水利工程管理信息技術(shù)-水庫工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

水庫工程的監(jiān)測自動化采集系統(tǒng)一般由觀測點的遙測傳感器、遙控集線箱、數(shù)據(jù)自動巡檢采集裝置及監(jiān)控中心中央控制單元(計算機)等組成。從國際上看，監(jiān)測自動化系統(tǒng)的布置形式根據(jù)不同工程情況朝多元化方向發(fā)展。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式按照數(shù)據(jù)的采集方式大體可分為三類，即集中式、分布式和混合式。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

（一）集中式所謂集中式，通常在大壩內(nèi)設(shè)一專門的監(jiān)測室，置放數(shù)據(jù)采集儀，分布于壩內(nèi)各測點處的傳感器通過電纜直接與數(shù)據(jù)采集儀相連，傳感器信號通過數(shù)據(jù)采集儀傳輸?shù)綁瓮獗O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)處理計算機上進行存儲管理。這種系統(tǒng)適用于測點數(shù)量在200個以內(nèi)，布置相對集中，傳輸距離不遠的工程，如圖6-22所示。圖6-22集中式采集系統(tǒng)示意圖大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

（二）分布式分布式采集系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)采集儀分散布置在靠近儀器的地方，俗稱測量控制單元(MCU)。系統(tǒng)對MCU的要求較高，MCU除執(zhí)行數(shù)據(jù)采集把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量(A/D)的功能外，還要具備一定的存儲和數(shù)據(jù)處理功能、網(wǎng)絡(luò)通信功能。MCU一般就近置于壩內(nèi)，要求其防潮性能要好，能適應(yīng)壩內(nèi)的惡劣環(huán)境。這種系統(tǒng)布置方式比較靈活，可靠性高、適應(yīng)能力強，適用于測點眾多的大型水庫工程。系統(tǒng)的典型布置如圖6-23所示。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)基本功能要求系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:①數(shù)據(jù)自動采集功能:能自動采集各類傳感器的輸出信一號，能把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)采集能適應(yīng)應(yīng)答式和自報式兩種方式，能按設(shè)定的方式自動進行定時測量，能接收命令進行選點、巡回檢測及定時檢測。②掉電保護功能:在斷電情況下確保持續(xù)工作3d以上。③自檢、自診斷功能:能通過系統(tǒng)自身的巡檢逐級查找，并找到故障點。④現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和遠程通信功能。⑤防雷及抗干擾功能。⑥數(shù)據(jù)異常報警及故障顯示功能。⑦數(shù)據(jù)備份功能。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)基本性能要求系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求:①采樣時間:巡測時小于30min；單點采樣時小于3min。②測量周期為10min～30d,可調(diào)。③監(jiān)控室環(huán)境溫度保持20℃～300C；濕度保持不大于85%。④系統(tǒng)工作電壓為220(1±10%)V。⑤系統(tǒng)故障率不大于5%。⑥防雷電感應(yīng)為1000V。⑦采集裝置測量精度不低于規(guī)范對測量對象要求的精度。⑧采集裝置測量范圍滿足被測對象有效工作范圍的要求。⑨系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠地工作。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施系統(tǒng)設(shè)計對照上述對系統(tǒng)功能和性能的要求，根據(jù)各水庫工程實際，監(jiān)測自動化系統(tǒng)在設(shè)計時需從組成系統(tǒng)的三大部分入手，綜合考慮。1.監(jiān)測儀器系統(tǒng)接入監(jiān)測自動化系統(tǒng)的各監(jiān)測儀器應(yīng)經(jīng)過嚴格檢驗，它們應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、傳動部件少、容易維修，且可靠性高、穩(wěn)定性好，能在水庫工程的惡劣氣候條件下長期、穩(wěn)定、可靠地工作。監(jiān)測儀器的布設(shè)應(yīng)根據(jù)規(guī)范，結(jié)合水庫工程實際，有目的的考慮設(shè)計方案，做到重點突出、兼顧全面，滿足有效地監(jiān)控水庫工程安全運行的需要。各監(jiān)測儀器的選擇應(yīng)在穩(wěn)定、可靠的基礎(chǔ)上力求其先進性。應(yīng)優(yōu)先選用經(jīng)過長期運行考驗的成熟的產(chǎn)品。為科學研究而設(shè)置的新儀器設(shè)備原則上不應(yīng)納入自動化監(jiān)測系統(tǒng)觀測。在老監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級改造為自動化監(jiān)測時，設(shè)計前應(yīng)對原有監(jiān)測儀器進行檢驗和鑒定，有選擇地將老儀器納入新監(jiān)測系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是監(jiān)測儀器與數(shù)據(jù)處理分析的中間連接部分，負責數(shù)據(jù)的采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)滿足前面監(jiān)測自動化系統(tǒng)的基本性能要求，并應(yīng)具備以下基本功能:①數(shù)據(jù)自動采集:能按用戶設(shè)定的起始時間、監(jiān)測周期及條件，對接入系統(tǒng)的各種監(jiān)測儀器進行自動巡回檢測、選測、定時定點或連續(xù)監(jiān)測，并自選保存測量結(jié)果。②數(shù)據(jù)自動處理:能對測值進行可靠性檢查，越限時重測并報警；能對所采集的數(shù)據(jù)進行計算，并求得所需的物理量，對計算數(shù)據(jù)進行存儲、建立數(shù)據(jù)庫；能輸出顯示、拷貝、打印(繪制)有關(guān)監(jiān)測成果圖表等。③自動數(shù)據(jù)采集與人工觀測相兼容:在系統(tǒng)發(fā)生故障時，可由觀測人員用便攜式儀表進行觀測。④人工鍵入功能:具有人工鍵入數(shù)據(jù)的功能，對人工測量的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場巡視檢查資料可人工進機入庫。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施

⑤適應(yīng)惡劣工作環(huán)境:系統(tǒng)運行的環(huán)境較為惡劣，有的露天布置，溫差大、濕度高、電磁于擾強、易遇雷擊等，因此要求系統(tǒng)具有很好的防潮、防雷等技術(shù)措施，以提高其環(huán)境適應(yīng)能力。⑥易擴展、易維修和兼容性:系統(tǒng)投入運行后，系統(tǒng)的規(guī)模、監(jiān)測儀器的布設(shè)等可能隨著時間推移而變化，有新測點要接入、某些老測點要廢棄，這要求系統(tǒng)要有較好的擴展性和兼容性；系統(tǒng)局部單元故障時，系統(tǒng)維修工作要求在較短時間內(nèi)完成，如更換元器件等，這要求有較好的易維修性。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施⑦掉電保護、短期自供電、系統(tǒng)自檢、故障顯示:在電源突然中斷時，能保證系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)和參數(shù)不丟失，并能自動上電，維持7d以上正常運行；能對系統(tǒng)設(shè)備、電源、通訊狀態(tài)等進行自檢，并顯示故障信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方式在設(shè)計時可在集中式、分布式和混合式三類方式中任選。對于監(jiān)測范圍廣、測點數(shù)量多、工程規(guī)模巨大的水庫工程，宜采用二級管理方案，即根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點，以建筑物為基本單元，將整個工程劃分為若干個監(jiān)測子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)再組成上一級管理網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)對各子系統(tǒng)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的管理。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施數(shù)據(jù)處理分析與監(jiān)控管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理分析與監(jiān)控管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)通訊設(shè)備、監(jiān)控中心監(jiān)控主機、管理計算機及監(jiān)測自動化系統(tǒng)軟件。為適應(yīng)水庫工程安全管理工作的需要，系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能:①在線實時監(jiān)控:在數(shù)據(jù)自動采集的基礎(chǔ)上實現(xiàn)在線監(jiān)控，其核心是在線快速安全評估，即一次數(shù)據(jù)采集(包括人工采集后輸入的數(shù)據(jù))完成后，利用該次實測數(shù)據(jù)的變化速率與監(jiān)控指標(監(jiān)控模型或某一界限值)進行對比、檢驗，若實測值超限，則進行復測和再次對比、檢驗，最終對實測值是否異常做簡單、快速的評估與判斷；用戶可以在屏幕上方便地查看到主要監(jiān)控測點的具體狀況(實測值、預(yù)報值、警戒值等)。②監(jiān)測資料管理:建立監(jiān)測資料整編數(shù)據(jù)庫，可繼續(xù)保留原始測值數(shù)據(jù)庫；對整編庫中的監(jiān)測資料可靈活地進行插入、刪除、修改、查詢等；輸入或修改工程安全巡視檢查記錄；對數(shù)據(jù)庫進行備份。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施

③監(jiān)測資料查詢:通過設(shè)置快速導航樹形測點結(jié)構(gòu)、測點表、儀器類型表，首先能在空間上快速定位欲查詢的測點或測點組，在此基礎(chǔ)上只要指定查詢的時間區(qū)間后，用戶就能立刻查到監(jiān)測數(shù)據(jù)；用戶可將已查到的監(jiān)測資料導出保存到本地機處理。④監(jiān)測資料離線分析評價:對長系列歷史資料進行全面分析，分析項目包括變形、滲流、接裂縫、環(huán)境量等監(jiān)測項目；分析模型以統(tǒng)計模型為主，也可根據(jù)需要建立混合模型或確定性模型；模型的候選因子種類包括溫度、水位、降雨、時效，因子數(shù)可根據(jù)需要自行增加；軟件能根據(jù)需要用圖表形式醒目地顯示分析結(jié)果，并能將成果立即打印到紙張上，輸出結(jié)果主要應(yīng)有模型方程、模型參數(shù)、各分量分解結(jié)果及統(tǒng)計值、監(jiān)測量的擬合和分解圖等。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施⑤報表制作:按水庫工程規(guī)范化管理的要求，將監(jiān)測成果按規(guī)定的格式進行整理，以便存檔和上報。⑥水庫工程安全檔案管理:能對安全監(jiān)測有關(guān)的技術(shù)文件、工程圖紙、重要圖片等進行管理，制作報表、工程安全冊等。⑦可靠、靈活的通信:可采用一種以上的并存的通信方式。系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮水庫工程管理工作的需要。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施

系統(tǒng)的實施：自動化監(jiān)測系統(tǒng)實施前，需先對原有的監(jiān)測設(shè)施進行全面鑒定和評價，完善監(jiān)測設(shè)施，配齊必要的監(jiān)測項目，提高監(jiān)測精度、穩(wěn)定性和可靠性，滿足規(guī)范的基本要求。在此基礎(chǔ)上再考慮對必要的監(jiān)測項目和測點逐步穩(wěn)妥地實現(xiàn)自動化監(jiān)測?！翱傮w設(shè)計、分步實施”是國內(nèi)水庫工程自動化監(jiān)測系統(tǒng)實施時目前較普遍的觀點。自動化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置要堅持少而精和經(jīng)濟、實用、有效的原則，在技術(shù)經(jīng)濟合理的前提下，采用國內(nèi)外成熟的先進技術(shù)。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施監(jiān)測自動化系統(tǒng)選型：監(jiān)測自動化系統(tǒng)選型時，應(yīng)全面規(guī)劃、統(tǒng)一考慮，強調(diào)自動化監(jiān)測系統(tǒng)三個組成部分的有機結(jié)合，保證系統(tǒng)功能的完整性。系統(tǒng)選型前，可選擇類似工程和相關(guān)儀器設(shè)備廠家進行調(diào)研，根據(jù)實測數(shù)據(jù)和資料來分析和確定系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)指標、可靠性和測量精度是否符合工程需要。監(jiān)測儀器設(shè)備選型時，應(yīng)充分考慮工程特點和系統(tǒng)的運行環(huán)境，選擇合適的監(jiān)測儀器設(shè)備來滿足工程安全監(jiān)測的需要。如儀器的量程、儀器設(shè)備所適用的環(huán)境等。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施系統(tǒng)防雷設(shè)計水庫工程一般地處山區(qū)，屬多雷區(qū)，系統(tǒng)的防雷是不可或缺的重要內(nèi)容。自動化系統(tǒng)必需有良好的接地，其接地網(wǎng)不能與高壓電氣設(shè)備的接地網(wǎng)合用，以免造成干擾。接地網(wǎng)宜優(yōu)先采用環(huán)形網(wǎng)，并采取良好的防腐防銹措施。每個數(shù)據(jù)采集單元等處均應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)接入點，設(shè)備接地前應(yīng)測量相應(yīng)的接地電阻，一般要求接地電阻不大于4Ω。采用光纖通訊是提高系統(tǒng)抗雷擊能力的有效措施。儀器電纜的選用和保護

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施電纜作為監(jiān)測自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸通道，其質(zhì)量、性能的好壞直接影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。根據(jù)工程運用的實際經(jīng)驗，電纜的護套要具有抗老化、耐水壓、耐高溫差、抗高壓等性能；電纜的芯線間要求電阻差要小，并符合規(guī)范要求；電纜還應(yīng)具有一定的抗拉、抗壓等機械性能；有屏蔽要求的電纜應(yīng)具有良好的屏蔽效果。電纜應(yīng)盡量沿最短路線敷設(shè)，并盡可能避開高壓線路，以減少干擾。壩外布置的電纜應(yīng)盡量少用或不用架空線，宜采用埋線并外套鋼管保護，以利于防雷擊；壩內(nèi)電纜的保護可采用硬質(zhì)工程塑料管。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施自動化監(jiān)測系統(tǒng)的考核與驗收目前國內(nèi)尚無有關(guān)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的考核與驗收標準。根據(jù)已有的國內(nèi)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)的考核驗收可從以下兩方面進行:(1)出廠或安裝前的驗收在監(jiān)測儀器設(shè)備出廠前或安裝前，對儀器的制造、組裝等質(zhì)量進行細致的檢查驗收，并對各項技術(shù)指標進行復核測試，所有指標合格后方能投入安裝使用。(2)試運行期的考核監(jiān)測自動化系統(tǒng)在現(xiàn)場安裝調(diào)試成功，經(jīng)合同雙方同意后，系統(tǒng)可正式投入一年試運行。系統(tǒng)試運行期間應(yīng)同時進行人工對比觀測。試運行期考核內(nèi)容主要有:①系統(tǒng)功能考核:對數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)硬件和數(shù)據(jù)處理、分析、管理系統(tǒng)軟件進行考核，考察系統(tǒng)功能是否滿足設(shè)計和合同文件的要求，對各項功能指標逐項進行測定考核。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施

②系統(tǒng)測量精度考核:系統(tǒng)測量精度應(yīng)在滿足有關(guān)規(guī)范、設(shè)計和合同文件要求的前提下，達到廠家給定的各種精度指標。③人工對比觀測數(shù)據(jù)考核:主要對比分析觀測資料過程線和觀測值的方差。過程線對比采用在相同時間和測次的二者的觀測數(shù)據(jù)過程線進行比較，分析其變化規(guī)律是否一致(因人工測次少、自動測次多，一般從自動化數(shù)據(jù)中挑選與人工測次相同的觀測數(shù)據(jù)進行比較)。方差分析通常采用2倍均方差作為測值誤差的限值，比較同一測次中人工測值與自動化測值之差是否在允許的誤差范圍內(nèi)。④數(shù)據(jù)缺失率考核:以人工測值為基準，統(tǒng)計系統(tǒng)試運行過程中明顯的錯誤測值、超限測值、缺失數(shù)據(jù)等的個數(shù)，與系統(tǒng)應(yīng)該有正確觀測數(shù)據(jù)個數(shù)比較而得出的百分率。其中要求人工觀測數(shù)據(jù)精度必須穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)因人員誤操作、非系統(tǒng)本身原因等造成的數(shù)據(jù)缺失，不計數(shù)。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施

⑤系統(tǒng)可靠性(故障率)考核:因系統(tǒng)儀器或設(shè)備原因造成系統(tǒng)整體或局部不能正常工作，導致無法測得正確數(shù)據(jù)稱為系統(tǒng)出現(xiàn)故障。主要考核系統(tǒng)中傳感器和數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)運行的故障率或平均無故障T作時間，一般要求系統(tǒng)故障率≤1.0%，或系統(tǒng)平均無故障工作時間>8000h。其他實施自動化監(jiān)測系統(tǒng)時，不能忽視巡視檢查和人工監(jiān)測項目。應(yīng)考慮到儀器監(jiān)測在空間上和時間上的不連續(xù)性，不可避免地會使一些工程安全隱患在自動化監(jiān)測儀器的范圍和時間內(nèi)漏掉，自動化監(jiān)測儀器的零位誤差等有時也需要靠人工觀測儀器來發(fā)現(xiàn)和糾正。相關(guān)的監(jiān)測技術(shù)規(guī)范中也明確規(guī)定監(jiān)測自動化系統(tǒng)調(diào)試時，應(yīng)與人工觀測數(shù)據(jù)進行同步比測。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的的運行維護與管理大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的的運行維護與管理(一)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的運行管理原則：建立健全規(guī)范化、制度化、標準化的管理機制。滿足現(xiàn)行水庫工程安全監(jiān)測規(guī)范的要求。充分利用科研院所的技術(shù)力量服務(wù)于水庫工程的安全監(jiān)測工作。如工程監(jiān)測、監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化、監(jiān)測自動化系統(tǒng)實施、監(jiān)測資料分析手段的更新等。對已運行多年的水庫工程，應(yīng)立足工程實際，充分利用原有的測點和設(shè)備，適當實施更改和新增，使系統(tǒng)經(jīng)濟合理。系統(tǒng)所采用的儀器設(shè)備，優(yōu)先考慮采用國內(nèi)成熟產(chǎn)品，要求低故障、高可靠。水庫工程相關(guān)管理人員應(yīng)積極參與系統(tǒng)設(shè)計，并對系統(tǒng)布設(shè)提出主導意見。根據(jù)工程管理實際狀況，結(jié)合科研和更改項目，建立一支具有不同層次的水庫工程監(jiān)測隊伍。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的的運行維護與管理(二)運行時應(yīng)做好的事項:應(yīng)對監(jiān)測自動化系統(tǒng)每年進行一次系統(tǒng)檢查，做好正式記錄，存檔備查。應(yīng)設(shè)法改善測點和監(jiān)測站的工作環(huán)境，不允許水滴直接濺落到監(jiān)測設(shè)備上，應(yīng)盡量避免氣流對垂線和引張線造成的振蕩應(yīng)對量水堰進行定期清理，防止排水析出物及其他雜物附著在堰板上，影響流量測量的精度。必須對監(jiān)測自動化系統(tǒng)加以防護，并做到:系統(tǒng)采用專用電源供電，不應(yīng)直接用現(xiàn)場照明電源；系統(tǒng)電源有穩(wěn)壓及過電壓保護措施，以避免受當?shù)仉娫床▌舆^大的影響。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要構(gòu)成大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要構(gòu)成

一個完整的大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)包括三大部分，分別為監(jiān)測儀器(主要為各類傳感器)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理分析監(jiān)控管理系統(tǒng)（一）、監(jiān)測儀器系統(tǒng)我國從20世紀50年代開始研制和生產(chǎn)大壩安全監(jiān)測儀器。經(jīng)過幾十年的不斷努力，在儀器的種類、性能和自動化程度上均有較大的發(fā)展。目前已有差動電阻式、鋼弦式、電容式、電感式、步進電機式、電磁差動式、差動變壓式等10余種。在實際工程應(yīng)用中效果較好，具代表性的主要有:①電容式和步進電機式垂線坐標儀、引張線儀；②鋼弦式、差動變壓式多點變位計；③伺服加速度計式鉆孔測斜儀；

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要構(gòu)成④電感式、鋼弦式、差動電阻式、壓阻式滲壓計；⑤電容式、差動變壓器式液體靜力水準遙測裝置；⑥采用密封式激光點光源、光電藕合器件CCD作傳感器的新型波帶板、真空泵自動循環(huán)冷卻水裝置等新技術(shù)的真空激光準直系統(tǒng)⑦采用液壓平衡原理新研制的差動電阻式應(yīng)變計和測縫計；⑧適應(yīng)高土石壩，特別是高混凝土面板堆石壩要求的大量程位移計和測縫計等。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的主要構(gòu)成

（二）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)我國對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的研究，始于20世紀70年代末，80年代有了長足的進步，進入90年代中期后，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等的發(fā)展和國外先進設(shè)備的引進，有多種型號的大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)先后研制成功，顯著提高了我國大壩安全監(jiān)測的實時性、可靠性和適用性。國內(nèi)大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)按采集方式分為集中式、分布式和混合式三類，具代表性的有DAMS型、IX}型,I_N1018型等系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例(一)改造前已有的監(jiān)測項目(人工觀測)1.垂直位移監(jiān)測采用一等水準網(wǎng)控制測量，具體測點為:①水準基點網(wǎng)遠離壩區(qū)1km以外，由4個點組成，為沖1-沖44點。②工作基點網(wǎng)位于壩區(qū)內(nèi)，由7個點組成。③垂直位移觀測點，壩頂沉降觀測點共7點，壩基沉降觀測點共22點。2.水平位移監(jiān)測采用垂線法，共設(shè)置了20條正垂線和3條倒垂線。采用的儀器分別為CG-2A型垂線觀測儀23臺、ZT-400型正垂設(shè)備20套、YT-400型倒垂設(shè)備3套。

3.裂縫監(jiān)測在重點壩垛的重要裂縫上布設(shè)25支CF-5差動電阻式測縫計，用SQB-2型數(shù)字式水工比例電橋測量。4.溫度監(jiān)測電阻溫度計共40支，其中壩基溫度計6支，垛墻混凝土溫度計10支，垛內(nèi)氣溫計10支，水溫計14支。5.環(huán)境量監(jiān)測①氣溫:在壩頂設(shè)有四臺溫度自記鐘；②庫水位；③雨量。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例(二)大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)是根據(jù)國家大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范及設(shè)計要求，在原有監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對監(jiān)測項目進行補充完善，對監(jiān)測設(shè)施進行更新改造而成。大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在大壩內(nèi)的12個分布式數(shù)據(jù)采集單元DAU和安裝在水庫管理中心的大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)組成。水庫管理中心與現(xiàn)場DAU之間由通信光纜聯(lián)接，通訊方式為RS-485現(xiàn)場總線(CANBus)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元DAU由安裝在管理中心的監(jiān)控主機統(tǒng)一控制采集數(shù)據(jù)。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例1.自動化監(jiān)測項目(1)位移監(jiān)測垂直位移仍采用人工觀測，但觀測資料納入監(jiān)測自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。大壩水平位移觀測采用垂線法，20條正垂線、3條倒垂線，共23個觀測點均采用電容式垂線坐標儀實現(xiàn)自動監(jiān)測。(2)繞壩滲流及地下水位新增繞壩滲流觀測點共11個；新增地下水位觀測點共21個。上述觀測點均采用振弦式壓力傳感器實現(xiàn)自動監(jiān)測。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例(3)應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測新增鋼筋應(yīng)力計共17支，新增滲壓計(垛墻硅)共6支，新增測縫計共18支，新增16個溫度計(垛內(nèi)氣溫、垛墻硅溫度各8個)，新增4個保溫層溫度測點(拱圈、通氣孔各2個)。以上均實現(xiàn)自動監(jiān)測。原有內(nèi)觀測點經(jīng)檢測符合自動化要求的溫度計34支、測縫計22支，共56支(電阻式)也實現(xiàn)自動監(jiān)測。(4)環(huán)境量監(jiān)測新增老廠尾水位監(jiān)測點(振弦式))1個和地區(qū)氣溫(電阻式))1個，這2個點納入自動化系統(tǒng)。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例2.自動化監(jiān)測儀器選型自動化儀器選型原則:在滿足精度要求的前提下，考慮其技術(shù)先進性、可靠性和長期穩(wěn)定性，并且有工程成功應(yīng)用實例。①優(yōu)先采用國內(nèi)成熟的產(chǎn)品(通過省部級鑒定的產(chǎn)品)，并且盡量采用統(tǒng)一類型的監(jiān)測儀器，以減少系統(tǒng)構(gòu)成的復雜性。②監(jiān)測儀器和監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求是低故障率、高可靠性，確保自動化監(jiān)測系統(tǒng)既實用又能長期穩(wěn)定運行。③采用的監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)采集單元的生產(chǎn)廠家要具有技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局頒發(fā)的計量產(chǎn)品許可證。④組成的自動化監(jiān)測系統(tǒng)可維護性好，易于擴展，且滿足《混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例3.數(shù)據(jù)采集單元本系統(tǒng)選用南瑞集團公司生產(chǎn)的DAU-2000系列分布式數(shù)據(jù)采集單元。外形及內(nèi)部布置見圖6-24。圖6-24DAU-2000分布式數(shù)據(jù)采集單元大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例4.監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控管理系統(tǒng)主要介紹在線監(jiān)測、圖形報表、離線分析、測值預(yù)報和數(shù)據(jù)管理。(1)在線監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對所有測點的遠程測量、入庫、計算、安全評估自動化。系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測值計算整編、在線快速安全評估(實時監(jiān)控)三個主要部分。在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖見圖6-25。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例①數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，定時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常懷疑點自動復測，對報警測點可以發(fā)送報警消息，真正實現(xiàn)“無人值守”功能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以直觀地顯示監(jiān)測儀器布置圖、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖，用戶直接在圖上選擇測點進行測量、查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)、繪制過程線以及查詢測點的屬性。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示界面由用戶自己定制，可以選擇以過程線、分布圖或數(shù)據(jù)的方式來實時顯示自己關(guān)注的測點組合的測值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)允許通過管理單位局域網(wǎng)登錄監(jiān)控主機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的異地控制。②成果計算整編測值計算整編具有獨立的用戶界面，可對任一測點進行公式的編輯、查詢，計算方案可以任意設(shè)置，缺省為處理所有最新測值。對常見觀測項目的計算方法提供詳細的在線幫助。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例③在線評估(實時監(jiān)控)在線評估模塊，提供對評判準則的管理、評判方案的設(shè)置。該模塊主要包括:a.監(jiān)控準則主要包括時空分析評判準則、力學規(guī)律評判準則、數(shù)控模型評判準則、監(jiān)控指標評判準則、日常巡視評判準則、關(guān)鍵問題評判準則等評判準則。b.自動監(jiān)控主要是利用已有的準則對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動的在線分析評價，判別測值的性質(zhì)是正常、基本正常、疑點或異常。對異?；蛞牲c數(shù)據(jù)進行不同級別的報警。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例c.準則的管理和維護準則分為靜態(tài)準則與動態(tài)準則。系統(tǒng)的準則管理和維護通過準則管理模塊來完成。主要功能是準則庫的建立與撤銷；準則的修改、插入、刪除、查詢、打??；準則的一致性、冗余性檢查；準則庫的重組。最新監(jiān)測數(shù)據(jù)評判結(jié)果在監(jiān)測儀器布置圖中實時顯示或在用戶定義的表格中顯示。

大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例2)圖形報表系統(tǒng)圖形報表系統(tǒng)提供豐富的圖表控件供用戶根據(jù)需要編輯形成各類圖形、報表。系統(tǒng)分為圖表編輯器和圖表顯示器兩部分。圖表編輯器生成圖表模板，調(diào)用圖表模板可生成相應(yīng)的圖表供保存、打印，該圖表還可根據(jù)需要生成WEB網(wǎng)頁。圖形控件包括歷史過程線控件、日過程線控件、揚壓力方塊圖控件、分布圖控件、相關(guān)圖控件、統(tǒng)計圖等；報表控件包括年報、季報、月報、旬報、日報、年鑒和匯總報表等控件。對于同一數(shù)據(jù)的報表控件和圖形控件，用戶可以在圖形或報表上直接對數(shù)據(jù)進行編輯，報表和圖形均實時反映修改的結(jié)果，但不影響原始數(shù)據(jù)庫。圖表控件還包括對監(jiān)測系統(tǒng)狀況的統(tǒng)計分析控件，如按項目統(tǒng)計測點、按壩段統(tǒng)計測點、系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集缺失率、儀器完好率統(tǒng)計等。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例(3)離線分析系統(tǒng)離線分析系統(tǒng)主要用于對實測數(shù)據(jù)的處理和計算分析，評估大壩的實際運行性態(tài)。將實測值換算成標準監(jiān)測量，根據(jù)各類儀器特性對各監(jiān)測量進行誤差檢驗(包括粗差、偶然誤差、系統(tǒng)誤差等)；提供各種計算分析模型；提供各種可選的分析因子，如水壓、溫度(氣溫、壩溫)和時效因子等，供用戶任意組合選用；提供豐富的圖形和表格功能，使整個分析過程窗口化，分析結(jié)果圖表化。離線分析系統(tǒng)功能框如圖6-26，系統(tǒng)有以下特點:大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例①集多元線性回歸分析、典型相關(guān)分析和主成分分析的基本功能為一體，實現(xiàn)多因變量的回歸建模，可有效地克服自變量之間的多重相關(guān)在系統(tǒng)建模中的的不良作用。②對各類監(jiān)測量進行計算分析，建立包括統(tǒng)計模型、混合模型和確定性模型在內(nèi)的單點及分布模型，滿足多種不同需求。③能進行大規(guī)模批處理，在相同的因子組合條件下，對多個測點以及多個分析時段同時進行分析和建模，高效快速。④直接在監(jiān)測布置圖上點取分析對象，在測值過程圖上截取分析時段，直觀方便。大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程案例⑤對因子的選用、組合及分類靈活多樣，隨意性強，通過簡單的操作即可組合出數(shù)量眾多的因子。⑥根據(jù)分析對象群、計算時段和因子組合等自動生成計算所需的全部數(shù)據(jù)，用戶無須進行大量樣本數(shù)據(jù)的準備工作。⑦計算結(jié)果和模型方程圖表化程度高，直觀性強，各圖表的相互切換方便快捷。分析系統(tǒng)具有一定的智能，