針對(duì)大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題，提出了按照系統(tǒng)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)的思路。闡述了大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)的五層體系框架，并詳細(xì)闡述了各層的功能。對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)；水庫(kù)大壩；傳感器壩作為一種特殊建筑，其安全性與房屋等建筑完全不同。如果大壩安全出現(xiàn)問題，會(huì)造成大壩下游一定范圍內(nèi)的人員、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境損失。在加強(qiáng)水利建設(shè)的大環(huán)境下，提高水工建筑物的安全性，特別是提高大壩安全監(jiān)測(cè)水平，確保水庫(kù)大壩安全，是關(guān)系家利益和社會(huì)穩(wěn)定的頭等大事。大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由觀測(cè)傳感器、遙測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理軟件系統(tǒng)組成。通過計(jì)算機(jī)的工作，可以實(shí)現(xiàn)大壩觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、分析和計(jì)算，初步判斷大壩的行為是否正常，并為監(jiān)測(cè)對(duì)象提供安全預(yù)警報(bào)告。建立大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以縮短數(shù)據(jù)采集周期，提高大壩觀測(cè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；它可以充分利用水庫(kù)的調(diào)蓄能力，使防洪和供水效益較大化。同時(shí)，可以提高水庫(kù)管理水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩隱患，為水庫(kù)安全運(yùn)行提供有力保障。中已建成近8.5萬(wàn)座水庫(kù)，居世界較好。但是，由于歷史原因，這些水庫(kù)大多防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，大多存在不同的質(zhì)量問題。部分水庫(kù)大壩險(xiǎn)情嚴(yán)重，影響水庫(kù)綜合效益，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全。為了保證水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行，充分發(fā)揮水利工程的預(yù)期效益，對(duì)水庫(kù)大壩實(shí)施安全監(jiān)測(cè)和科學(xué)管理已成為我各級(jí)水行政主管部門面臨的一個(gè)緊迫而重要的問題。大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化經(jīng)歷了從單一儀器遙測(cè)、專用測(cè)量設(shè)備、集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展過程。它的發(fā)展與基于儀器設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步密切相關(guān)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展以所有監(jiān)測(cè)元件的快速發(fā)展為標(biāo)志，包括從相關(guān)傳感器和測(cè)量?jī)x器到轉(zhuǎn)換、處理、存儲(chǔ)、打印和分析設(shè)備的發(fā)展。在大量大壩安全工程的實(shí)際應(yīng)用中，提出了研究大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的方法，并通過確定每個(gè)工程的不同體系結(jié)構(gòu)，對(duì)工程進(jìn)行了不同層次的設(shè)計(jì)。這種方法在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施中是結(jié)構(gòu)化和有組織的。1.系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)實(shí)際情況，提出系統(tǒng)架構(gòu)由采集層、通信層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層五部分組成。1.采集層是信息源的基礎(chǔ)，通過不同的監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)來完成。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：1。)變形監(jiān)測(cè)包括水平位移(水平和垂直)、垂直位移(垂直位移)、大壩和基礎(chǔ)傾斜、表面接縫和裂縫監(jiān)測(cè)。除上述變形(稱為表面變形)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，土石壩還設(shè)有內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)。內(nèi)部變形包括分層垂直位移、分層水平位移、界面位移和深部應(yīng)變觀測(cè)。對(duì)于混凝土面板壩，還有混凝土面板的變形監(jiān)測(cè)，包括表面位移、撓度、應(yīng)變和接縫張開度監(jiān)測(cè)。此外，岸坡和基巖面及深層的位移監(jiān)測(cè)也是變形監(jiān)測(cè)。2)滲流監(jiān)測(cè)混凝土壩滲流監(jiān)測(cè)包括壩基和壩體揚(yáng)壓力、壩基和壩體滲漏、壩周滲流和地下水位監(jiān)測(cè)。土石壩滲流監(jiān)測(cè)包括 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

土石壩壓力(應(yīng)力)監(jiān)測(cè)包括孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力和混凝土面板應(yīng)力監(jiān)測(cè)。4)環(huán)境監(jiān)測(cè)或水文氣象監(jiān)測(cè)壩址環(huán)境對(duì)大壩和基礎(chǔ)的工作性狀影響較大，需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括庫(kù)區(qū)上下游水位、水溫、氣溫和降雨量。以上四類監(jiān)測(cè)項(xiàng)目涉及數(shù)十個(gè)物理量，每一個(gè)物理量監(jiān)測(cè)都需要在設(shè)計(jì)時(shí)安排必要的測(cè)點(diǎn)和合適的監(jiān)測(cè)儀器。兩個(gè)規(guī)范根據(jù)工程等級(jí)、建筑等級(jí)、壩型、壩基和基巖地質(zhì)門檻以及大壩設(shè)計(jì)和施工的特點(diǎn)，規(guī)定了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇和測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和布置。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)的布置不應(yīng)過多也不應(yīng)過少，并應(yīng)保持在合理的水平。可以參考上述相應(yīng)的際指標(biāo)來確定，即監(jiān)測(cè)設(shè)施和實(shí)施費(fèi)用等于項(xiàng)目總費(fèi)用的1%。大壩安全特別重要的大中型工程或小型工程應(yīng)考慮現(xiàn)代化管理的需要，即實(shí)現(xiàn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的自動(dòng)化。2.通信層通信層是監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸和通信的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤Ｏ到y(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可以通過有線數(shù)據(jù)通信(現(xiàn)場(chǎng)總線)或無線數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，其中有線數(shù)據(jù)通信的較遠(yuǎn)距離可以達(dá)到十幾公里，無線數(shù)據(jù)通信的距離可以達(dá)到幾十公里。當(dāng)采用有線數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)和無線數(shù)據(jù)通信的混合結(jié)構(gòu)時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸具有自動(dòng)路由判斷機(jī)制，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要是指監(jiān)控中心或分中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是應(yīng)用軟件系統(tǒng)運(yùn)行的基本環(huán)境，是日常行政辦公、內(nèi)部信息交流和信息共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。4.數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層是整個(gè)業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)的平臺(tái)，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它由幾個(gè)相對(duì)先立且相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)組成，數(shù)據(jù)層主要是監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)。5.應(yīng)用層應(yīng)用層以大壩安全監(jiān)測(cè)管理軟件為核心，主要完成接收、檢測(cè)、計(jì)算、處理、存儲(chǔ)、分析、安全評(píng)估預(yù)警、統(tǒng)計(jì)、重組、查詢等過程。大壩安全監(jiān)測(cè)管理軟件包括信息采集與處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)警系統(tǒng)、WEB查詢系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。二.信息流主要信息流包括信息收集、信息存儲(chǔ)、信息查詢、信息統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和信息展示。信息采集：主要是對(duì)所有接入系統(tǒng)中的各種監(jiān)控儀表進(jìn)行一定方式的自動(dòng)測(cè)量，采集測(cè)量數(shù)據(jù)并傳輸至中央控制裝置

集中儲(chǔ)存或處理。信息存儲(chǔ)：主要通過信息采集系統(tǒng)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、校驗(yàn)、入庫(kù)、存儲(chǔ)。信息查詢：主要對(duì)入庫(kù)的自動(dòng)化測(cè)量數(shù)據(jù)根據(jù)任意時(shí)段和各點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。信息統(tǒng)計(jì)分析預(yù)警：主要對(duì)根據(jù)采集值和時(shí)間為軸，顯示信號(hào)的時(shí)間變化過程，時(shí)間軸可以定義，如秒、分、小時(shí)、天；數(shù)據(jù)庫(kù)可以隨時(shí)調(diào)出查看、編輯、另行存儲(chǔ)。對(duì)大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析處理、為大壩安全評(píng)判和運(yùn)行管理提供監(jiān)控模型、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖表。如自動(dòng)采集的孔隙水壓力過程線的顯示頁(yè)面形式等等。數(shù)據(jù)庫(kù)管理：主要對(duì)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)貯、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢/修改、人工插補(bǔ)等。信息展示：主要對(duì)客戶提供報(bào)表顯示、圖形形式、電子地圖顯示、報(bào)警、視頻圖像等方式展示。三、系統(tǒng)組成大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括自動(dòng)采集或人工觀測(cè)埋入壩體或安裝的傳感器(大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、降雨、水位、氣溫和地震等)等、測(cè)控單元（MCU）上位機(jī)、監(jiān)測(cè)中心、監(jiān)測(cè)分中心組成，系統(tǒng)組成如圖3所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的測(cè)控單元來完成，然后將所測(cè)數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)。系統(tǒng)每個(gè)觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控單元都是多功能智能型儀器，能對(duì)各種類型的傳感器進(jìn)行控制測(cè)量。四、系統(tǒng)功能1.傳感器感應(yīng)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等各種物理量，將模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量等信號(hào)輸入到測(cè)控單元。傳感器種類可分為：電阻式、電感式、電容式、振弦式、光纖式、調(diào)頻式、壓阻式、干式變壓器式、電位式等。2.測(cè)控單元●根據(jù)確定的觀測(cè)參數(shù)、計(jì)劃和順序進(jìn)行實(shí)際測(cè)量、計(jì)算和存儲(chǔ)，并有自檢、自動(dòng)診斷功能和人工觀測(cè)接口。●根據(jù)確定的記錄條件，將觀測(cè)結(jié)果及出錯(cuò)信息與指定的監(jiān)測(cè)中心或其他測(cè)控單元進(jìn)行通信。能選配不同的測(cè)量模塊或板卡，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型傳感器的信號(hào)采集。●檢測(cè)指點(diǎn)的報(bào)警條件，一旦報(bào)警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測(cè)中心。●將所有觀測(cè)結(jié)果保存在存儲(chǔ)單元中，直到這些數(shù)據(jù)被監(jiān)測(cè)中心準(zhǔn)確接收完。●管理電能消耗，在斷電、過電流引起重啟動(dòng)或正常關(guān)機(jī)時(shí)保留所有配置設(shè)定的信息。并具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕環(huán)境。●采集系統(tǒng)的運(yùn)行方式有應(yīng)答式和自報(bào)式兩種，必要時(shí)也可采用任意控制。3.通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)根據(jù)站點(diǎn)情況采用有線或無線方式。且可以采用兩種通信方式互為備用信道，建立一套雙信道互為備份的通信系統(tǒng)。4.業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要為大壩安全管理軟件系統(tǒng)；可以在監(jiān)測(cè)中心、分中心進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理、存貯、分析、預(yù)警等功能。對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行容錯(cuò)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)模型檢查，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、刪除、插入、記錄、顯示、換算、打印、查詢及儀器位置、參數(shù)工作狀態(tài)的顯示，建立、標(biāo)定安全監(jiān)控?cái)?shù)學(xué)模型、并進(jìn)行影響因素分解及綜合性的分析、預(yù)報(bào)報(bào)警及安全性評(píng)價(jià)，以滿足對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)的需要。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：可以對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)信息建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠基礎(chǔ)。也可以對(duì)其它相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入提供接口。結(jié)語(yǔ)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集先進(jìn)的壩工、計(jì)算機(jī)、電子、通訊、管理技術(shù)為一體的符合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展、管理需要，是加強(qiáng)政府監(jiān)督的有力工具，是企業(yè)大壩安全工作的目標(biāo)，是提高我大壩安全管理工作的根本。作好系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施要根據(jù)規(guī)范結(jié)合具體大壩的具體情況和自動(dòng)化發(fā)展水平進(jìn)行，以便建立一個(gè)實(shí)用的自動(dòng)化系統(tǒng)。（由西安山脈科技發(fā)展有限公司供稿）參考文獻(xiàn)1趙志仁.大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì).黃河水利出版社,2003.7#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#