現對水利工程的實時監(jiān)測，數據信息的分析、整合更準確，可以精準、高效地對水利工程的安全性進行評判[1]。加強水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的具體應用研究具有重要意義。

1 工程概況

邱莊水庫安全監(jiān)測項目滿足“無人值班，少人值守”運行管理需要，以自動化觀測為主、人工校測為輔、安全可靠為原則。項目主要涉及新設監(jiān)測儀器設施、原有監(jiān)測儀器設施改造以及監(jiān)測自動化。工程包含監(jiān)測頻次試驗，通過接入自動化內觀測點，自動化安裝調試完成后按1 次/d的頻率進行觀測，汛期或特殊情況時應加密觀測。本工程項目對水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的應用研究具有一定參考價值。

2 水利工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)測點選擇

2.1 邱莊水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)現狀

受水庫建庫歷史條件及運行管理期間經濟技術條件限制，水庫大壩安全監(jiān)測項目有水平位移、沉降、繞滲、壩體水位、混凝土防滲墻應變以及溫度等監(jiān)測設施，溢洪道有沉降及接縫開合度測點等觀測設施。監(jiān)測儀器設施安裝時間較早，存在觀測設施老化失修、部分觀測設施無法正常觀測情況，人工觀測監(jiān)測工作量大。

（1）大壩水平位移及沉降觀測水平位移觀測及沉降測點共18個，均為一體化測點，狀況完好。

（2）大壩繞滲或壩體水位觀測有測壓管81套，其中30套測壓管內部有水，可以進行正常繞滲或壩體水位觀測。

（3）原防滲墻施工時墻體布設48支應變計、6套無應力計，目前有33支應變計、5套無應力計可正常進行觀測。

（4）原防滲墻施工時墻體布設9支溫度計進行防滲墻溫度觀測，目前有5支溫度計可以正常進行觀測。

（5）原溢洪道布設8個垂直位移測點，目前均可以正常施測。

（6）原溢洪道布設12套3向測縫計進行接縫開合度觀測，目前有8套可以正常進行數據采集。

2.2 測點的選擇

安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的測點選擇過程中，必須考慮實現監(jiān)測與滿足實際使用需求兩個方面的因素。目前，水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的測點選擇有兩種較為科學的方案。

（1）將變形監(jiān)測儀器與滲流監(jiān)測儀器安裝在自動化系統(tǒng)中，可以更直觀地呈現測點的數量、監(jiān)測重要部分，實現規(guī)?；刂?。應用這種方案時，不用設置過多測點，只需要將測點設置在自動化系統(tǒng)重點部分，可以使測點更具針對性，滿足檢測的實際要求，降低監(jiān)測成本的支出，保證檢測的效率與穩(wěn)定性。這種方案也存在弊端，自動化系統(tǒng)的實際運行過程中，相關技術工作者承著擔巨大的工作任務，需要人工將相應的檢測數據錄入系統(tǒng)，繁重的工作負擔會影響監(jiān)測數據的準確性。

（2）將所有不受干擾、可實現監(jiān)測功能的儀器接入自動化系統(tǒng)中。這種方案需要設置較大數量的監(jiān)測點，可以實現監(jiān)測效率、速度的全面提升，降低工作人員的工作量，提升測量數據的準確度。但自動化系統(tǒng)需要投入大量的成本，實際監(jiān)測工作相對復雜，該方案的應用范圍存在局限性。

3 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要功能

以實際工程為實例，安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)擬設一個現場中心控制室，管理各個測量控制單元（MCU）以及所聯監(jiān)測儀器，控制測站內聯網傳感器自動采集、及時處理數據，對大壩的安全狀況進行評估。

（1）監(jiān)測功能。

①采集各類傳感器數據。

②設置每支傳感器的警戒值，超過警戒值時自動報警。

（2）顯示功能。

可以顯示本工程的各種狀態(tài)，如建筑物總貌、監(jiān)測系統(tǒng)及分項目蓋康、監(jiān)控圖、過程變化曲線等。

（3）操作功能。

①對監(jiān)控主機或工作站進行監(jiān)視操作，記錄與評估相關情況。

②根據程序與工作狀況發(fā)出不同提示音進行提示。

③運行并管理整個系統(tǒng)。

④在配置、測試、維護方面對系統(tǒng)進行修改。

（4）數據通信功能。

在現場級與管理級方面實現數據通信。

（5）綜合信息管理功能。

可以執(zhí)行在線監(jiān)測并對所得數據進行處理，管理數據庫及圖文資料，離線狀態(tài)下進行分析與安全評估。

（6）系統(tǒng)自檢和報警功能。

自檢系統(tǒng)便于維修，根據自檢結果可以自動在管理主機上顯示故障部位及類型；系統(tǒng)發(fā)生故障時，報警系統(tǒng)可以在屏幕顯示文字或以聲音提示實現示警。

（7）遠程操作功能。

主要針對部分權限用戶，采集數據的方式主要包括選點測量、巡回測量、定時檢測等。

4 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)數據傳輸方案

4.1 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)信息接口、分布以及特征

水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的應用時，必須認真、詳細地分析工程的實際情況和特點。通過分析工程的形勢確定監(jiān)測點的具體分布情況，科學完成網絡接口的規(guī)劃，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供重要的前提保障條件。水利工程中，安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的網絡信息接口一般設置于通風口或排水通道的內部。

4.2 網絡信息的介質選擇

目前，水利工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)中網絡信息的介質主要有光纜、電話線、雙絞線等。在系統(tǒng)的應用過程中，介質的選擇必須考慮系統(tǒng)的運行環(huán)境、介質的特點，保證所選的網絡信息介質滿足系統(tǒng)應用與運行的實際需求。

（1）電話線。

電話線具有極強的抗干擾能力，且具有數據傳輸速度高、信號傳輸穩(wěn)定等優(yōu)勢。但電話線存在局限性，如果遠距離傳輸勢必會影響數據與信號的準確性，在實際應用過程中需要與其他設備配合使用，才能滿足系統(tǒng)的應用需求。

（2）同軸電纜。

同軸電纜結構如圖1所示。

圖1 同軸電纜結構

同軸電纜在傳輸速度、抗干擾能力、數據與信號的準確性方面有絕對優(yōu)勢，但是前期工作資金投入較大，使同軸電纜的應用范圍受到一定限制。

（3）光纜。

光纜的優(yōu)勢主要表現為抗干擾能力較強，應用距離、應用范圍較廣，在數據與信號傳輸方面具有優(yōu)異的表現，具有經濟性，被廣泛應用于水利工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)。

（4）雙絞線。

與電話線、同軸電纜相比，雙絞線在前期工作中不用投入大量資金，在傳輸速度、數據與信號的準確性方面具有極佳的表現。雙絞線應用于遠距離的數據與信號傳輸情況時，必須在合理的位置設置中繼器，保證數據與信號的傳輸速度與準確性。

雙絞線結構如圖2所示。

圖2 雙絞線結構

4.3 水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的具體應用

結合工程案例的實際情況，對通信方式、網絡信息傳輸介質等方面進行對比選擇，提出該水利工程項目中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的具體應用。

工程項目所處地區(qū)環(huán)境較為復雜，考慮項目實際情況，建議自動化系統(tǒng)的網絡信息介質選擇光纜，具有較高的性價比。為了保證安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，需要選擇雙絞線為分支傳輸介質，保證實際運行過程中的環(huán)網或支線斷開等情況均不會影響系統(tǒng)以及網絡的正常運行。這種應用方案可以保證數據與信號的傳輸速度以及準確性，滿足數據與信號的傳輸，滿足圖片數據的傳輸。本方案網絡結構實現最優(yōu)化，在前期的資金、材料投入方面較少，支線接入方式較為靈活，滿足安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的運行、更新以及升級要求。

5 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)軟件管理與控制

系統(tǒng)軟件是水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的重要組成部分，自動化系統(tǒng)功能需要在系統(tǒng)軟件管理與控制的基礎上實現。

系統(tǒng)軟件具有較為完善的檢查功能，在系統(tǒng)的實際運行過程中可以及時收集、分析以及存儲數據，對安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)進行實時管理。水利工程管理人員在日常管理、維護工作中，可以隨時從系統(tǒng)軟件中調取相關數據信息，通過對數據信息的分析，準確判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。水利工程的安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)具體應用過程中，應當重視系統(tǒng)軟件的管理與控制，保證系統(tǒng)能夠順利、穩(wěn)定、安全地完成相關安全監(jiān)測工作。

6 結語

新時代背景下，為了滿足人們的生活需求與社會經濟建設需求，水利工程項目的數量以及建設規(guī)模逐年遞增。需要注重水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的具體應用研究，不斷優(yōu)化與完善相關應用方案，為安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的推廣與應用奠定良好的基礎，對于提升水利工程安全性、保證水利工程發(fā)揮其價值具有重要意義。