解读大坝安全监测自动化系统应用现状分析及发展趋势.pdf

信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第 9 期46作者简介：詹树维，男，本科，工程师，研究方向为水务工程建设、管理。解读大坝安全监测自动化系统 应用现状分析及发展趋势詹树维（广东省东莞市厚街镇水务工程运营中心，广东东莞 510000）摘要：自改革开放以来，随着新型经济政策的实施逐渐呈现出了良好的经济转型趋势，在我国水利水电工程建设方面逐渐取得了卓越的成就。在顺应水利水电建设事业的发展趋势时，对推动水电站项目的发展具有关键作用，使当前的水库大坝建设逐渐壮大。为保障水电工程在运行时的安全性和高效性，本文主要对大坝安全监测自动化系统的应用进行分析，掌握该项系统的应用现状，对后续的发展趋势做出合理预测，旨在全面提升国家经济效益，以供参考。关键词：大坝建设；安全监测；自动化系统；应用现状；发展趋势0 引言在大坝安全监测工作中，随着信息化系统的建设，通常需要借助传感技术、信息技术和电子技术，根据相关大坝建设情况全面监测，以获得准确的数据信息。在做好数据采集、处理、分析等工作时，为后续的施工操作提供有力的参考依据。在大坝安全监测自动化系统的运行期间，派遣专业技术人员深入分析系统的具体应用措施，为工程项目建设提供载体支持，有利于水库相关工程建设水平的全面提升。1 大坝安全监测自动化系统中的关键技术1.1 采集控制技术作为监测系统中的核心设备，测量控制单元的主要功能是利用传感器完成信号采集工作，并且需要促进测点模/数（analog-to-digital，A/D）的转换。在数据处理过程中，能够运用测量控制单元，做好通信、传输、存储等多方面的工作，同时包含了电源管理、时钟等功能。随着测量作业的开展，其通道具有复用性，所采集的信号多种多样。例如，电流、电压、电容、电感、振弦、差阻等等，所获得的测值应具备稳定性。对于采集作业的方式，以及电源管理工作的正常展开，均会对自动化系统的运行状态产生直接影响。其中，对于所涉及的采集方式包括三种。即，单点测量、定时测量、选点测量等等，全部关乎于系统的运行效果。以 DAU3000 数据采集单元为例，能够将各类电测传感器混合接入该类系统架构，具有全并行的效果，所涵盖的功能优势明显，可以根据设备状态运行环境以及供电电源，充分做好在线监控作业。1.2 管理系统在用户与监测自动化系统对接时，管理系统的设置通常作为窗口，便于用户利用监测管理系统顺利做好采集控制工作，并加强对数据的管理。根据模型全面分析之后，获得客观的预测，并保障各项预警的及时性。对于每一项工程，或者在监测单位管理机构当中，均设置了独有的监测管理系统。在不同的工程建设时期，随着监测管理系统的持续运行，所涉及的侧重点存在一定的差异。对于管理系统中的重要功能，通常在于以下几点。即，即时采集、自动触发、报告自动生成、模型分析、三维可视、预警预报等等。1.3 通讯传输技术在连接测量控制单元和管理系统时，通信系统发挥了枢纽的作用，包括无线传输、有线传输 2 种传输类型。作为有线传输中的介质，一般为双绞线、光纤等，在无线传输中，通常会采用移动网络、威发（wirelessfidelity，WiFi）、网桥或者通信卫星作为介质。在具体的工程中，为保证组成的通信网络具备完整性，一般会综合运用多种通信手段。以三峡工程为例，其中的自动化系统在建设过程中，会采用光纤环网，在 DAU 之间采用了 RS485 通信 息 与 网 络Maritime Safety 水上安全47信，在网络管理单元（networkmanagementunit,NMU）之间或者在 NMU 到监测中心站之间，通常会采用光纤通信。以某水电站为例，所打造的外观自动化系统通常采用了以太网星形结构。在运用无线网桥通讯的过程中，通常作用于基准站点的位置。在建立机器人测站时，一般采用了双绞线到光端机的方式，再通过光纤传输的方式，使相关信号能够顺利到达中心站1。2 大坝安全监测自动化系统应用现状自 20 世纪 60 年代起，在早期大坝的建设过程中，由于出现了无法规避的问题，随着时间的不断推移，所造成的经济损失逐渐加大，不利于保障水库的经济效益。在大坝安全监测过程中，逐渐引起了社会各界的高度重视，对于以往的大坝安全监测工作，通常会将重点放在单一的人工巡查环节。在科学技术的发展过程中，随着技术应用水平的不断提升，逐渐加入了摄像头监测的方式。在全面做好人工巡查工作时，发挥摄像头监控方式的辅助作用，使两种方法有机结合之后，利于大坝检测安全系数的全面提升。在顺应科技的进步趋势时，通过形成更加便利的条件，使大坝安全监测自动化系统顺利运行。到 20 世纪 80 年代，西方先进国家的自动化技术不断发展，我国在重视对该类技术的学习、借鉴和应用时，逐渐形成了独有的大坝安全监测自动化技术体系，且该类体系的建设日趋成熟。随着大坝安全监测自动化技术规范的颁布，结合相关行业的技术监测标准，能够在水库工程的建设过程中，发挥大坝安全监测自动化系统的保护作用2。就大坝安全监测自动化系统目前的应用现状，可以看出仍然存在一定的问题与不足。例如，在某水库大坝中，若在监测过程中环境条件比较恶劣，监测点的分布缺乏集中性，所涉及的监测项目比较烦琐，具体的监测范围太广等等。因此，通过综合考虑水库工程的自身情况，在做好大坝设计的同时，应保证整体规划设计具有全方位的特点，牢牢把握时效性可靠性、先进性、通用性、实用性等基本原则，充分发挥安全监测自动化系统的实用价值。3 大坝安全监测自动化系统的相关应用3.1 保障建设施工秩序在水库工程建设与规划过程中，要求设计人员全面做好勘探工作，掌握周围环境的实际情况，形成对工程概况的全面勘察。通过合理调整计划方案，保证总体规划设计的可行性，避免出现施工操作混乱的现象，有利于保障整体施工建设的秩序。对于部分水库建设地区，由于环境比较恶劣，而且部分施工作业本身具有一定的复杂性，所以在开展监测活动时，其难度系数相对较高，并且存在一定的危险性。在运用安全监测自动化系统时，不仅可以最大程度保障监测人员的生命安全，还可以有效规避操作时的误差，在优化最终检测结果时，还能够获得准确、可靠的监测数据。根据大坝的实际运行状态，使设计人员能够明确掌握大坝安全监测自动化系统结构，获得全面、准确、详细的材料与信息。在施工设计规划阶段，保障内容条理清晰，使施工现场井然有序，利于全面提升工程建设水平。大坝安全监测自动化系统结构如图 1 所示。图 1 大坝安全监测自动化系统结构在整合大坝安全监测数据时，可以将其存储于数据库中，促进数据的结构化转变，使各方面专家能够及时获取数据信息，采用远程咨询的方式，利于沟通效率的提升，还能够由专家及时校正方案中的不足。在深入优化设计方案时，保证施工设计方案的可靠性与科学性，可以进一步维护后续工程建设的施工秩序。3.2 节约建设成本在水库工程的建设过程中，所投入的人力资源总量相对较大，需要注重对人力资源的合理分配，为设计、施工、勘探等工作的开展提供人才支持。在运用自动化安全监测系统时，不仅可以获得准确、有效的监测结果，还能够大幅度减少对人力资源的消耗，并帮助工程建设企业节约成本。随着大坝安全监测自动化系统的持续运行，根据实际所需要测量的数据类型，在工作人员掌握采集时间与监测周期时，可以凭借系统完成数据采集工作，既具有自动化的采集优势，还能够定时、定点完成采集作业，省去了人工现场采集的流程。在大坝安全监测自动化系统中，同时还具备了报警功能。如果部分数据在采集时存在变幅超限的情况，或者所设置的量程超过了仪器标准时，当系统检测到上述异常状况的情况，会立即发出警告并做出提醒，有利于保障安全监测操作的可靠性。大坝安全监测自信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第 9 期48动化系统还具有数据资料归集、整理等多方面的功能，根据实际所观测的数据，并与人工测量数据结合之后，通过统一整编和分析，在工作人员操作系统时，能够自动生成报表，并完成图形绘制操作。在后续的数据处理过程中，尽可能地缩减对人力资源的投入，有利于工程建设效率的提升，便于建设成本的合理缩减3。3.3 保证施工建设准确度对于传统的安全监测系统，一般由人工巡查和摄像头监控两种方式组成，其中的人工参与率相对较高，最终的检测结果往往与工作人员的技术水平具有紧密联系，并且会受到自然环境、设备运行等多方面干扰因素的影响，所以不利于保障检测结果的可靠性和准确性。在运用大坝安全监测自动化系统时，该系统的运行具备先进性，可以帮助工作人员更加全面地掌握工程现状，最大程度规避主观因素、客观因素的影响，可以获得精准的检测结果，以保证施工操作的正确性。随着大坝安全监测自动化系统的不断运作，由于该类系统有着较高的自动化水平，可以最大幅度降低人工参与度，能够有效减少人工误差，避免对最终监测结果形成不良干预。在系统中，数据信息均以信号的形式呈现，并采用数字化的传递方式，可以保证数据信息在传输过程中的稳定性。在规避外界干扰因素的影响时，使数据能够传输更长的距离，进而获得更为准确的检测结果。在信息技术不断发展的趋势当中，逐渐引起了技术人员的重视，并在大坝安全监测自动化系统中，通过设置数据备份程序，能够避免数据材料意外丢失，使系统的运行更加可靠，获得准确的监测结果，指导施工建设作业顺利展开，全面优化工程建设总体效果。4 大坝安全监测自动化系统的发展趋势4.1 运用 BIM 技术获得可视化监测成果在水利水电工程项目建设过程中，为保证大型复杂结构的稳定性，使工程建设安全性合乎规定，使总体使用寿命满足实际需求，需要在安全监测系统的运行阶段，对融合可视化功能提出全新要求。在大多数大坝安全监测自动化系统中，具备数据采集、传输、存储、处理等多方面的功能，在未来的发展阶段，可以适当融入可视化设计，并加强对相关功能模块的研发，根据最终的监测结果，以获得实时评估的效果。在建筑信息模型（buildinginformationmodeling，BIM）技术日益普及的阶段，能够为工程相关数据信息的获取提供基本支持，在建立三维数字化模型时，促进数据信息的有效共享，并在数据信息平台中完成处理作业。因此，在大坝安全监测自动化系统研发阶段，重视对 BIM 技术的应用，在处理监测信息时，可以获得可视化的效果，使操作人员更为直观地看到检测结果，既能够促进人机交互性的提升，还可以获得良好的监测效率4。4.2 数据采集传输与处理智能化转变作为当前最为流行的信息技术之一，在应用物联网技术时，需要配备传感器这一必要设备，辅助物联网信息采集作业顺利展开，能够加快信息化时代的总体发展进程。大坝安全监测作业的开展具有较长的周期，在使用埋入式的仪器时，总体工作周期长达 30年左右。而对于埋入式仪器的使用寿命，均需要满足长期监测工作要求，同时还应保障仪器在运行时的稳定性。传统的传感器类型有 2 种：一种是振弦式；一种是差阻式。它们具有寿命长、稳定性的特点，但不具备较好的智能化发展程度，且难以促进采集作业效率的提升。在未来传感器研发的过程中，需要基于现有传感器的应用优势，适当增加智能化功能，以便促进采集作业效率的提升。结合传感器的实际特点，基于智能化的数据处理方式，一旦发现物理量超出许可范围的情况，监测系统会自动报警，可以有效减少人工参与量，并获得高效化的数据采集效果。5 结束语水利水电工程的建设规模和总体数量持续加大，在对外展示的过程中，可以看出已经形成了举世瞩目的成果，可以帮助我国摆脱落后的水电建设形象，逐渐朝着世界级水电建设大国的行列持续迈进。在应用大坝安全监测自动化系统时，还应配备先进的网络软件技术，保证数据在传输和分析时的准确性，合理预防数据、材料等意外丢失情况，通过设立材料备份系统，从实际需求出发解决问题。6 参考文献1 郭晨,马迅,贺晨鸿.大坝安全监测自动化系统设计中的几个问题 J.水力发电,2021:68-69.2 方卫华.大坝安全监测自动化系统的运行管理 J.人民珠江,2022(2):40-41.3 阿力木江买买提,努尔曼阿布拉.刍议大坝安全监测自动化系统在水库工程建设中的应用 J.水电水利,2020(4):68-69.4 方卫华,王润英.大坝安全监测自动化系统的选型与考核 J.红水河,2021(2):5-6.