朱位隆

(上饒市國控水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江西 上饒 334000)

水庫作為我國重要的水利工程，發(fā)揮著調(diào)節(jié)水流、灌溉、防洪等作用。大壩屬于水庫建筑構(gòu)件中的一部分，大壩的監(jiān)測管理直接影響到水庫的安全性能，是水庫實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的基本保障。當(dāng)前處于智能化發(fā)展時代，各行各業(yè)都跟隨時代腳步，積極改革。水庫大壩安全監(jiān)測同樣也需要注入新的“血液”，把握時代賦予的機(jī)遇，利用自動化技術(shù)提高大壩安全監(jiān)測的水平，避免不必要的風(fēng)險，保障大壩安全穩(wěn)定運行。

1 意義

水庫大壩安全監(jiān)測是水電站重要的基礎(chǔ)工作，若沒有達(dá)到大壩安全監(jiān)測的要求，則會遺漏重要的安全問題，進(jìn)而引發(fā)大壩安全事故，造成難以預(yù)估的損失。現(xiàn)有的水庫大壩安全監(jiān)測主要還是以人工監(jiān)測為主，工作強(qiáng)度較大且易受人為因素的影響，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏可靠性，不能反映建筑物實際變化情況，尤其是在洪水、地震等異常條件下，無法實施動態(tài)監(jiān)測。因此，必須完善大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，將部分關(guān)鍵監(jiān)測項目轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊O(jiān)測方式，無論是對大壩所在地區(qū)，還是國家都具有積極的意義。對于水庫大壩工作人員而言，自動化安全監(jiān)測減輕了他們的工作量，使工作內(nèi)容分工更加具有針對性和效率，對于國家來看，大壩的安全問題與國家的民生問題密不可分，水電大壩的自動化安全監(jiān)測提高了監(jiān)測性能，使得監(jiān)測結(jié)果更加科學(xué)和準(zhǔn)確。比如我國龍羊峽水電站大壩在應(yīng)用自動化監(jiān)測技術(shù)后，工程運轉(zhuǎn)更加高效，數(shù)據(jù)監(jiān)測更加準(zhǔn)確，為水電站現(xiàn)代化安全監(jiān)測做出了典范。可見，大壩自動化安全監(jiān)測是行業(yè)發(fā)展的要求，也是水利工程運行管理工作的要求，是水利工程信息化建設(shè)的重要組成部分。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)可以及時精確地檢驗出大壩設(shè)計是否符合實際需求，大壩建設(shè)與運行是否正常，對提高設(shè)計方案的合理性和大壩的安全監(jiān)測水平具有重要的意義[1]。大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)的應(yīng)用可以滿足現(xiàn)代化大壩高標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定性強(qiáng)等的監(jiān)測要求，為大壩的安全長效運行提供了基礎(chǔ)保障[2]。20世紀(jì)60年代，我國多次出現(xiàn)大壩失事事故，對國家社會造成嚴(yán)重?fù)p失，例如石漫灘水庫的垮壩事件[3]。經(jīng)過這些事件，人們開始逐漸重視大壩安全監(jiān)測工作，加上計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，為監(jiān)測設(shè)備向自動化方向發(fā)展提供了有利的條件[4]。20世紀(jì)90年代初，我國部分大壩安裝了遙測儀器，能完成單項或多項自動化監(jiān)測項目，但因受到技術(shù)性能和設(shè)備質(zhì)量的限制，系統(tǒng)易出現(xiàn)故障，監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏可靠性，導(dǎo)致監(jiān)測自動化技術(shù)無法普及使用。目前，我國大壩安全自動化監(jiān)測技術(shù)已相對成熟，并取得較好的效果，但隨著我國用電量需求的不斷增加，水庫大壩的建設(shè)步伐逐步加快，對大壩安全自動化監(jiān)測也提出了更高的要求，因此，必須加快提升自動化監(jiān)測技術(shù)，解決自動化技術(shù)應(yīng)用中的瓶頸問題，推動大壩現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

2.2 存在的問題

一些水電站依舊利用人力監(jiān)測技術(shù)，這種傳統(tǒng)方法可靠性較低，若在惡劣的環(huán)境條件中還容易發(fā)生危險，所以不應(yīng)再被沿用。自動化檢測技術(shù)相對傳統(tǒng)人力監(jiān)測方法，具有更高的準(zhǔn)確性和安全性，還能降低勞動強(qiáng)度，提升安全監(jiān)測的效率，因此，被許多水庫大壩廣泛應(yīng)用，但在自動化技術(shù)普及過程中，依舊存在一些問題急需解決，比如設(shè)備故障頻發(fā)、維修復(fù)雜等，針對這些問題，我們要及時找到解決措施，從而保證大壩自動化監(jiān)測的可行性和全面性，提高大壩整體建設(shè)質(zhì)量，避免安全事故的發(fā)生，保障人員的人身安全和企業(yè)的最大效益。

3 應(yīng)用策略分析

3.1 加強(qiáng)巡視檢查與設(shè)備檢測，優(yōu)化項目設(shè)計布置

大壩安全監(jiān)測的監(jiān)測內(nèi)容主要包括巡視檢查和設(shè)備檢測，設(shè)備檢測分為滲流、溫度等多個監(jiān)測項目[5]，巡視檢查是指直觀查看大壩的運行狀態(tài)。據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，大部分水庫在垮壩之前會出現(xiàn)相應(yīng)征兆，若能及時進(jìn)行巡視檢查，就可以盡量減少或避免發(fā)生垮壩事件，因此應(yīng)加大對病險水庫的巡視力度，以保障水庫的安全運行。而通過應(yīng)用隱患探測技術(shù)等自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對水庫大壩中主要建筑物及設(shè)施設(shè)備進(jìn)行實時圖像監(jiān)控[6]，極大地提高監(jiān)測質(zhì)量和效率。大壩安全監(jiān)測項目的設(shè)計，直接影響到工程監(jiān)測的最終效果。因此，大壩安全監(jiān)測項目不僅要符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，還應(yīng)重視影響工程安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對其進(jìn)行重點監(jiān)測，以保證監(jiān)測點結(jié)構(gòu)設(shè)置優(yōu)化合理，與相關(guān)監(jiān)測項目密切配合，便于后期分析與應(yīng)用。

3.2 采用自動化采集方式，提高系統(tǒng)抗干擾能力

大壩安全監(jiān)測信息的采集主要針對設(shè)置的監(jiān)測點，采集方式可分為人工采集和自動采集兩種，當(dāng)前隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測信息采集方式已逐漸趨于自動化。一般情況下，自動化系統(tǒng)包括配套設(shè)置的傳感器和測量控制裝置兩部分。其中，傳感器是自動化監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部件，直接影響到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的可靠度。測量控制裝置的主要任務(wù)是進(jìn)行工程現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，并控制采集信息時所涉及的相關(guān)設(shè)備，具有數(shù)據(jù)測量及存儲、防雷、自動供電和停電保護(hù)等功能。數(shù)據(jù)采集軟件是與控制裝置相配套的軟件，其主要具備初始化、單點測量、定時測量及數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。伴隨著自動化技術(shù)的發(fā)展與普及，測量控制單元板塊逐漸實現(xiàn)智能化和標(biāo)準(zhǔn)化，更有利于系統(tǒng)的操作與維護(hù)。自動化采集系統(tǒng)一般分為傳感器和測量控制裝置兩部分，但應(yīng)用自動化控制技術(shù)后，能將系統(tǒng)與計算機(jī)相連接，提高系統(tǒng)抗干擾能力，例如GPS監(jiān)測系統(tǒng)、智能傳感器等。在原有的監(jiān)測點式基礎(chǔ)上，已開始推廣使用分布式光纖溫度、激光掃描等監(jiān)測技術(shù)，解決了點式監(jiān)測的難點問題，實現(xiàn)了長距離分布式監(jiān)測。并隨著監(jiān)測技術(shù)水平的提高，已能將一種監(jiān)測儀器應(yīng)用于多個監(jiān)測項目中，例如可以用應(yīng)用差阻儀進(jìn)行變形監(jiān)測和溫度監(jiān)測等。

3.3 組織專業(yè)技能培訓(xùn)，切實解決安全問題

大壩實現(xiàn)安全自動化監(jiān)測并不代表完全不需要人員進(jìn)行監(jiān)測，而是減少了安全監(jiān)測人員的大部分工作量，依然需要安全監(jiān)測人員投入到實地分析和信息處理的工作崗位中。因此，這些大壩工作人員兼具著更加嚴(yán)峻的任務(wù)，首先應(yīng)對他們進(jìn)行自動化、智能化的技能培訓(xùn)，掌握常見的設(shè)施設(shè)備，如智能傳感器、中央控制設(shè)備等，這些設(shè)備的學(xué)習(xí)有些需要外出參加系統(tǒng)的培訓(xùn)，通過專業(yè)學(xué)習(xí)后，將設(shè)備使用技術(shù)傳授給需要實地采集的人員，并教會他們簡單的數(shù)據(jù)處理方法。還需要培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員，將采集的數(shù)據(jù)信息和智能分析后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行完善的匯總與分析，從而掌握水庫大壩的使用效能，并對出現(xiàn)的問題提供良好的預(yù)判依據(jù)。這種模式下，不僅能保障水庫工作人員的生計問題，還有利于提高水庫大壩安全監(jiān)測的質(zhì)量與效率，實時掌握水庫的運行情況，以及運行問題的防范，進(jìn)一步體現(xiàn)了水庫安全監(jiān)測的現(xiàn)代化發(fā)展水平。

3.4 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)管理平臺，實現(xiàn)信息資源共享

利用通信設(shè)備、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫共同完成監(jiān)測的信息傳輸與管理。其中，通信設(shè)備是為信息傳輸設(shè)備和監(jiān)控主機(jī)之間提供的通信通道，起到采集與傳輸系統(tǒng)指令的作用，組成部分為傳輸介質(zhì)(如光纜等)和信號傳輸設(shè)備(如無線電臺等)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要組成部分是傳輸介質(zhì)、集線設(shè)備、服務(wù)器及其他相關(guān)的應(yīng)用軟件等，系統(tǒng)能為大壩安全監(jiān)測工作提供一個高效的網(wǎng)絡(luò)管理平臺，其具備人工控制、遠(yuǎn)程控制等多種數(shù)據(jù)管理模式，加快實現(xiàn)了信息資源共享的功能。數(shù)據(jù)庫主要是在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，負(fù)責(zé)匯總信息采集系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成、分類和備份，以確保共享信息的數(shù)據(jù)安全。

3.5 運用科學(xué)監(jiān)測手段，提升服務(wù)與應(yīng)用水平

監(jiān)測信息的服務(wù)與應(yīng)用是大壩安全監(jiān)測體系應(yīng)用自動化技術(shù)的直接體現(xiàn)[7]?；贐/S結(jié)構(gòu)，借助計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)軟件工程開發(fā)公共服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的查詢、統(tǒng)計等服務(wù)功能。通過互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)實時采集與監(jiān)控設(shè)置測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為大壩安全監(jiān)控與管理提供了便利條件。監(jiān)測信息的具體應(yīng)用需通過自動采集信息方式，運用現(xiàn)代數(shù)學(xué)手段分析挖掘監(jiān)測信息，建立數(shù)據(jù)分析評價模型，再按照安全評價導(dǎo)則與技術(shù)專家建議，完善大壩安全評判標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)則，為預(yù)測預(yù)警工作提供的技術(shù)條件。除此之外，還可以將大壩自動化技術(shù)中現(xiàn)行的智能傳感技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，因為智能傳感主要是由3個傳感器構(gòu)成，完成傳感后需進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而人工智能在數(shù)據(jù)處理方面更具有優(yōu)勢，因此其與自動化技術(shù)的相互銜接，能最大程度上減小大壩的人工投入，并能利用人工智能龐大的數(shù)據(jù)庫條件和高效的分析手段，對大壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確監(jiān)測，對出現(xiàn)問題的預(yù)判和分析數(shù)據(jù)的能力整體是優(yōu)于人工的，促進(jìn)了大壩自動化進(jìn)程，大壩發(fā)展具有重要意義。

4 大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和軟件工程的興起，加速建立了大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，并逐步朝向智能化、實用化以及規(guī)?；较虬l(fā)展。結(jié)合目前水庫大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)發(fā)展情況，預(yù)判未來的發(fā)展趨勢如下：

(1)設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。目前國內(nèi)外的大多數(shù)監(jiān)測儀器生產(chǎn)廠家都存在設(shè)備接口和系統(tǒng)不通用的情況，以及缺乏專業(yè)的安裝調(diào)試人員，使得大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用進(jìn)程十分緩慢，因此，后期需加強(qiáng)研究關(guān)于通訊接口、電源接口等設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)，健全相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，為系統(tǒng)設(shè)備與模塊間的集成提供技術(shù)支持。

(2)遠(yuǎn)程控制與實時診斷。由于基層管理工作人員的知識水平相對較低，因此，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與實時診斷，能協(xié)助維護(hù)人員獲取準(zhǔn)確的維護(hù)維修信息，以便及時處理存在的問題。比如，通過無線網(wǎng)絡(luò)，用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集及系統(tǒng)的維護(hù)與升級等工作，并設(shè)置大壩安全報警提示，從而第一時間發(fā)現(xiàn)故障，保障大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行[9]。

(3)整合自動化系統(tǒng)。當(dāng)前我國許多水庫大壩均安裝了水情預(yù)測、視頻監(jiān)控等自動化系統(tǒng)，但只有將這些系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，才能優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，在保證大壩安全的前提條件下，提升水庫經(jīng)濟(jì)效益。并能在汛期提供充裕的防洪庫容，優(yōu)化調(diào)度管理體系，達(dá)到防汛抗災(zāi)的目的。利用云計算技術(shù)集成大壩群信息系統(tǒng)，采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法整合大壩群數(shù)據(jù)資源，其中還涉及到GIS、遠(yuǎn)程通訊等技術(shù)。建立相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，集中處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，找出變化規(guī)律，以合理利用數(shù)據(jù)資源，提升大壩運行與管理水平。通過云平臺統(tǒng)一管理所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等信息。當(dāng)前我國集成大壩信息系統(tǒng)工作已全面開展，其中在杭州大壩中心對電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了集中管理，湖南省大壩中心也已將部分水庫的監(jiān)測信息進(jìn)行集中發(fā)布與管理。今后在數(shù)據(jù)共享利用、分析以及大數(shù)據(jù)方面還需要深度研究。

(4)運行管理移動化和便捷化。移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使得移動基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備數(shù)量逐漸增加，其中智能手機(jī)以被廣泛普及使用。通過移動互聯(lián)網(wǎng)手段可以解決在空間、時間上的管理問題，及時發(fā)現(xiàn)和處理現(xiàn)場的突發(fā)性事件。比如可以利用手機(jī)APP線上進(jìn)行大壩安全巡視檢查工作，配合使用GPS定位、攝像等方法達(dá)到實時巡查的要求，及時上報監(jiān)測情況，通過此類方式，能有效減輕巡查工作量，保證巡查路線及流程的規(guī)范性。

(5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)。近年來，水利工程中開始逐漸應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，該技術(shù)的使用需與GIS、GPS以及RS技術(shù)相互結(jié)合[10]。其中在大壩安全監(jiān)測自動化中的應(yīng)用主要分為3個方面，一是可記錄大壩動態(tài)模擬的產(chǎn)生、發(fā)展過程，包括大壩變形、裂縫等現(xiàn)象，最終呈現(xiàn)可視化三維動態(tài)。二是通過模擬潰壩、泄洪等變化類型對大壩安全的影響，進(jìn)行損失綜合評價。三是利用虛擬現(xiàn)實環(huán)境，結(jié)合當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)資源優(yōu)勢，開發(fā)大壩安全診斷系統(tǒng)。

5 結(jié)語

大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展是一項長期且較為艱巨的工程，當(dāng)前該項技術(shù)的應(yīng)用還有待完善與進(jìn)步，后期應(yīng)培訓(xùn)專業(yè)的技術(shù)人員，加強(qiáng)對自動化技術(shù)的研究與應(yīng)用，不斷提高水利工程自動化建設(shè)水平，為水庫大壩安全監(jiān)測工作提供有力支持。同時，還需要把握好監(jiān)測重點，完善大壩安全監(jiān)測體系，提升大壩的安全性能，降低事故發(fā)生風(fēng)險的概率，進(jìn)一步發(fā)揮工程的綜合效益。