針對大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題，提出了按照系統(tǒng)框架進行設(shè)計的思路。闡述了大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)的五層體系框架，并詳細闡述了各層的功能。對項目設(shè)計和實施具有一定的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)；水庫大壩；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，會造成大壩下游一定范圍內(nèi)的人員、財產(chǎn)和環(huán)境損失。在加強水利建設(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)測水平，確保水庫大壩安全，是關(guān)系家利益和社會穩(wěn)定的頭等大事。大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要由觀測傳感器、遙測數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和自動監(jiān)測管理軟件系統(tǒng)組成。通過計算機的工作，可以實現(xiàn)大壩觀測數(shù)據(jù)的自動采集、處理、分析和計算，初步判斷大壩的行為是否正常，并為監(jiān)測對象提供安全預警報告。建立大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以縮短數(shù)據(jù)采集周期，提高大壩觀測效率，降低勞動強度；它可以充分利用水庫的調(diào)蓄能力，使防洪和供水效益較大化。同時，可以提高水庫管理水平，及時發(fā)現(xiàn)大壩隱患，為水庫安全運行提供有力保障。中已建成近8.5萬座水庫，居世界較好。但是，由于歷史原因，這些水庫大多防洪標準較低，大多存在不同的質(zhì)量問題。部分水庫大壩險情嚴重，影響水庫綜合效益，嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全。為了保證水庫大壩的安全運行，充分發(fā)揮水利工程的預期效益，對水庫大壩實施安全監(jiān)測和科學管理已成為我各級水行政主管部門面臨的一個緊迫而重要的問題。大壩監(jiān)測自動化經(jīng)歷了從單一儀器遙測、專用測量設(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)測系統(tǒng)的發(fā)展和進步密切相關(guān)，監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展以所有監(jiān)測元件的快速發(fā)展為標志，包括從相關(guān)傳感器和測量儀器到轉(zhuǎn)換、處理、存儲、打印和分析設(shè)備的發(fā)展。在大量大壩安全工程的實際應(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，并通過確定每個工程的不同體系結(jié)構(gòu)，對工程進行了不同層次的設(shè)計。這種方法在項目設(shè)計和實施中是結(jié)構(gòu)化和有組織的。1.系統(tǒng)架構(gòu)根據(jù)實際情況，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)測方法和技術(shù)來完成。主要監(jiān)測項目為：1。)變形監(jiān)測包括水平位移(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。除上述變形(稱為表面變形)監(jiān)測項目外，土石壩還設(shè)有內(nèi)部變形監(jiān)測。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。對于混凝土面板壩，還有混凝土面板的變形監(jiān)測，包括表面位移、撓度、應(yīng)變和接縫張開度監(jiān)測。此外，岸坡和基巖面及深層的位移監(jiān)測也是變形監(jiān)測。2)滲流監(jiān)測混凝土壩滲流監(jiān)測包括壩基和壩體揚壓力、壩基和壩體滲漏、壩周滲流和地下水位監(jiān)測。土石壩滲流監(jiān)測包括 #p#分頁標題#e#

土石壩壓力(應(yīng)力)監(jiān)測包括孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力和混凝土面板應(yīng)力監(jiān)測。4)環(huán)境監(jiān)測或水文氣象監(jiān)測壩址環(huán)境對大壩和基礎(chǔ)的工作性狀影響較大，需要進行監(jiān)測。監(jiān)測項目包括庫區(qū)上下游水位、水溫、氣溫和降雨量。以上四類監(jiān)測項目涉及數(shù)十個物理量，每一個物理量監(jiān)測都需要在設(shè)計時安排必要的測點和合適的監(jiān)測儀器。兩個規(guī)范根據(jù)工程等級、建筑等級、壩型、壩基和基巖地質(zhì)門檻以及大壩設(shè)計和施工的特點，規(guī)定了監(jiān)測項目的選擇和測點的設(shè)計和布置。監(jiān)測項目和測點的布置不應(yīng)過多也不應(yīng)過少，并應(yīng)保持在合理的水平?？梢詤⒖忌鲜鱿鄳?yīng)的際指標來確定，即監(jiān)測設(shè)施和實施費用等于項目總費用的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，即實現(xiàn)主要監(jiān)測項目的自動化。2.通信層通信層是監(jiān)控數(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)通信的較遠距離可以達到十幾公里，無線數(shù)據(jù)通信的距離可以達到幾十公里。當采用有線數(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，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸具有自動路由判斷機制，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算機網(wǎng)絡(luò)，是應(yīng)用軟件系統(tǒng)運行的基本環(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)層是整個業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)的平臺，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它由幾個相對先立且相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫組成，數(shù)據(jù)層主要是監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和空間地理數(shù)據(jù)庫。5.應(yīng)用層應(yīng)用層以大壩安全監(jiān)測管理軟件為核心，主要完成接收、檢測、計算、處理、存儲、分析、安全評估預警、統(tǒng)計、重組、查詢等過程。大壩安全監(jiān)測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)計分析與預警系統(tǒng)、WEB查詢系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。二.信息流主要信息流包括信息收集、信息存儲、信息查詢、信息統(tǒng)計分析和預警、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和信息展示。信息采集：主要是對所有接入系統(tǒng)中的各種監(jiān)控儀表進行一定方式的自動測量，采集測量數(shù)據(jù)并傳輸至中央控制裝置

集中儲存或處理。信息存儲：主要通過信息采集系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進行解碼、校驗、入庫、存儲。信息查詢：主要對入庫的自動化測量數(shù)據(jù)根據(jù)任意時段和各點的數(shù)據(jù)進行查詢。信息統(tǒng)計分析預警：主要對根據(jù)采集值和時間為軸，顯示信號的時間變化過程，時間軸可以定義，如秒、分、小時、天；數(shù)據(jù)庫可以隨時調(diào)出查看、編輯、另行存儲。對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)進行離線分析處理、為大壩安全評判和運行管理提供監(jiān)控模型、監(jiān)控數(shù)據(jù)圖表。如自動采集的孔隙水壓力過程線的顯示頁面形式等等。數(shù)據(jù)庫管理：主要對根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)貯、數(shù)據(jù)庫查詢/修改、人工插補等。信息展示：主要對客戶提供報表顯示、圖形形式、電子地圖顯示、報警、視頻圖像等方式展示。三、系統(tǒng)組成大壩安全監(jiān)測系統(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)庫系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括自動采集或人工觀測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、測控單元（MCU）上位機、監(jiān)測中心、監(jiān)測分中心組成，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控單元來完成，然后將所測數(shù)據(jù)傳送到主機。系統(tǒng)每個觀測現(xiàn)場的測控單元都是多功能智能型儀器，能對各種類型的傳感器進行控制測量。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)量等信號輸入到測控單元。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.測控單元●根據(jù)確定的觀測參數(shù)、計劃和順序進行實際測量、計算和存儲，并有自檢、自動診斷功能和人工觀測接口?！窀鶕?jù)確定的記錄條件，將觀測結(jié)果及出錯信息與指定的監(jiān)測中心或其他測控單元進行通信。能選配不同的測量模塊或板卡，以實現(xiàn)對各種類型傳感器的信號采集。●檢測指點的報警條件，一旦報警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測中心?！駥⑺杏^測結(jié)果保存在存儲單元中，直到這些數(shù)據(jù)被監(jiān)測中心準確接收完?！窆芾黼娔芟?，在斷電、過電流引起重啟動或正常關(guān)機時保留所有配置設(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?！癫杉到y(tǒng)的運行方式有應(yīng)答式和自報式兩種，必要時也可采用任意控制。3.通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)根據(jù)站點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)測中心、分中心進行數(shù)據(jù)接收、處理、存貯、分析、預警等功能。對接收的數(shù)據(jù)進行容錯校驗、數(shù)據(jù)可靠性和準確度檢查及數(shù)學模型檢查，數(shù)據(jù)存儲、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、標定安全監(jiān)控數(shù)學模型、并進行影響因素分解及綜合性的分析、預報報警及安全性評價，以滿足對大壩安全監(jiān)測的需要。綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：可以對大壩安全監(jiān)測信息建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī)范數(shù)據(jù)標準，可以有效地進行數(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)。也可以對其它相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入提供接口。結(jié)語大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是集先進的壩工、計算機、電子、通訊、管理技術(shù)為一體的符合現(xiàn)代社會發(fā)展、管理需要，是加強政府監(jiān)督的有力工具，是企業(yè)大壩安全工作的目標，是提高我大壩安全管理工作的根本。作好系統(tǒng)設(shè)計及實施要根據(jù)規(guī)范結(jié)合具體大壩的具體情況和自動化發(fā)展水平進行，以便建立一個實用的自動化系統(tǒng)。（由西安山脈科技發(fā)展有限公司供稿）參考文獻1趙志仁.大壩安全監(jiān)測設(shè)計.黃河水利出版社,2003.7#p#分頁標題#e#