大坝安全监测异常测值分析及其模块的实现分析

大坝安全监测异常测值分析及其模块的实现分析

刘波文

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。

图1测缝计2014年9月-2015年9月测值过程线图

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.