大壩監測自動化存在的問題與展望探討

劉春慶 王杰

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

【關鍵詞】大壩;監測自動化;問題;展望

引言

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

1 自動化的定義

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

2 大壩安全監測自動化的目的

通過大壩安全監測自動化，實現大壩安全監測信息化和大壩安全快速分析，降低大壩安全監測工作成本，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保障。

3 安全監測自動化的功能

3.1 數據采集

數據采集裝置具有巡測、選測和定時測量功能。

3.1.1 巡測

數據采集裝置在接收到監控計算機巡測指令后，對所有傳感器進行測量，并將測量數據發送至監控計算機。

3.1.2 選測

數據采集裝置在接收到監控計算機測量某個傳感器指令后，對指定傳感器進行測量，并將測量數據發送至監控計算機.

3.1.3 定時測量

數據采集裝置根據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，數據采集裝置對所有傳感器進行測量，并將測量結果保存至數據采集裝置的內存中，等待監控計算機上線后取數.

3.2 現場數據通信與遠程通信

監控計算機與數據采集裝置之間能夠進行雙向數據通信，監控計算機可向數據采集裝置發送指令，數據采集裝置可向監控計算機發送指令執行情況和監測數據。遠程信息管理計算機與監控計算機之間能夠進行雙向數據通信，遠程信息管理計算機可獲取監控計算機上的監測數據，監控計算機也可獲取遠程信息管理計算機上分析結果和監控指標等。

3.3 數據存儲和備份

數據采集裝置對傳感器進行測量后，測量數據能夠保存在數據采集裝置中，在發送至監控計算機后或接收到刪除指令后，才會刪除數據。監控計算機在接收到監測數據后，將監測數據存儲至數據庫，并對監測數據進行定期備份。

3.4 掉電保護

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

3.5 網絡安全防護

監控計算機或信息管理計算機如與局域網或公網互聯，需安裝硬件防火墻或網絡安全保護軟件，如采用網絡安全保護軟件需要定期升級。同時，數據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據丟失。

3.6 自檢、自診斷

數據采集裝置在開機或接到自檢指令時，能進行自檢、自診斷，并將診斷結果發送至監控計算機。自檢內容包括數據采集裝置內部溫度、工作電壓、充電電壓、采集模塊數量、采集模塊類型等。

3.7 防雷及抗干擾

監測自動化系統具有避雷措施。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、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。數據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據不正確。

3.8 數據異常報警

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

3.9 信息管理

監測自動化系統除了具有數據采集功能，還應具有信息管理功能。信息管理軟件能夠對監測信息有效處理和管理，能夠對監測數據進行增、刪、改等操作，特別是能夠錄入人工測量數據;具有打印報表、繪制圖形等資料整編功能;具有特征值統計、統計模型建立等資料分析功能。

4大壩安全監測自動化的作用與意義

4.1 實現大壩安全監測信息化管理

隨著計算機和網絡技術的快速發展，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業務管理信息化和辦公自動化。如果大壩安全監測仍采用人工監測和手工錄入數據方式，將嚴重影響安全監測工作效率和安全監測信息共享。大壩安全監測信息直接存入數據庫，采用信息系統技術對其進行管理，實現大壩安全監測信息化，提高水庫安全管理水平。各級水庫管理人員通過計算機網絡能夠實時獲取大壩安全監測信息，及時掌握大壩安全現狀。

4.2 實現大壩安全快速分析

大壩安全監測的目的是及時掌握大壩安全現狀和發展趨勢。要掌握大壩安全現狀和發展趨勢需及時對大壩安全監測數據進行快速分析，而大壩安全監測數據快速分析依賴于監測數據的實時性、準確性和完整性。由于大壩安全監測點多，監測部位交通不便，人工采集工作量大、耗時長，難以達到監測實時性。而大壩安全監測自動化系統能夠按規范要求實時采集監測數據，及時進行數據處理，并將數據存入數據庫。

人工采集數據時，在測量和數據錄入過程中，會由于操作人員的疏忽而產生人為誤差。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測數據的連續性和完整性。而大壩安全監測自動化系統可24 h全天候不間斷工作，保證監測數據的連續性和完整性。擁有實時、準確和完整的監測數據后，大壩安全信息化管理系統可采用大壩安全分析技術對其進行實時、快速分析，使缺少技術管理人員的水庫基層單位也能及時掌握大壩安全現狀。

4.3 降低大壩安全監測工作成本

大壩安全監測數據變化緩慢，監測數據采集不一定需要連續進行，兩次監測時間間隔可以較長，但每隔一次監測工作應盡可能地同步完成，這給檢測技術人員的配置帶來了一定困難。如果監測人員安排較多，工作量不飽滿，導致水庫運行管理成本上升;如果監測人員安排較少，在汛期或發生突發事件時，難以快速完成整個監測工作，影響水庫安全運行管理決策工作。大壩安全監測自動化系統能夠快速完成大壩安全監測工作，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人員較少，缺少大壩安全方面的專家，在發現大壩安全隱患或發生突發事件時，往往需要上級管理部門或大壩安全管理技術支撐機構的專家提供遠程咨詢或專家會商。大壩安全監測自動化系統將大壩安全監測信息存入數據庫，數據已結構化，有利于各方專家進行監測信息交流，提高信息交流效率，便于遠程咨詢和專家會商。

5結束語

總的來說，中國大壩的安全監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。安全監測工藝行業技術工作人員應當依照現狀，來對其中所存有的技術方面漏洞進行針對性改進，來使得全部安全監測體系穩定性得到提升，使得安全監測設備規范化得到提升，來設計得到自動化程度更高的安全監測系統。

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