自動化檢測系統在大壩安全監測中的應用

摘要：大壩是水利水電工程的核心組成部分，其安全性和穩定性直接關系著人民群眾的生命財產安全以及社會經濟的穩定發展。隨著大壩的種類和數量逐漸增多，其運行管理日益復雜，通過應用自動化檢測系統，及時發現并處理潛在的安全隱患，實時獲取大壩的各項運行數據，為安全管理決策的制定與實施提供可靠依據，有效避免安全事故的發生。

關鍵詞：自動化檢測系統大壩安全監測數據預處理

ApplicationofAutomatedDetectionSysteminDamSafetyMonitoring

WEIChangming

NingxiaSmartWaterNetworkResearchInstitute，Yinchuan，NingxiaHuiAutonomousRegion，750000China

Abstract：Damsarethecorecomponentsofwaterconservancyandhydropowerproject，andtheirsafetyandstabilityaredirectlyrelatedtothesafetyofpeople'slivesandproperty，aswellasthestabledevelopmentofthesocialeconomy.Withtheincreasingvarietyandquantityofdams，theiroperationandmanagementhavebecomeincreasinglycomplex.Theycandetectandhandlepotentialsafetyhazardsintimethroughtheapplicationofautomateddetectionsystems，obtainreal-timeoperationaldataofdams，providereliablebasisfortheformulationandimplementationofsafetymanagementdecisions，andeffectivelyavoidtheoccurrenceofsafetyaccidents.

KeyWords：Automateddetectionsystem;Dam;Safetymonitoring;Datapreprocessing

自動化檢測系統借助先進的自動化技術和信息技術手段，在大壩安全監測中得到廣泛應用，能實時、精準地監測大壩的運行狀態，為大壩的安全管理提供有力支撐。同時，通過數據的實時分析和處理，降低人工監測的成本和風險，提高監測的效率和精度，并采取相應的措施進行干預，保證大壩運行狀態正常、穩定，從而提高大壩安全管理水平。

1自動化檢測系統的工作原理與核心技術

自動化檢測系統在大壩安全監測中的應用，其核心在于通過一系列技術手段實現對大壩運行狀態的實時、精準監測。系統的工作原理主要基于傳感器技術、信號分析、模式識別以及人工智能等先進科技，共同構建一個高效、穩定的安全監測體系。傳感器技術是自動化檢測系統的基石，其精度、穩定性和可靠性直接影響整個系統的性能；數據處理與分析技術，包括信號分析、模式識別、數據挖掘等，能處理大量的監測數據，提取出有價值的信息，為大壩的安全評估提供科學依據；人工智能與機器學習技術，通過訓練和優化模型，系統能自動適應大壩運行狀態的變化，提高監測的智能化水平，為大壩的安全管理提供有力支持[1]。

2工程概況

河西溝水庫位于青海省民和縣湟水河下游南岸一級支流米拉溝支流下硤溝溝口以上2km處，距民和縣城約27km，下硤溝流域面積為30.6km2，壩址以上集水面積27.4km2。水庫總庫容為317.6×104m3，控制灌溉面積為1.4×104畝，屬Ⅳ等小（1）型工程。工程主要以灌溉及鄉鎮供水為主，可為下游3.4萬人和2.385萬頭（只）牲畜供水，改善灌溉面積1.40萬畝，并為鄉鎮產業發展提供水源。河西溝水庫工程主要由大壩、溢洪道和導流放水洞三部分組成。

4.1大壩

大壩壩型為壤土心墻砂殼壩，壩頂長170m，壩頂寬7m，最大壩高76.4m，壩頂高程為2467.60m。上游壩坡1：2.25，下游壩坡1：2，壩基防滲采用開挖齒槽，基巖設帷幕灌漿，上、下游壩坡采用混凝土預制塊護坡。

4.2導流放水洞

導流放水洞布置在右岸，隧洞為3.2m×4m（寬×高）城門洞形，長345.72m，采用C25鋼筋混凝土全斷面襯砌。導流洞閘室并排布置放水洞蝶閥井，并在井內預埋旁通管穿過閘墩至導流洞閘室內，洞內沿程鋪設放水鋼管，導流洞封堵后，由放水鋼管向下游供水和放空水庫。

4.3溢洪道

溢洪道布置在大壩左岸，與壩軸線夾角90o，溢洪道為正槽開敞式，總長204.75m，由引渠段、正堰、1#泄槽、2#泄槽、挑流鼻坎組成。溢流堰采用WES型實用堰，堰寬12m，堰高4.5m，堰頂高程2463.50m，泄槽型式為矩形槽，1#泄槽斷面型式為矩形槽，底寬由12m漸變到7m，2#泄槽斷面型式為矩形槽，底寬?;7m，消能方式為挑流消能，底部凈寬度為7m，鼻坎頂高程2412.54m。

通過自動化監測系統的引入，極大地提升了大壩安全監測的效率和精度，通過實時監測大壩的各項運行數據，系統能及時發現大壩的異常情況，為決策者提供準確的數據支持，從而確保大壩的安全（如圖1所示）。同時，自動化監測系統也降低了人工監測的成本和風險，提高監測工作的可靠性。

3大壩安全自動化檢測系統

3.1變形監測

變形監測是評估大壩穩定性和安全性的關鍵環節。自動化檢測系統的應用，通過精準部署位移傳感器和GPS測量設備等先進技術手段，實現對大壩位移、沉降等變形數據的實時采集，真實地反映大壩當前的運行狀態，并預測大壩未來的變形趨勢。在數據采集過程中，對傳感器的位置進行合理布置，能確保傳感器準確捕捉到關鍵部位的變形情況，而精確的校準則是保證測量數據準確性的基礎。此外，對于采集到的海量數據，自動化檢測系統能自動進行高效處理和分析，生成直觀的變形曲線和詳盡的報告，為工程師提供清晰的變形趨勢圖，迅速發現異常變形情況，并及時采取相應的處理措施[2]。再綜合分析大壩的結構特點、材料性能、荷載條件等因素，準確判斷大壩是否存在潛在的安全隱患，為大壩的安全運行提供更加堅實的保障。

3.2滲流監測

滲流是大壩安全監測中的關鍵要素，直接關聯著大壩的結構完整性和穩定性。自動化檢測系統的應用，通過在大壩內部和周邊區域安裝滲壓計、滲流量計等高精度傳感器，能實時監測大壩的滲流壓力和滲流量，捕捉微小的滲流變化，為工程師提供準確、實時的數據支持[3]。同時，自動化檢測系統具備數據采集功能，更能對收集的滲流數據進行自動記錄和分析，運用先進的算法和模型，對滲流數據進行處理，識別異常滲流情況，并通過生成報告和預警信息，及時通知工程師，并迅速做出響應，采取必要的措施防止滲流問題對大壩造成進一步的損害。

在滲流監測中，須選擇適合大壩材料和結構特點的傳感器，確保其能準確反映大壩的滲流狀況。同時，傳感器的安裝位置也要經過精心選擇，以確保能全面覆蓋大壩的關鍵區域，捕捉到可能存在的滲流異常。此外，定期對傳感器進行檢查、清潔和校準，能確保其長期穩定運行，提供可靠的滲流數據。

4自動化檢測系統的數據處理與分析

4.1數據預處理與質量控制

數據預處理是自動化檢測系統數據處理的首要步驟，其主要目的是消除原始數據中的噪聲、異常值和缺失值，提高數據的質量和可靠性。該項工程的安全監測，自動化檢測系統采集大量數據，在數據預處理階段，技術人員通過濾波算法去除數據中的高頻噪聲，然后利用插值方法填補部分缺失值，設定閾值的方式識別并剔除異常值[4]。經過預處理后的數據更加平滑、完整，為后續的分析提供可靠基礎。而質量控制是確保數據準確性和可靠性的重要環節，在大壩安全監測中，質量控制主要包括對監測設備的校準、對數據的校驗和復核等。河西溝水庫的安全監測系統采用高精度的傳感器和先進的數據采集設備，為保證數據的準確性，技術人員會定期對傳感器進行校準，確保其測量精度符合要求，并建立嚴格的數據校驗和復核機制，對采集的數據進行逐一核對，確保數據的真實性和可靠性（如圖2所示）。最后，數據分析是自動化檢測系統數據處理的核心環節，通過對預處理后的數據進行統計分析、模型建立等，揭示大壩的運行狀態和安全性能[5]。技術人員利用自動化檢測系統采集的數據，建立大壩變形預測模型，依據模型分析結果，預測大壩在未來一段時間內的變形趨勢，為大壩的安全運行提供重要參考，還利用數據挖掘技術，對大量數據分析，發現一些潛在的安全隱患，為及時采取措施提供重要依據。

4.2數據挖掘與模式識別

通過自動化檢測系統收集的大量數據，數據挖掘能幫助工程師發現大壩運行中的潛在規律、趨勢和異常模式，從而為大壩的安全管理提供有力支持。首先，數據挖掘技術能分析大壩在長時間尺度上的運行數據，揭示其結構性能隨時間變化的規律。通過對歷史數據的挖掘，工程師了解大壩在不同季節、不同水位下的運行狀態，以及可能存在的周期性或趨勢性變化，對預測大壩未來的運行狀態和制訂維護計劃提供可靠依據。其次，數據挖掘技術能識別出與正常情況偏離較大的數據，即異常模式，預示著大壩存在安全隱患或即將發生故障。通過模式識別算法，自動化檢測系統能自動標記這些異常數據，并提醒工程師進行進一步檢查或采取相應措施，有助于及時發現并處理潛在的安全問題，防止事故的發生。此外，數據挖掘還可以用于建立大壩安全監測的預測模型。通過對歷史數據的分析和學習，系統能預測大壩在未來一段時間內的運行狀態和可能出現的問題，預測結果為工程師提供決策支持，制定針對性的維護和管理策略，確保大壩的安全穩定運行。

4.3安全評估與預警機制

自動化檢測系統在安全評估中通過綜合處理和分析變形、滲流等多方面的監測數據，為工程師提供全面、準確的大壩安全狀況信息。在安全評估過程中，自動化檢測系統首先會對監測數據進行預處理和質量控制，確保數據的準確性和可靠性；隨后，系統利用數據挖掘和模式識別技術，從海量數據中提取出有用的信息和潛在規律，反映大壩當前的運行狀態，為預測大壩未來的安全狀況提供重要依據。在綜合評估階段，自動化檢測系統會結合大壩的結構特點、運行歷史和環境因素等多方面的信息，對大壩的整體安全性進行綜合評價。系統通過對比實際監測數據與預設的安全閾值，判斷大壩是否存在安全隱患或潛在風險。同時，系統還會考慮大壩的受力情況、滲流狀況與變形趨勢等因素，綜合評估大壩的安全狀況。為及時發現和處理大壩安全隱患，自動化檢測系統還建立預警機制，當監測數據出現異常或超過預設閾值時，系統會自動觸發預警信號，提醒工程師及時關注并采取相應措施，落實預警機制，有助于工程師在第一時間發現大壩的安全問題，防止事故的發生或擴大。此外，自動化檢測系統還可以根據歷史數據和安全評估結果，為工程師提供針對性的維護建議和改進措施，有助于工程師更加科學、有效地管理大壩，提高其安全性和穩定性。

5結語

結合上述內容分析，了解自動化檢測系統在大壩安全監測中扮演著重要的角色，其精準、高效、實時的監測能力，能提升大壩安全管理的水平，也為大壩的長期穩定運行提供有力保障。再加上對監測數據的詳細記錄，為管理決策、監管機制等制定與實施提供可靠依據，動態化地監管大壩各階段的運行情況，以預防為根本，高效預防安全事故的發生，確保大壩工程的穩定運行。

參考文獻：

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[2]何云發.基于物聯網技術的小型水庫大壩安全監測及雨水情測報系統應用及研究[J].湖南水利水電，2023（6）：51-54.

[3]李仲雄.大壩安全監測自動化系統應用現狀分析及發展趨勢研究[J].現代工業經濟和信息化，2023，13（1）：153-155.

[4]郭佳.基于組合賦權-云模型方法的西部丘陵地帶小型水庫應急管理能力評估及提升路徑研究[D].成都：西華大學，2023.

[5]束方勇.三峽庫區城市設計的空間環境適應方法研究[D].重慶：重慶大學，2022.