淺談大壩安全監測自動化現狀及發展趨勢

王麗蕊

摘 ? 要：大壩安全監測對工程項目運行的穩定性與安全性發揮著重要的作用。通過分析大壩工程安全監測自動化控制現狀，預測未來大壩安全監測的發展趨勢，有助于提升大壩運行管理水平，提升安全監測工作的準確度與高效性，從而保障工程的安全運行。

關鍵詞：安全監測;自動化控制;物聯網;智能化

1 ?引言

截止至2019年底，我國已成為世界上大壩最多的國家，大壩在我國國民經濟的發展中起著不可替代的作用，在社會生活也起著非常重要的作用。因此如何更好的運營管理水利設施顯得愈來愈重要，大壩的安全管理是水利設施運行管理重中之重，而通過安全自動化監測技術能大幅提升大壩運行管理水平。

2 ?大壩安全監測自動化的發展意義

大壩安全監測的功能實現自動化的意義主要體現在以下幾個方面：

第一，自動化技術運用到大壩安全監測中，有助于更快速、更精確地檢驗大壩設計的合理性，提高其設計技術水平與科學性。

第二，安全監測自動化有助于改善施工質量，改進施工技術，借助自動化技術的便利條件，節省建設、運行過程中的成本，減少人力物力的損耗同時加快施工進度，并為其提供科學保障。

第三，自動監測技術有助于保證大壩的高效、安全運用，并提升其運營管理水平，在監測過程中借助自動化技術滿足現代大壩的高精度、長期性、穩定性等一系列要求。

3 ?大壩安全監測自動化體系內容

通常我們將大壩安全監測自動化系統分為如下幾個層級：

第一層級：觀測傳感器，它一般布置在壩體、壩基和主要建筑物的特定位置上，用于反映大壩和壩基工作狀態和環境影響因素的變化量。觀測傳感器種類很多，一般常用的有壓力傳感器、測縫傳感器、液位傳感器、應變傳感器、溫度傳感器等。

第二層級：通常安裝在觀測傳感器附近的測量集線箱，主要用于采集傳感器輸出的模擬量信號并將該信號轉換為數字量，并通過有線總線方式傳輸到中央控制系統內。

第三層級：中央控制系統，它是以大容量計算機為基礎，專用的監測軟件和數據處理軟件為核心的系統。能夠實現如下功能：第一，實時顯示觀測值;第二，對異常的觀測測值進行分級報警;第三，將觀測值存入數據庫，并能從數據庫調出某個時間段的觀測值;第四，對采集的各種傳感器的數據變化量，進行歷史數據對比，相關性分析;第五，對觀測傳感器進行檢查，顯示故障位置。

除了三個主要層級外還有其他用于通訊的設備，主要有不間斷電源、通訊電纜、供電電纜、光纖等。

4 ?大壩安全監測發展趨勢

現在是科技發展迅猛的時代，物聯網，無線技術（GPRS），人工智能，機器人等各種技術的發展是日新月異。在大壩安全監測的領域，物聯網、無線技術（GPRS）、人工智能、機器人等各種技術也在部分地方得到實驗使用。從而使大壩安全監測過程中以自動化取代人工操作，化繁為簡，節省財力勞動力的同時，提升監測工作的準確度。

4.1 ?無線技術（GPRS）

傳統方式，集線箱是通過有線的方式將信號給中央控制系統。有線系統與無線技術組成傳輸系統相比，存在造價高、施工量大、維護困難、易受干擾雷擊的問題。而采用無線傳輸系統，在施工時將大大節約安裝材料，降低了施工費用，縮短了施工周期，據估算造價可能只有原系統造價的30%。同時在運營管理系統穩定性可靠性上大大提高，維護費用大幅降低。其主要設備運行原理是通過相關傳輸設備向無線網絡管理器傳輸數據，從而實現無線技術傳輸。該項技術在山西武鄉關河水庫也開始試用。

4.2 ?物聯網

物聯網模式的大壩安全監測系統是以互聯網為基礎的，構建一個覆蓋區域/流域的水利信息網絡系統。一個區域/流域的各個大壩安全監測數據將數據通過互聯網并入省級中心數據庫，實現了區域/流域水庫大壩安全監測數據的實時監控及信息的互聯與共享。在湖南省大壩安全監測中采用物聯網模式的水庫大壩安全監測系統應用開始進行初步實驗。

4.3 ?人工智能

人工智能技術的發展為實現大壩安全智能決策支持系統提供可能，中央控制系統可以實現從單一的安全數據監測，到安全分析與評價，再到智能決策支持過程，形成一個完整的大壩安全監測與監控體系。灰色系統理論、過程突變理論、應用人工神經網絡技術、結合模糊集和可能性理論等技術已廣泛用于決策支持系統，同樣也能為建立了大壩安全決策支持系統提供了可能。

4.4 ?機器人

結合水聲技術、攝像技術、聲納技術、定位技術的水下機器人已經開始使用。水下機器人方便讓專業人員快速有效地對大壩水下結構進行安全監測，便捷的查明水下工程結構的安全隱患程度大小及其所在位置，對大壩安全日常管理和大壩除險加固設計非常有益。

由水下潛器、控制操作臺、定位系統和圖像聲納系統等構成水下機器人。其中圖像系統由前后視兩臺彩色攝像頭組成。操作人員通過控制操作臺對水下潛器進行便捷控制從而實現機器人移動、相關機械動作和攝像頭角度調整及聚焦，拍攝的圖像經專用傳輸通道實時的傳輸到顯示器上。

經使用監測發現水下機器人具有下潛深度大，行進速度快，監測效率高，水下攝像頭分辨率高，可以清晰顯示大壩水下病變破損現象同時對缺陷位置部位進行記錄。水下機器人可能存在部分的局限性，但是隨著技術的發展將會得到改進，將會是未來大壩安全水下監測的一個主力軍。水下機器人現已在浙江省的永康楊溪溪水庫、金華安地水庫等地使用，得到一致好評。

4.5 ?新型傳感器技術的應用

傳統的監測傳感器易受到電磁等因素的干擾，穩定性差智能化程度比較低無法滿足現代大壩的高精度、長期性、穩定性的要求。

光纖傳感器以光波作為信號的載體的技術得到了發展。因光波具有波粒二象性，該特性使得光纖傳感器在復合材料、土木工程、航空航天、船舶工業、等行業廣泛應用。在大壩安全監測行業，光纖傳感器這種智能監測傳感器也大有用武之地。

據調查發現，光纖傳感器技術已三峽大壩中用于溫度裂縫的監測，在茜坑水庫土壩用于滲流的監測。因光纖材料特性能夠滿足現代大壩的高精度、長期性、穩定性的要求，它必將成為今后一段時間內大壩安全監測中傳感器的主要研究發展方向。

5 ?結束語

本文分析了大壩工程安全監測自動化技術的內容與發展的重要意義，同時對未來大壩安全監測自動化的發展趨勢進行了預測。大壩的安全監測自動化控制水平隨著科技新技術的應用必將向智能化、網絡化、集成化、可靠性、穩定性方面的發展，在一定程度上節省人力物力，提升監測的精準度。使大壩安全監測工作能夠在高效率下實現其真正目的。

參考文獻：

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