葛洲坝集团试验检测有限公司湖北宜昌443002
摘要:针对大坝安全监测异常侧值与模块实现,做了简单的论述。开展大坝安全监测时,数据极易受到外界因素影响出现异常,利用数量统计、数学模型等方法,进行异常数值判断,并且需要结合大坝的实际情况,开展综合判别,以确保监测的准确性。同时利用大坝监测系统,实现模块功能,以高效开展监测工作。
关键词:大坝安全;安全监测;异常数据;模块功能
目前,我国正在建设大批水电站,尤其是高坝大库水电站,使得大坝运行安全管理的地位日益凸显。开展大坝安全监测工作,要严格按照安全监测规定,依法做好大坝运维检修工作与安全监测等工作,优化大坝运行安全监督管理架构,以全面落实大坝运行安全管理工作。
1大坝安全监测工作的意义
安全监测的开展,能够掌握大坝运行的状态信息。按照《规定》的相关内容,利用信息化监测手段,做好大坝安全监测基础工作,结合大坝运行实际情况,构建安全管理信息系统,指导安全运维工作的开展,加强数据信息质量的审核,及时上报大坝安全运行信息,形成闭环工作机制,以监测数据信息为基础,做好数据分析与审核,进而反馈信息。
2大坝安全监测异常数值分析
开展大坝安全监测时,出现数据异常值,主要原因包括仪器因素、人为因素、其它因素等。现阶段,大坝安全监测基本实现自动化,能够及时获得大坝运行信息,提高监测工作效率,但需要中间转化,增加了数据异常值出现的概率,比如采集模块端插座插反或者接线不牢靠等。
2.1安全监测数据处理流程
开展大坝监测时,需要进行大坝安全监测数据处理,通常按照以下流程:1)画过程线图。利用表格制作软件或者画图软件,将数据的过程线图给画出来,观察图线,看其是否光滑,检查是否存在突变点。2)判断异常数据值。若不存在突变点,需要结合大坝实际,做好现场检查,以确保不存在异常数据。若存在突变点,利用数量统计与数学模型等方法,进行数据异常判断,利用格拉布斯法与回归模型法,进行数据异常值判别。3)做好现场检查,看是否存在水位骤变或者突发寒潮等情况。
2.2数据异常值判别方法
2.2.1格拉布斯判别法
利用此方法进行数据异常值判别,先要选择观测数据,按照从小到大的顺序,做好数据排序工作,计算数据的均值与标准差。接着,对数据中的最小值、最大值进行判断,看其是否为异常数据值的格拉布斯法统计量。按照计算要求,给出一个检测水平α值,通常在判断监测数据异常值时,可以选为0.05或者0.01,按照国家标准(GB4883-35),可以得到对应的临界值,若观测数据中的最小值大于临界值,或者观测数据中的最大值小于临界值,则为异常值。
2.2.2回归模型法
利用此方法进行判别,需要考虑到监测数据,比如应力与应变等,其与上下游水位与温度等,有着紧密的关系,可以基于以往的监测数据信息,构建监测数据的回归模型,通过计算预测值和实际测量值的差值,进行异常值判断。此方法的原理是,通过找出Y与X的函数关系式,让拟合值和实际值之间差值最小,利用回归公式进行计算,结合工程实际来确定,利用格拉布斯方法或者其他方法来判别,当发现异常值时,将数据剔除[1]。
2.2.3工程实例
按照格拉布斯判别法,按照判断流程进行异常值判别,以某大坝测缝计J-04-WK为例,进行方法的有效性与可行性分析,数据选取年段为2014年9月-2015年9月,按照表格软件,画出原始数据过程线图,如图1所示,进行数据分析,对于测缝计量程数值25mm进行粗差处理。经过分析可以发现在2014年9月21日的数值是82mm,在2015年7月1日的测值为35mm,两测值为粗差,需要将数据剔除。接着进行数据异常值处理,按照国家标准与格拉布斯法计算公式,结合大坝现场具体情况,进行综合分析,发现在2015年4月6日,由于大坝没有特殊工况,因此测量数据是异常值。
3大坝安全监测系统模块功能实现
3.1系统模块功能实现
基于地理信息系统,构建大坝安全监测系统,实现安全监测信息化与可视化。借助VS平台,利用GIS特色控件,进行系统设计,其功能模块主要包括预报预警系统、模型分析系统、三维可视化系统、二维可视化系统、信息查询维护系统。
信息查询维护系统:此系统可以进行数据查询与编辑,包括工程概况信息与检测设计资料等,同时可以添加数据、检验数据、修改数据。
二维可视化系统:绑定MapCnotrol控件与TOCC控件,基于控件属性选项,可以将需要实现功能的工具,给添加到系统工具栏内。此系统可以实现基本功能,包括数据加载与地图放大等,同时还可以实现实测资料查询与更新等功能。
三维可视化系统:利用绑定的控件,添加工具,实现场景加载与放大等功能,同时可以查询监测数据,进行数据编辑与更新。
预报预警系统:利用VS控件,实现模块功能,利用C语言,实现灰色模型分析模块的调用以及连接,可以对大坝监测数据信息做建模分析。通过构建数据库,实现监测数据保存与管理[2]。
3.2数据建模功能实现
大坝安全监测系统,除了设置灰色建模分析模块外,还可以按照安全监测工作需求,嵌入各类监测模型,构建系统模块。利用灰色模型,需要按照数据序列计算-灰微分方程计算,进行建模处理。利用VS平台,可以利用各类语言,利用不同的模块,进而实现无缝接口处理。大坝GIS建模功能的应用,可以将大坝系统分化为坝址地理信息模型、坝体结构信息模型。其中坝址模型一般包括地形与水系等,坝体主要包括大坝建筑主体结构与附属建筑物。
3.3可视化功能的实现
利用VS软件平台,使用C语言与各类组件工具,来构建监测系统,通过调用GIS构建的大坝模型,以二维或者三维模型的形式,将系统显示出来。用户在调用数据信息时,需要通过用户名与密码验证身份,登录到系统中,操作可视化系统。在应用的过程中,用户可以直接在系统界面上点击测点,获取查询点的位置信息,比如调用大坝模型文件后,利用识别工具,点击测点,可以显示出测点的相关信息,包括仪器高程与编号等。除此之外,利用超链接功能,可以将信息查询扩展成其它数据形式,比如图片或者视频等[3]。
4结束语
大坝安全监测异常数据值分析的过程中,为了确保分析的准确性,除了要严格按照计算方法的流程外,还需要做好现场实地检查,以保证计算的精准性。大坝安全监测系统模块功能的实现,主要是利用软件平台,借助各类插件工具,构建系统,实现功能。
参考文献
[1]白崇宇,黄铭,蔚清,张慧君.基于VisualStudio平台的大坝安全监测系统构建与实现方法[J].水电能源科学,2013(04):164-166+197.
[2]方卫华,范连志.水库大坝安全监测调查研究[J].中国水利,2013(10):28-30+40.
[3]周波,唐桂彬.大坝安全监测专家系统知识库的研究[J].计算机时代,2011(01):23-24+27.