关于水库大坝安全自动化监测系统分析

关于水库大坝安全自动化监测系统分析

熊芳

兴义市兴西湖管理所（贵州  兴义市  562400）

摘  要：随着我国现代化科学技术发展速度的不断加快，各类现代化手段被应用在了水库大坝安全建设中，如全自动化监测系统便是其中之一，合理应用不仅可以有效提高综合效益，且可以进一步保证运行的安全性和稳定性。下面将结合水库大坝的情况，对安全自动化监测系统进行相关研究，从总体框架入手，探索各类关键技术，并提出了具体应用策略，以期能够为相关项目提供参考借鉴。

关键词：水库大坝；安全运行；自动化；监测系统

前言：

水库大坝安全监测是保证其运行稳定性的重要组成部分，其在项目初期阶段可以指导项目开展方向，监控周边的实际情况，指导与改进工程图纸，施工期间可以监控当前项目开展的实际情况，优化大坝管理与处置、识别大坝突发事件成因等，有效保障水库工程安全。在实际应用过程中，应有效结合物联网、5G、信息化等方面技术，使数据获取摆脱以往过于依赖于人工的情况，最终实现工作自动化、微型化以及远程化，从而为行业后续实现可持续发展奠定坚实基础。

1 水库大坝安全自动化监测系统概述

1.1安全自动化监测系统内涵

20世纪60年代初期，国内外各著名大坝先后发生了安全事故，如美国Teton坝、我国板桥与石漫滩水库等，在调查分析中发现，出现问题的原因在于安全监测工作落实不到位，为了切实解决这一现存风险因素，国内外纷纷会安全监测加大了关注力度，在20世纪80年代开始，我国从传统人工方式入手逐步过渡到信息化阶段，在21世纪初期初步实现了自动化。当前我国大坝安全监测自动化技术正逐渐向着成熟阶段迈进，为了保证其在实际应用中的效果，我国结合当前水库大坝的情况颁布了各项技术标准与条例，并大力开展除险加固工作，以此确保人们生活用水﹑农业灌溉用水安全，为我国后续发展奠定了基础[1]。

1.2安全自动化监测系统特点

水库大坝安全自动化监测系统整体较为复杂，但在实际应用中的效果十分突出，相关工作人员无需深入现场，便可以通过安全自动化监测系统来及时了解水库大坝安全运行情况。现阶段我国安全自动化监测系统已融入了物联网技术、5G通信技术、数据传输技术、传感监测技术等，在经过计算机分析后，以人工方式来对监测仪器所获取的数据进行二次检查与整理，完成水库坝基、边坡、结构主体、周边环境监测，从而了解水库大坝运行情况，如在此过程中发现问题也可以根据其特点来及时进行改建与加固，实现连续完整的安全自动化监测，进一步减少运行过程中发生各类风险问题的概率，确保项目投入使用后可以安全运行。

2 水库大坝安全自动化监测系统构成

水库大坝安全自动化监测系统可以有效降低危险事故发生率，及时消除安全隐患，但其系统构成较为复杂，下面将对其内容进行分析。

2.1系统总体架构

水库大坝安全自动化监测系统需要从总体架构入手，优化无线通信、互联网系统、服务系统、电源供应等部分，配合各类模块来强化数据通信和控制，将物理量进行初步处理后存储在本地的数据库中，通过RS232总线发送给数据传输单元，人工仅需发送控制指令便可以完成指定工作内容。协议部分要有效区分出不同的子系统，结合实际建立可靠的连接，后续通过数据请求响应相关命令，最终与监测控制中心接收端连接，为其在水库大坝实际应用中奠定基础。

2.2数据采集系统

2.2.1传感器

传感器包括多种类型的传感器，在现阶段的水库大坝安全自动化监测系统中广泛使用支持校验和测量协议，传感器接收到测量指令并完成测量后，需要对模拟信号要素进行分析，最终将所收获的数据信息转为电子信号[2]。

2.2.2采集器

数据采集器可以对所有信息进行记录，依据预先编写进一步进行处理，将模拟信号转为数字信号，对比以前的顺序测量模式，采集程序能够采用BASIC语言编写，使用并行模式保证最值和均值的准确度。

2.3无线传输单元

水库大坝安全自动化监测系统传输单元属于数据转换部分，可采用移远EC20全网自适应通信模块，配合内存系统应对突发环境。在此过程中还需要以通过通信、网络强化传输单元构建，提供高速、可靠的TCP／UDP透明无线远距离数据传输。在设计中需要合理应用RS232数据采集器，为实现远程数据服务系统的综合智能管理，利用无线通信网络，对通信模块工作参数进行远程调试，在此过程中要优化传输单元交互，保证各类设备之间能够相互关联。

3 水库大坝安全自动化监测系统应用策略

3.1通信技术应用

在大坝安全监测系统中，需要选择适合长线通信的传输总线，以此让信号可以不断向前传输[3]。水库大坝光纤的传输会选用多模或单模两种传输模式，其中多模传输可以实现多站并联，但在应用中可能发生串扰问题，为避免这一情况的发生会在应用中主动降低传输效率；单模传输拥有比较宽的频带，自身具有很好地抗干扰性，适合大容量、长距离传输，但如果目标较为分散则难以应用，为此需要结合实际进行选择，从而有效保证传输的安全性与保密性。

3.2监测仪器优化

3.2.1垂线坐标仪

垂线中输入稳幅和稳频率的交流电，其大小与垂线的位移变化有关系，处理时要先经过解调，将滤波后的信号转换成直流电压信号，清楚地知道了只要测出了电压的大小将其转换为垂线的位移，测量大坝安全监测中的情况。

3.2.2静力水准仪

静力水准仪具有高分辨率高、灵敏度强等特点，能够在大多数情况下进行应用，其可以通过差动变压器式位移传感器进行垂直位移的测量，所得测量结果较为精确，现如今已得到了水库水坝行业安全自动监测的认可。

3.2.3振弦传感器

振弦式传感器通过电磁铁动势频率得出最终参数，它不仅可以在恶劣的环境中工作，且可以进行长距离传输，取代电阻仪等许多传统的仪器，这样一来对电缆的要求也大大下降了，合理应用能够进一步提高数据获取的效果。

3.3监测系统技术处理

3.3.1物联网技术

基于网络数据信息的决策支撑，对各自动站通过表达式计算预警值，利用物联网传感识别技术，配合热力图、聚合图等方式了解相关情况，若超过阈值系统会及时发出相应警报。系统构建中可以将分布式网络融合，将信息采集作为技术核心，从而实现智能识别、智能管理以及在线监测，满足水库大坝运行需求[4]。

3.3.2可视化技术

水库大坝安全自动化监测系统需要首先确定出“阈值”，对将数据渲染在地图上，预判相关阈值了解实际情况，利用信息可视化系统对信息进行处理，配合服务接口以图表、文字等形式进行展示，在此基础上进行数据矢量化、筛选以整合，通过遥感自动解译技术进行完善，保证后续数据判断的准确性。

3.3.3精统计技术

精统计技术不仅能够对各类信息建筑整理，且能够提供属性查询和空间查询功能，水库大坝在执行管理中，可输入自动站编号或者自动站名称，来查看当前各项参数信息，为后续相关工作开展提供有效的参考。同时，实际执行中也可以选定数据并导出为EXCEL，提供输出及打印功能，提高各项信息的应用效果。

3.4公用平台建设

当前我国水库大坝安全自动化监测系统已逐步完善，若想提高其在实际应用中的效果，需要做好公用平台建设，按水利信息化建设为基本目标，实现水库大坝监测信息资源共享与服务，为政府、水行政主管部门及公众提供安全信息服务与交流平台，切实发挥出系统的实际作用。

结束语：

从我国多个水库大坝安全自动化监测系统运行来看，已基本实现对渗流、水位、应力等多方面的监测工作，但若想实现创新发展，仍然需要配合现代化技术提高数据信息的准确性以及完整性，根据监测到的数据信息及时为相关人员预报预警服务，保证大坝始终处于安全状态，满足防灾减灾、安全预警要求。

参考文献：

[1]周江.梨园水电站安全监测自动化系统存在的问题及对策[J].云南水力发电，2021，37(1):35-39.

[2]谭理则.水利工程中安全监测自动化系统的应用方法[J].智能城市，2021，7(16):167-168.

[3]管世珍.南水北调中线安全监测自动化系统设计及应用[J].水利建设与管理，2021，41(12):5-9，48.

[4]丁林，杜泽快，彭绍才. 巴基斯坦卡洛特水电站安全监测及自动化监测系统设计[J]. 水利水电快报，2020，41(3):69-71.