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大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)

文檔作者：朱化平文檔來源：遼寧省湯河水庫(kù)管理局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月30日
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2017年第3 期東北水利水電
大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)
朱化平
［摘要］湯河水庫(kù)原自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已運(yùn)行十幾年，日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足正常工
作需要。為徹底解決該問題，結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不變的情況下，更新改
造了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。全新的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)行更加穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加可靠，
數(shù)據(jù)處理及整編分析等功能更加完善，更新改造取得了良好效果。
［關(guān)鍵詞］大壩安全監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化；測(cè)壓管；整編分析
［中圖分類號(hào)］ TV698 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ B
［文章編號(hào)］1002－0624（2017）03－0063－02
（遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧遼陽(yáng)111000）
1 工程概況
湯河水庫(kù)是一座以防洪、城市和工業(yè)供水、農(nóng)
業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的國(guó)家大
（2）型水利樞紐工程。主要的樞紐建筑物有大壩、
泄洪洞、溢洪道、發(fā)電廠。大壩為粘土斜墻砂殼壩。
為監(jiān)測(cè)壩體在水庫(kù)蓄水運(yùn)行過程中可能發(fā)生的變
形穩(wěn)定情況，分別在防浪墻布設(shè)8 個(gè)標(biāo)點(diǎn)，即C1-
C8； 在壩體下游坡面分別于樁號(hào)0+100、0+220、
0+340 壩段布置3 個(gè)觀測(cè)斷面， 共計(jì)9 個(gè)標(biāo)點(diǎn)，即
B1-B9，用以監(jiān)測(cè)壩體的變形情況。為監(jiān)測(cè)壩體在
水庫(kù)蓄水運(yùn)行過程中壩體滲流情況， 分別在壩體
下游坡面分別于樁號(hào)0+100、0+220、0+340 壩段3
個(gè)斷面布置測(cè)壓管，共計(jì)9 根，即A1-A9；壩址位
置共計(jì)3 根，即A16-A18，共計(jì)12 根壩體測(cè)壓管，
用以反映壩體浸潤(rùn)線。壩體東西兩端分別布置4
根，即R1-R4、R5-R8，共計(jì)8 根繞壩測(cè)壓管，用
以反映壩體繞壩滲流情況。
2003 年， 湯河水庫(kù)安裝了大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)
化系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了壩體浸潤(rùn)線及繞壩滲流的自動(dòng)化
觀測(cè)，通過十幾年的運(yùn)行，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系
統(tǒng)日益老化，故障頻發(fā)，已不能滿足工作需要。因
此，2014 年湯河水庫(kù)重新更換壩體自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系
統(tǒng)，硬件系統(tǒng)重新布設(shè)，軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及資
料的整編與分析功能更加完善， 保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
的實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)分析，并增加了溢洪道閘門底板
揚(yáng)壓力觀測(cè)的自動(dòng)化功能。同時(shí)在圖形報(bào)表及整
編分析模塊中增加了壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理與
分析功能，可通過人工錄入壩體變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)
現(xiàn)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化整編分析， 規(guī)范了數(shù)據(jù)
整理，提高了工作效率，也為壩體的安全運(yùn)行提供
了保障。
2 自動(dòng)化硬件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)
2.1 硬件系統(tǒng)的組成
大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系
統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組成。
1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。湯河水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自
動(dòng)化系統(tǒng)通過自動(dòng)化采集的數(shù)據(jù)主要有壩體及繞
壩測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)、溢洪道閘門底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)。
各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要通過布設(shè)的傳感器測(cè)得。
2）通訊系統(tǒng)。各測(cè)壓管中傳感器所采集的數(shù)
據(jù)首先通過光纜傳送至MCU， MCU 將接收到的
數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 再通過光纜傳送至壩下服務(wù)器的
軟件系統(tǒng)中。
2.2 硬件系統(tǒng)的改進(jìn)
傳感器是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端， 也是保
證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠的重要環(huán)節(jié)。因此選擇一款
經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐具有長(zhǎng)期可靠性的傳感器至關(guān)重
要，此次更新改造，將原有測(cè)壓管中水位傳感器全
水利信息化
萬(wàn)方數(shù)據(jù) ·63 ·
東北水利水電2017年第3期
（下轉(zhuǎn)第67 頁(yè)）
部更換， 保證所測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。同時(shí)更新改造
MCU 以及重新布設(shè)光纜，保證數(shù)據(jù)的正確處理和
實(shí)時(shí)傳輸。
3 自動(dòng)化軟件系統(tǒng)的組成與改進(jìn)
3.1 軟件系統(tǒng)組成
水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)主要由7
個(gè)模塊組成。分別為監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
處理、圖形報(bào)表、分析模型、系統(tǒng)管理、自動(dòng)化數(shù)據(jù)
導(dǎo)入模塊和實(shí)時(shí)分析及數(shù)據(jù)備份模塊。
1）監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)資料管理系統(tǒng)包
括儀器管理、儀器類型管理、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理、測(cè)點(diǎn)
管理、工程檔案管理。通過錄入監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的概況、
各測(cè)點(diǎn)概況、觀測(cè)儀器類型以及工程檔案等資料，
使得監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理更加嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。
2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理主要包括監(jiān)
測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警及整編、監(jiān)測(cè)量特
征值統(tǒng)計(jì)、日程巡查錄入/查詢4 個(gè)模塊，其中監(jiān)
測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入為系統(tǒng)初始界面， 主要用于輸入
人工觀測(cè)數(shù)據(jù)以及修改異常數(shù)據(jù)， 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警
及整編主要用于刪除超過設(shè)定值的異常數(shù)據(jù)，監(jiān)
測(cè)量特征值統(tǒng)計(jì)用于統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)量特征值， 日程巡
查錄入/查詢用于日常巡查錄入及查詢。
湯河水庫(kù)測(cè)壓管水位觀測(cè)， 在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)
行正常的情況下，每月人工觀測(cè)1 次，用以及時(shí)校
核自動(dòng)化觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修正。通過監(jiān)測(cè)
數(shù)據(jù)人工錄入功能， 可以及時(shí)錄入因斷電以及其
他不可抗因素導(dǎo)致的自動(dòng)化漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)數(shù)據(jù)，保證
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整、可靠。
湯河水庫(kù)大壩變形觀測(cè)包括壩體水平位移觀
測(cè)和壩體垂直位移觀測(cè)，每年進(jìn)行2 次，汛前汛后
各進(jìn)行1 次。變形觀測(cè)尚未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，目前僅
實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)儀器自動(dòng)化，需人工進(jìn)行觀測(cè)后，通過
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入功能，將壩體水平、垂直位移觀
測(cè)數(shù)據(jù)錄入至軟件系統(tǒng)， 之后應(yīng)用系統(tǒng)的整編分
析功能進(jìn)行壩體運(yùn)行分析。
3）圖形報(bào)表。圖形報(bào)表主要包括單點(diǎn)過程線
繪制、多點(diǎn)過程線繪制、監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)考證
表、監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表、相關(guān)監(jiān)測(cè)量分析圖五大模
塊，初始界面為單點(diǎn)過程線繪制。
通過圖形報(bào)表功能， 可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果
表以及過程線的自動(dòng)繪制生成。相比人工作表，既
提高了工作效率，減少了人為誤差，又使得表格更
加規(guī)范。
4）分析模型。分析模型主要包括壩體監(jiān)測(cè)斷
面滲流壓力分布圖、測(cè)壓管水位位勢(shì)圖、水平位移
分布圖、垂直位移分布圖、滲流分析、滲流評(píng)判及
預(yù)報(bào)、變形分析、變形評(píng)判及預(yù)報(bào)、大壩安全綜合
分析。
分析模型將各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整理、
分析，最終總結(jié)出大壩安全的綜合分析，該模塊是
整套軟件系統(tǒng)的核心模塊， 也是新系統(tǒng)相比原系
統(tǒng)最大的改進(jìn)。
5）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括用戶管理、角色管
理、登陸日志、操作日志、系統(tǒng)菜單管理5 大模塊。
通過用戶管理可以設(shè)定人員登陸權(quán)限， 通常
非管理人員的權(quán)限為僅可通過系統(tǒng)查看監(jiān)測(cè)數(shù)
據(jù)，查看壩體運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)，無法更改數(shù)據(jù)，最
大限度保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全。同時(shí)通過登陸日志
及操作日志， 可查看歷史登陸記錄和歷史操作記
錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)誤操作。
6）自動(dòng)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和實(shí)時(shí)分析及數(shù)據(jù)備
份模塊。通過自動(dòng)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊和數(shù)據(jù)備份模
塊，可定期將系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)
意外丟失。
3.2 軟件系統(tǒng)的完善與改進(jìn)
與原系統(tǒng)相比， 現(xiàn)有系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理及資料
整編分析方面更加完善， 主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處
理、圖形報(bào)表和分析模型3 個(gè)模塊。
大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行， 首先是通過水位
傳感器測(cè)得各測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)， 再通過通訊系統(tǒng)
傳送到壩下服務(wù)器，之后可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、整編分
析以及存檔等操作。新系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理模塊增
加了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入和整編功能， 系統(tǒng)設(shè)置水
位傳感器每間隔1 h 觀測(cè)1 次測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)，
并上傳至服務(wù)器。湯河水庫(kù)在系統(tǒng)運(yùn)行正常期間，
每月校測(cè)1 次測(cè)壓管水位， 之后與自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)
據(jù)對(duì)比校核，發(fā)現(xiàn)異常重新人工校測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)
據(jù)處理模塊輸入人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，并修改異常數(shù)據(jù)。
圖形報(bào)表和分析模型2 大模塊主要應(yīng)用于大
壩安全監(jiān)測(cè)資料的整編與分析。湯河水庫(kù)每年年
初對(duì)上一年的大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整編
水利信息化
· 64 ·萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017年第3 期東北水利水電
分析，其中包括測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)、壩體變形觀測(cè)數(shù)
據(jù)以及揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的整編與分析。新系統(tǒng)中，圖形
報(bào)表和分析模型2 大模塊完善了測(cè)壓管水位數(shù)據(jù)
的圖形報(bào)表處理和整編分析功能， 同時(shí)增加了溢
洪道底板揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)的處理及分析， 以及壩體變
形觀測(cè)數(shù)據(jù)的圖形報(bào)表及整編分析。溢洪道底板
揚(yáng)壓力數(shù)據(jù)可通過自動(dòng)化系統(tǒng)直接上傳至服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫(kù)，直接進(jìn)行圖形報(bào)表與數(shù)據(jù)處理分析。壩體
變形觀測(cè)數(shù)據(jù)尚未實(shí)行全自動(dòng)化， 需人工進(jìn)行觀
測(cè)， 再通過系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)人工錄入功能錄入至
服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，再形成報(bào)表，進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整
編與分析。
通過該系統(tǒng)， 可完全實(shí)現(xiàn)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料
整編的自動(dòng)化，根據(jù)大壩安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)范，
測(cè)壓管水位成果表、測(cè)壓管水位與庫(kù)水位相關(guān)過
程線、測(cè)壓管水位位勢(shì)成果表、測(cè)壓管水位位勢(shì)過
程線、壩體水平位移成果表、壩體垂直位移成果
表、湯河水庫(kù)逐日水位表、湯河水庫(kù)逐日降水量表
均可通過該系統(tǒng)自動(dòng)化生成， 之后形成大壩安全
監(jiān)測(cè)資料的整編與分析材料。
4 結(jié)語(yǔ)
大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化是大壩現(xiàn)代化安全管理
的重要手段， 大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)
壩體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的
實(shí)時(shí)傳送， 確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體運(yùn)行當(dāng)中的異常情
況， 在湯河水庫(kù)壩體安全管理中發(fā)揮了至關(guān)重要
的作用。更新改進(jìn)后的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 運(yùn)行穩(wěn)
定、良好， 數(shù)據(jù)處理及分析功能都有了較大的提
高，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，實(shí)時(shí)反映壩體及水
工建筑物的運(yùn)行狀態(tài)， 為壩體的穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)
管理提供了有力依據(jù)。
［參考文獻(xiàn)］
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水利技術(shù)監(jiān)督,2000,8（5）：25-27.
（上接第64 頁(yè)）
[收稿日期] 2016-11-11
[收稿日期] 2016-10-25
性和易操作性。
3.1.4 洪水預(yù)報(bào)軟件
洪水預(yù)報(bào)軟件在原洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)上進(jìn)行
升級(jí)改造，由數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、洪水
預(yù)報(bào)模塊、成果分析模塊、成果輸出模塊等組成。
洪水預(yù)報(bào)軟件基于實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫(kù)，采用模塊化、
開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有交互性強(qiáng)、功能全面、操作
方便的優(yōu)點(diǎn)。
3.1.5 水情動(dòng)態(tài)顯示軟件
水情動(dòng)態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)流域水情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，
雨量、水位、流量動(dòng)態(tài)顯示，用戶可以通過瀏覽器
在網(wǎng)上實(shí)時(shí)了解掌握水情信息。對(duì)水情動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)
進(jìn)行改造升級(jí)，可使用戶體驗(yàn)更佳。
4 結(jié)語(yǔ)
在察爾森水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中， 利用先進(jìn)的
技術(shù)和設(shè)備對(duì)水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行全面升
級(jí)改造， 有助于為察爾森水庫(kù)的防洪調(diào)度提供更
加及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)，提高水庫(kù)在防洪、興利方面的
綜合實(shí)力。
［參考文獻(xiàn)］
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