大坝安全监测解决方案样本.doc

大坝安全监测系统

处理方案

目录
第1章 概论 3
1.1 系统概览 3
1.2 历史回望 3
1.3 现实状况分析 4
1.4 目标叙述 4
第2章 总体设计 6
2.1 设计标准及依据 6
2.2 系统体系结构 7
2.3 信息步骤 10
2.4 系统组成 11
2.5 系统功效 12
第3章 信息采集系统 14
3.1 需求分析 14
3.2 技术处理方案 14
第4章 通信网络系统 20
4.1 测控单元和监测中心之间通信 20
4.2 监测中心和监测分中心之间网络 25
第5章 软件系统 27
5.1 建设标准 27
5.2 技术处理方案 28

第1章 概论
1.1 系统概览
大坝作为特殊建筑，其安全性质和房屋等建筑物完全不一样，大坝安全出现问题，将会引发大坝下游一定范围人员和财产、环境损失。在加强水利建设大环境下，提升水工建筑物安全，尤其是提升大坝安全监测水平，确保水库大坝安全，是关系到国家利益和社会稳定头等大事。大坝安全监测系统关键由观察传感器、遥测数据采集模块、工业控制网络和自动监测管理软件系统组成，经过计算机工作，能够实现大坝观察数据自动采集、处理和分析计算，对大坝性态正常是否作出初步判定和分级报警为监测对象提供早期安全预警汇报自动化系统。建立大坝安全自动监测系统，能够缩短数据采集周期，提升大坝观察工作效率，减轻劳动强度；并能充足利用水库调蓄能力，使其在防洪和供水两方面发挥最大效益，同时可提升水库管理水平，立即发觉大坝隐患，为水库安全运行提供有力保障。
1.2 历史回望
大坝安全监测系统在西方发达国家已经有30多年历史。如法国要求对高于20 ｍ大坝和库容超出1500万ｍ３水库，均需设置报警系统，并提出垮坝后库水淹没范围、冲击波抵达时间、淹没连续时间和对应居民疏散计划等。而葡萄牙大坝安全条例（1990）也要求大坝业主提交相关溃坝所引发洪水波传输研究汇报，编制下游预警系统、应急计划和疏散计划。美国《联邦大坝安全导则》和加拿大《大坝安全导则》全部强调要求采取险情估计、报警系统、撤退计划等应急方法，方便万一发生不测时，将损失降低到最小程度。1976年美国92.96 ｍ高堤堂坝（Ｔｅｔｏｎ）失事前，大坝管理机构依据大坝安全监测系统监测到事故发展情况立即经过下游行政司法当局向可能被淹群众发出警报，有组织地进行人员疏散，尽管大坝失事后堤堂河和斯内克河下游130km，约780 km2地域遭洪水肆虐，造成25000人无家可归、损失牲畜约２万头巨大物质损失，但人员死亡只有11人，初步表现了大坝安全监测系统关键意义。
1.3 现实状况分析
中国已建成近8.5万座水库，数量居世界首位。不过，因为历史原因，这些水库大部分防洪标准偏低，且大全部存在不一样程度质量问题。部分水库大坝病险情况较为严重，影响了水库综合效益发挥，也严重威胁着人民生命财产安全。为了确保水库大坝安全运行，充足发挥水利工程预期效益，对水库大坝实施安全监测和科学管理，已成为中国各级水行政主管部门所面临一个迫切需要处理重大问题。
大坝监测自动化经历了从单台仪器遥测、专用测量装置、集中式数据采集系统到分布式数据采集系统发展过程，其发展和基于仪器设备监测系统发展和进步亲密相关，而监测系统发展是以全部监测元件迅猛发展为标志，包含从相关传感器、测量仪器到转换、处理、存放、打印和分析设备发展。
现在，全国大部分水库大坝监测报手段落后，测验设施设备老化，信息采集精度低，甚至很多水库没有对大坝监测手段。大坝带病运行，一旦遇大洪水来临严重威胁大坝及下游人员和财产安全。所以，迫切需要建设一套自动化程度高、有优异大坝监测系统，以提升防洪减灾能力，保障人民生命财产安全。
1.4 目标叙述
大坝安全监控系统是一个庞大系统工程，而且含有包含信息量大、覆盖知识面广等特点。
众所周知，大坝安全监测仪器是大家了解大坝运行状态耳目，它要能够在恶劣环境下长久稳定可靠检测出大坝微小物理量改变，所以在一些方面（如在测量精度、长久稳定性方面）和其它工业监测行业相比，其要求更高、难度更大。从外部观察静力水准、正倒锤、激光准直到内部观察渗压计、沉降计、测斜仪、土体应变计、土压计，其自动化遥测全部是建立在高可靠性传感器基础上。多年来，伴随大型水坝建筑增多和高科技应用，大坝安全监测正向一体化、自动化、数字化、智能化方向发展。
大坝安全监测系统建设总目标是以国家对大坝安全监测工程建设标准和要求为依据，以实时采集监测信息并传输到大坝安全监测中心进行分析、处理为目标，将现代化工业自动化控制、现代通信技术、计算机网络技术、数据库技术、地理信息技术和信息分析估计技术和大坝安全监测业务需求紧密结合，建成一个优异实用、高效可靠、自动化程度高大坝安全监测系统，达成监测数据采集自动化、传输网络化、处理标准化、分析科学化，有效地提升水情信息采集、传输、处理、分析、预报正确性、可靠性，愈加好地为各级大坝管理部门决议和指挥抢险救灾提供科学依据。

第2章 总体设计
2.1 设计标准及依据
2.1.1 设计标准
1. 实用性
适应施工期、蓄水期、运行期及已建工程更新改造不一样需要，便于维护和扩充，每次扩充时不影响已建系统正常运行，并能针对工程实际情况兼容各类传感器。能在温度－30～＋60℃、湿度95％以上及要求水压条件下正常工作，能防雷和抗电磁干扰，系统中各测值宜变换为标准数字量输出。操作简单，安装、埋设方便，易于维护。
2. 正确性
对于大坝安全监测系统而言，信息正确性直接关系到决议成败。所以该系统在监测数据自动采集、传输、处理等工作步骤设备选型和技术处理上要充足考虑误差控制和误差处理，确保提升系统整体正确性。
3. 可靠性
为确保系统长久稳定运行，观察数据含有可靠精度和正确度。系统设备能自检自校及显示故障诊疗结果并含有断电保护功效，同时含有独立于自动监测量仪器人工观察接口。
4. 优异性
努力争取高起点，既满足现实需求，又适应长远发展需要，确保系统所采取技术和目前技术发展趋势保持一致，并便于系统扩展、升级和优化。
5. 开放性
坚持统一标准，采取行业标准和规范进行统一设计，按开放式系统要求选择设备，组建系统，以利于调整和扩展，便于信息共享。
6. 经济性
系统设计时坚持经济性标准，在功效和采集范围上可多可少，可大可小，以满足不一样投资规模和不一样建设规模需要，在追加投资后系统能方便扩充功效和扩大监测范围。系统采取为分布式结构，设备间连线简单，施工费用极低。整体优化设计，强化软件，简化硬件，降低了设备造价。
2.1.2 设计依据
《混凝土大坝安全监测技术规范》（DL/T5178-）；
《土石坝安全监测技术规范》（SL/60-94）；
《水利水电工程测量规范》（DLJ202-81）；
《水利水电工程施工测量规范》（SL52-93）；
《国家一、二等水准测量规范》（GB50026-93）；
《国家水电工程测量规范》（DLJ202-81）；
《水位观察标准》（GBJ138-90）；
《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL 47）；
《砌体工程施工及验收规范》（GB 50203）；
《水利水电工程钻探规程》（DL 5013）；
《大坝安全自动化监测系统设备基础技术条件》（SL268-）；
《土石坝安全监测资料整编规程》（SL169-96）；
《混凝土拱坝设计规范》（SL282-）。
2.2 系统体系结构
依据业务需求分析，确定系统体系结构由采集层、通信层、网络层、数据层、应用层5部分组成。系统体系结构如Error! Reference source not found.所表示。

图1 系统体系结构图
2.2.1 采集层
采集层是信息起源基础，经过不一样监测方法和技术来完成，关键监测项目为:
1. 变形监测
变形监测包含水平位移（横向和纵向）、垂直位移（竖向位移）坝体及坝基倾斜、表面接缝和裂缝监测。对于土石坝除设有上述变形（称之为表面变形）监测项目外，还设有内部变形监测。内部变形包含分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变观察。对于混凝土面板坝还有混凝土面板变形监测，具体包含表面位移、挠度、应变及接缝开度监测。另外岸坡及基岩表面和深层位移监测也属变形监测。
2. 渗流监测
混凝土坝渗流监测包含坝基和坝体扬压力、坝基和坝体渗漏量、绕坝渗流和地下水位监测。
土石坝渗流监测包含坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流、渗流量监测。
3. 应力、应变及温度监测或压力（应力）监测
混凝土坝应力、应变及温度监测包含混土应力和应变、无应力、钢筋应力、钢板应力、坝体和坝基温度、接缝和裂缝开度监测。
土石坝压力（应力）监测包含孔隙水压力、土压力、接触土压力、混凝土面板应力监测。
4. 环境量监测或水文、气象监测
大坝所在位置环境对大坝和坝基工作性态有重大影响，需给予监测。监测项目有大坝上下游水位、水温、气温、库区雨量等。
以上四大类监测项目包含几十种物理量监测，每一个物理量监测全部需要在设计时部署必需测点、选择合适监测仪器。
监测项目标选择和测点设计部署在两部规范中根据工程等级、建筑物等级、坝型、坝基和基岩地质条件和大坝设计施工特点作了要求。监测项目和测点部署既不能太多，也不太少，努力争取保持在合理水平，可参考前面述叙国际上对应指标，即监测设施和实施费用相当于工程总造价1%来确定。大中型工程或大坝安全尤其关键小型工程均应考虑到现代化管理需要，即实现关键监测项目标自动化。
2.2.2 通信层
通信层是监测数据传输交流基础，是数据传输介质。系统现场采集数据能够经过有线数据通信（现场总线）或无线数据通信方法传输到监测中心，其中有线数据通信最远距离能够达成十几公里，无线数据通信距离能够达成数十公里。在采取有线数据通信子网和无线数据通信混合结构时，系统数据传输含有路由自动判定机制，能够提升数据传输可靠性。
2.2.3 网络层
网络层关键指是监测中心或分中心计算机网络，关键是为应用软件系统运行基础环境，是日常行政办公、内部信息交流、信息共享网络基础。
2.2.4 数据层
数据层是整个业务综合数据平台，是业务应用软件系统运行基础，由多个相对独立又互相关系数据库组成，该数据层关键是监测数据库部分。关键包含基础数据库、监测数据库、实时数据库、历史数据库、空间地理数据库等。
2.2.5 应用层
应用层是以大坝安全监测管理软件为关键，关键进行监测数据接收、检测、计算处理、存放、分析、安全评价预警、统计、整编、查询等过程。大坝安全监测管理软件包含信息采集处理系统、资料整编系统、统计分析预警系统、WEB查询系统、数据库管理系统。
2.3 信息步骤
该系统总体信息步骤如Error! Reference source not found.所表示。

图2 系统信息步骤图
关键信息步骤包含信息采集、信息存放、信息查询、信息统计分析预警、数据库管理系统、信息展示。
信息采集：关键对全部接入系统中各类监测仪器进行一定方法自动化测量，采集所测数据，并传送到中央控制装置集中储存或处理。
信息存放：关键经过信息采集系统对接收数据进行解码、校验、入库、存放。
信息查询：关键对入库自动化测量数据依据任意时段和各点数据进行查询。
信息统计分析预警：关键对依据采集值和时间为轴，显示信号时间改变过程，时间轴能够定义，如秒、分、小时、天；数据库能够随时调出查看、编辑、另行存放。对大坝监测数据进行离线分析处理、为大坝安全评判和运行管理提供监控模型、监控数据图表。如自动采集孔隙水压力过程线显示页面形式等等。
数据库管理：关键对依据监测数据进行数据转贮、数据库查询/修改、人工插补等。
信息展示：关键对用户提供报表显示、图形形式、电子地图显示、报警、视频图像等方法展示。
2.4 系统组成
大坝安全监测系统由信息采集系统、通信系统、网络系统、综合数据库系统、应用软件系统，包含自动采集或人工观察埋入坝体或安装传感器 (大坝变形、渗流、应力应变、温度、降雨、水位、气温和地震等)等、测控单元（MCU）上位机、监测中心、监测分中心组成，系统组成如Error! Reference source not found.所表示。系统结构采取分布式体系结构，数据采集工作分散到靠近较多传感器测控单元来完成，然后将所测数据传送到主机。系统每个观察现场测控单元全部是多功效智能型仪器，能对多种类型传感器进行控制测量。

图3 系统组成结构图
2.5 系统功效
1. 传感器
感应大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等多种物理量，将模拟量、数字量、脉冲量、状态量等信号输入到测控单元。传感器种类可分为：电阻式、电感式、电容式、振弦式、光纤式、调频式、压阻式、变压器式、电位式等。
2. 测控单元
依据确定观察参数、计划和次序进行实际测量、计算和存放，并有自检、自动诊疗功效和人工观察接口。
依据确定统计条件，将观察结果及犯错信息和指定监测中心或其它测控单元进行通信。能选配不一样测量模块或板卡，以实现对多种类型传感器信号采集。
检测指点报警条件，一旦报警状态或条件改变则通知指定监测中心。
将全部观察结果保留在存放单元中，直到这些数据被监测中心正确接收完。
管理电能消耗，在断电、过电流引发重开启或正常关机时保留全部配置设定信息。并含有防雷、抗干扰、防尘、防腐，适适用于恶劣温湿环境。
采集系统运行方法有应答式和自报式两种，必需时也可采取任意控制。
3. 通信系统
通信系统依据站点情况采取有线或无线方法。且能够采取两种通信方法互为备用信道，建立一套双信道互为备份通信系统。
4. 业务应用系统
业务应用系统关键为大坝安全管理软件系统；能够在监测中心、分中心进行数据接收、处理、存贮、分析、预警等功效。
对接收数据进行容错校验、数据可靠性和正确度检验及数学模型检验，数据存放、删除、插入、统计、显示、换算、打印、查询及仪器位置、参数工作状态显示，建立、标定安全监控数学模型、并进行影响原因分解及综合性分析、预报报警及安全性评价，以满足对大坝安全监测需要。
综合数据库系统：能够对水文信息建立统一数据平台，统一数据格式，规范数据标准，能够有效地进行数据共享，数据分析，为业务应用系统提供可靠基础。也能够对其它相关系统数据接入提供接口。

第3章 信息采集系统
3.1 需求分析
信息采集系统关键任务是监测大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等要素自然改变情况，它是一项基础和前期工作，是大坝安全监测耳目和参谋，是各大坝管理部门做出正确判定，公布正确指令理论依据。其质量和精度将直接影响大坝安全监测正确性，影响决议科学性。加强信息采集系统基础设施建设，强化信息采集工作，提升观察自动化程度成为当务之急。
水情信息采集系统需要完成以下任务：
l 实现大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等观察量数据自动采集、存放，并满足实时自动传输要求。
l 采取实用观察设备，实现流观察量数据信息人工及自动观察相结合，实现人工采集及输入及自动计算和实时自动传输。
l 采集设备采取优异技术，使观察信息标准达成部颁建设标准。
3.2 技术处理方案
信息采集系统关键是由测控单元（MCU）、监测仪器组成。测控单元是分布式系统关键设备，是一个智能化、模块化多功效装置，体积小巧，结构紧凑，含有控制、测量、数据存放、防潮、防雷、抗干扰等多种功效，可安装在监测仪器周围，实现监测仪器自动巡测和选测。系统中测控装置由通讯总线连接到中央控制装置或微机，组成数据采集网络。中央控制装置或微机对网络进行控制，可用不一样运行方法实现数据采集自动化。
1. 测控单元
测控单元系统组成如Error! Reference source not found.所表示。

图4 测控单元系统组成图
l 测控单元关键技术指标以下
时基精度：0.01%，分辩率：0.001us；
温度精度：±0.5℃，分辩率：0.1℃；
测量时间：2～3s/point；
通信接口：EIA-RS485，EIA-RS232，CAN bus；
存放容量：128kB；
工作电源：12VDC；
充电电源：220VAC/50Hz；
功耗：掉电：200 uA，休眠：10mA，待机：20mA，测量＜300mA；
工作温度：－25℃～+60℃；
储藏温度：－45℃～+70℃。
l 测控单元关键关键优点
功效强：测量控制单元（以下简称MCU）可支持多达80个通道空间，多个供电方法、多个通信方法可供选择，灵活传感器接入方法，模块化结构，优异参数设置能力，轻易安装调试。
可靠性高、长久稳定性好：MCU能够长久在无人值守情况下可靠工作，根据设定工作方法，源源不停将采集数据发送到监控计算机数据库内。
轻易构建系统：系统组网方便，提供了多个通信方法，有RS232、RS485、直接电缆连接和无线通信。测控单元部署不受环境限制，系统规模可大可小。同一接口模块通常全部能够接不一样类型仪器，而且开发了功效集于一体测量模块，这为系统中测量少许但不可缺乏参数提供了方便，能够降低系统投资费用。
通道配置能力强：接口模块中同一个通道，既能够配置为测量振弦式仪器，又能够配置为测量电阻、电压、电流、频率、Carlson类型传感器，其中ASM模块第十个通道还能够配置为脉冲类型仪器，使仪器配置提供了极为方便，不会造成资源浪费，能够降低系统投资。
智能化：系统是一个通用监控系统，能够依据不一样现场环境，不一样监测要求，能够方便在控制面板或监控计算机上进行参数设置、修改等多种要求，系统能自主稳定进行工作，而无须要针对具体系统改动MCU内部监控软件。对采集仪器配置数据，直接下载到MCU中去，而不是存放在监控主机上。
分布式智能节点网络控制技术：每个节点含有智能性，MCU能够独立工作，也能够在多节点网络环境中工作，能够脱离网络而自主运行，进行测量、控制、数据处理和通信。
含有很好适应性和兼容性：能够应用在水利工程各个领域数据监测；网络通信能够采取多个传输介质；能和国际上著名土工、大坝和环境监测仪器供给商生产传感器接口，可直接接入振弦式、差动电阻型、电流型、热电偶、脉冲型和数值型传感器；部件标准化，含有交换性。
易于安装调试和维护：机箱内带有键盘和显示，能够在现场直接配置，调试，显示内部信息；各个终端有信号灯指示可作为运行诊疗，机箱可快速打开，检验各个开关接线插头等部件。
防雷性能强：系统电源入口、通信入口和传感器入口全部有很好防雷方法，能够确保系统能可靠工作。
2. 变形监测
变形监测包含水平位移、竖向位移、挠度、倾斜及接缝和裂缝监测，对于土石坝依据测点部署在坝面或是坝体内部分表面变形及内部变形监测。
人工监测：水平位移监测方法有视准线（针对直线性坝）、三角网前方交会法等，采取经纬仪进行监测；垂直位移监测通常采取水准仪进行监测；土石坝内部变形可用水管式沉降仪、引张线式水平位移计等进行监测；裂缝及接缝监测通常采取于测缝计（测缝标点）监测。
伴随科技发展，变形监测已逐步采取自动化，可实现自动化监测有垂线、引张线、静力水准、真空激光准直、TS移计差阻式（振弦式）测缝计等方法。
其中引张线关键部署在直线性坝上（或廊道内）用于实现坝顶或坝基水平位移监测，现在一个采取自动加水装置双向引张线也正在试验中，引张线法观察水平位移监测自动化必需首先确保引张线安装，满足规范要求，即线体张力和自由度必需得到确保，为此安装时应进行精度和复位试验，其次就是选择实用可靠引张线仪。
垂线法是实现坝体水平位移及挠度监测自动化很好方法，垂线有正倒垂之分，其测点测值全部是相对锚固点（或是悬挂点）相对值，在垂线设计时首先要使垂线满足规范要求，同时要选择量好监测仪器，同时要注意以下几点：
选择人工观察设备时应尽可能选择简单可靠、最好是固定安装在测点上设备，这种设备免去了每次安装对中误差，也不易产生系统误差。如梅山大坝在垂线测点X，Y方向各安装了一台固定式坐标读数仪，其测量精度可达0.2mm以上；读数盘瞄准器也是一个固定式测量装置，能够达成0.25mm以上精度；陈村及纪村大坝因为采取了相同类型仪器，加上管理得力，从而使垂线测值正确度有了确保。采取携带式光学垂线坐标仪时，必需要确保仪器定时检验和校准，以确保在整个测量期间其精度不变，并在每次安装施测时严格按规程操作。
采取自动化监测精度通常全部高于人工监测，现在各类遥测垂线坐标仪精度均在0.15mm以上。但为了确保监测数据不致漏失，和必需时进行校测，通常和自动化监测设备并行部署一套人工观察设备。
裂缝及接缝监测关键采取差阻式测缝计实现自动化，因为中国南京自动化设备厂生产差阻式仪器在防潮、长久稳定性、性能价格比等方面含有较一定优势，所以在中国工程中得到广泛应用。
3. 渗流监测
渗流监测是大坝安全监测关键项目，对于混凝土坝，渗流监测有：扬压力（坝体、坝基扬压力）、渗漏量（包含坝基渗漏量和坝体渗漏量）、绕坝渗流、地下水位、水质分析多个部分。土石坝渗流监测项目包含：坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流，渗流量监测。
渗压（或浸润线）观察可采取测压管法和埋设渗压计法，测压管法含有可进行人工比测、仪器更换方便等优点，不过也有轻易出现泥沙淤积、孔口破坏和测值滞后等缺点,所以在进行具体设计时要依据渗流特征和仪器情况进行确定。
渗流量监测通常采取容积法、量水堰法和流速法进行测量。容积法关键针对单管渗流量进行监测（流量小于1L/S）时，当流量在1~300L/S之间时宜采取量水堰法，当流量大于300L/S或受落差限制不能设量水堰时，能够将漏流水引入排水沟，采取测流速法进行测量。
现在测水位仪器较多，经过我们应用经验认为，用于渗压监测效果很好是振弦式仪器。
4. 应力（压力）、应变及温度监测
因为现在设计规范均将强度校检作为设计坝体结构标准之一，而温度是坝体（尤其是在混凝土坝中）应力及裂缝产生关键原因，所以必需注意监测，尤其是对拉应力区、应力和温度梯度大地方。
应力、应变及温度监测现在大多采取差阻式仪器。
5. 环境量（水文气象）监测
环境量是大坝运行性态发展外因，对环境量（水位、气温、雨量等）进行监测是资料分析需要，所以必需加以重视。
上下游水位是大坝承受关键荷载，是形成坝体及坝基渗流场关键原因，所以必需进行监测。水位测点要部署在水流平稳、水面平缓地方，以确保观察精度，监测仪器有浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等。
气温及库水温是影响坝体温度场关键原因，其监测测点部署要依据库区气温及库水温分布特点确定，监测仪器对于气温可选铂电阻温度计，当温度改变不太猛烈时可选择铜电阻温度计，通常库水温监测可选择DW-1型铜电阻温度计。
降雨量是影响大坝（尤其是土石坝）及坝体周围渗流场关键原因之一，降雨还有可能造成坝外测压管水位升高，同时高强度降雨将会形成地表径流，破坏坝面结构，造成（土石坝）坝体局部失稳，所以必需加以监测，降雨量监测可选翻斗式雨量计进行监测。

第4章 通信网络系统
依据总体设计：大坝安全监测系统组网采取两级传输方法，第一级由测控单元到监测中心负责采集各监测项目标数据，第二级由监测分中心及监测中心组成计算机网络实现监测分中心和监测中心之间全部信息共享。
4.1 测控单元和监测中心之间通信
4.1.1 需求分析
l 监测中心能够实时接收全部监测项目标全部数据。
l 工作方法：自报、应答两种工作模式。
l 能长久地、尤其是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作。
l 通信通畅率应＞98％，系统误码率小于6 ×10-5。
l 含有可靠防雷方法。
4.1.2 通信方案设计标准
l 可靠性
Ø 尽可能选择可靠性高信道，通常以有线信道为主；
Ø 在条件许可条件下，依据需要能够设置对应备用信道。能实现自动切换；
Ø 通信系统误码率要符合要求；
l 立即性
Ø 系统要能根据时间要求完成信息传输；
Ø 监测点太多情况下，要经过增加通道等技术手段确保时效性。
l 经济性
Ø 要综合考虑经济性，包含系统建设费和运行费；
Ø 要综合分析可用通信资源，公网系统能够满足要求，尽可能利用公网，全部能满足要求，考虑费用比较低。
l 低功耗
Ø 要选择低功耗通讯方法和通讯设备；
Ø 要选择合理通讯方法实现召测。
l 优异性
Ø 要考虑以后业务发展；
Ø 选择公网信道时，要考虑该信道是否有发展前景，能否长久使用。
4.1.3 技术处理方案
现在依据大坝安全监测特点选择通信信道有：电缆通信方法、光纤通信方法、GPRS、CDMA1X、PSTN、卫星、超短波等。依据系统设计要求，结合各地地域特征和现在通信条件，提出以下六种通信系统处理方案供选择。
1. 处理方案一----（电缆通信方法RS485总线）
依据现场情况当监控点到监测中心距离少于1000米时采取敷设485总线方法连接。结构连接示意图如Error! Reference source not found.所表示。

图5 RS485总线方法接示意图
l 处理方案特点
Ø 采取有线方法电缆连接可靠性高。
Ø 信道响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠,通畅率高。
Ø 采取工业总线传输速度和质量高，技术成熟，价格低廉，可实现多种通信工作方法。
Ø 信道全部属于双向信道。能够方便实施远程控制和维护。
l 设备配置
Ø RS458通信转换模块。
Ø 上位计算机。
2. 处理方案二----（电缆通信方法CAN总线）
依据现场情况当监控点到监测中心距离大于1000米时依据实际情况采取敷设CAN总线方法连接。结构连接示意图如Error! Reference source not found.所表示。

图6 CAN总线结构连接示意图
l 处理方案特点
Ø 采取有线方法电缆连接可靠性高。
Ø 信道响应速度快速率可达1Mbps，传输时效好，信道稳定可靠,通畅率高。
Ø 优异CAN总线技术提升了监测通讯稳定性和可靠性，最长传输距离可达成10公里，符合水库实情，安装方便。
Ø 信道全部属于双向信道。能够方便实施远程控制和维护。
l 设备配置
Ø CAN控制器
Ø 上位计算机。
3. 处理方案三----（光纤通信方法）
依据现场情况当监控点到监测中心距离大于1000米时依据实际情况采取敷设光纤方法连接。结构连接示意图如Error! Reference source not found.所表示。

图7 光纤通信方法结构连接示意图
l 处理方案特点
Ø 采取光纤电缆连接可靠性高，含有很强抗电磁干扰和防雷电攻击能力。
Ø 信道响应速度快速率可达100Mbps，传输时效好，信道稳定可靠,通畅率高。
Ø 传输距离可达成15公里，符合水库实情，安装方便。
Ø 信道全部属于双向信道。能够方便实施远程控制和维护。
l 设备配置
Ø 光纤转换器
Ø 上位计算机。
4. 处理方案三----（GPRS（CDMA1X）方法）
以GPRS（CDMA1X）方法为主信道，配置通信模块。如Error! Reference source not found.所表示：

图8 GPRS、CDMA1X方法结构连接示意图

l 处理方案特点
Ø 采取无线方法为通信信道，可靠性高。
Ø GPRS/CDMA1X信道响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠,通畅率高。
Ø 两种信道全部属于公网，无需考虑中继，建设方便。
Ø 两种信道全部属于双向信道。能够方便实施远程控制和维护。
Ø 在部分地域，GPRS/CDMA1X网络不稳定，所以一定要认真进行电测。
Ø 监测中心能够利用别方法和Internet连接。
Ø 假如有更高要求，能够由运行商提供专用信道，无须经过Internet。
l 设备配置
Ø GPRS/CDMA1X通信模块
Ø GPRS/CDMA1X服务器（含有真实IP地址）
Ø 上位机
5. 处理方案三----（卫星方法）
以卫星（结合中国现实状况，提议选择北斗卫星）方法为通信方法，如Error! Reference source not found.所表示：

图9 卫星方法结构连接示意图
l 处理方案特点
Ø 依据我们应用经验：卫星信道响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠,通畅率高。
Ø 卫星信道尤其适合于山区等传统通讯条件难以达成区域。
Ø 北斗卫星通信频率低，气象条件对通信影响小。
Ø 信道全部属于公网，无需考虑中继，建设方便。
Ø 信道全部属于双向信道。能够方便实施远程控制和维护。
l 设备配置
Ø 卫星地面站（含天线）
Ø 前置机

第5章 软件系统
5.1 建设标准
l 优异性
应用软件系统在设计中采取优异技术手段、灵活实现方法和国际流行设计思想，确保系统含有很强生命力，符合目前和未来应用需要，使其含有长久使用价值。
在应用软件系统结构上，采取多级结构，分层式处理方法，确保系统整体性能，软件体系结构清楚。
应用软件系统采取目前流行B/S方法，结合JAVA技术，对终端用户而言，不需安装任何程序，便可访问本系统，提供很好可管理性和可维护性，并含有很强可移植性。
应用软件系统采取完善数据库管理和备份机制，满足系统对数据实时性、可靠性、和一致性需求。
l 扩展性
系统采取多级分层设计，每一层均可独立运行，各层之间采取标准TCP/IP协议连接，遵照标准通信协议。当需要扩展新功效或和别系统进行连接，只需遵照对应层次接口，就能方便接入本系统，和本系统组成一个完整新系统。
l 开放性
系统各层之间均提供开放接口，支持其它系统接入和融合。
l 可互操作性
应用系统采取标准TCP/IP协议，通常支持TCP/IP协议各个站点全部能够在得到授权情况下相互访问其它站点资源。
l 可伸缩性
应用系统含有平滑升级和扩展能力。各模块之间相互独立，在系统升级过程中，不会造成整个系统停运；同时因为采取多层构架进行设计，当对某一层次模块进行修改和增加，均不会影响到其它层次模块。
软件模块既能够安装在同一台计算机单机运行，又能够将不一样软件模块安装在多台计算机上运行，可灵活调整应用软件对计算机及网络系统资源占用和性能之间平衡。
l 操作简单直观
最终用户使用界面是浏览器，用户能够在能接入本网络任何机器上，全部能查看监测系统数据，用户还能够定制自己喜爱页面和访问方法。
l 安全可靠性
应用软件系统对权限有严格控制，关键操作和浏览全部需要口令登录后才能访问。系统严格确保超级用户保密性，对关键操作进行操作日志统计，便于对非法操作或攻击进行跟踪。
l 实效性
应用软件系统充足考虑采集和分析实效性，确保数据采集时间控制在分钟等级以内，为决议部门提供实时信息。
5.2 技术处理方案
大坝安全监测管理系统软件是水库大坝安全监测系统关键组成部分，它含有数据采集、数据处理、资料管理、资料整编、资料分析、网络管理等功效。经过使用大坝安全监测管理系统软件，水库管理人员和管理局领导能够立即了解大坝目前性态。
坝安全监测系统软件采取B/S结构，除了数据采集服务程序要在服务器上开启外，其它部分只要计算机用户经过网络和服务器相连，即可经过浏览器进行访问，查询监测数据、图形、安全监测信息和评价结论。所以本系统支持单机、工作组、网络运行方法，能够和局域网和广域网互联，数据库可和多种其它数据库互联，为其它系统提供数据接口或供其直接使用。用户能够远程控制MCU数据采集，显示测量数据，并可将测量数据直接保留至服务器中数据库内。系统结构如所表示。

图10 应用软件系统结构图
1. 综合数据库系统
依据业务需求需要建立一个综合数据库平台，该数据库系统关键包含以下数据库：
l 基础信息数据库
关键用来存放监测点基础信息表，监测设备、通信设备基础信息，站房工程信息，大坝、流域、河流、大坝等基础信息表。
l 监测数据库
关键用来存放从采集设备实时采集过来原始报文数据。
l 实时数据库
实时数据库关键存放实时采集各类数据，包含实时采集设备运行参数信息。
l 历史数据库
关键用来存放历史整编资料或调查资料、监测点考证资料和监测点年、月、旬特征值统计资料和档案资料。
l 运行分析结果数据库
关键用来存放运行分析管理系统对接收数据正确性、误码率、通畅率、迟报、误报、漏报数据进行分析结果。关键包含通畅率、误码率分析数据和监测点电源电压参数分析数据。
l 空间地理信息数据库
空间信息库存放系统相关空间数据相关地理信息类数据。内容包含：流域地形地质、地面高程、水系、监测点分布位置、行政区划、交通等地理信息。
2. 应用软件系统
关键包含四个软件模块：信息采集处理系统、资料整编系统、统计分析预警统系统、WEB查询系统息公布系统，数据库管理系统。
5.2.2 信息采集处理系统
信息采集处理系统实现计算机和测量控制单元（MCU）通讯，完成监测数据采集。其结构框图见Error! Reference source not found.所表示。

图11 数据采集结构框图
1. MCU自检
MCU自检是经过计算机和MCU通讯，使MCU进行自检，并将自检结果返回至计算机，显示给操作人员，达成远程诊疗MCU目标。自检内容包含：
通讯：经过计算机尝试和MCU通讯，确定计算机是否能够和MCU进行通讯，诊疗通讯线路、MCU通讯模块是否存在故障。
MCU内部温度：经过检测MCU内部温度，检验MCU是否异常。
MCU工作电压：经过检测MCU工作电压，检验充电电路、蓄电池是否正常。
MCU充电电压：经过检测MCU充电电压，检验MCU交流供电是否正常。
MCU测量模块和通道：经过检测MCU测量模块和通道，识别模块和通道类型，确定其和所接传感器类型是否相符，确保测量正常。
2. 参数设置
在MCU能够正常工作之前，要依据工程具体情况，对MCU参数和数据库中各测点进行设置。设置内容有：
通讯速率：依据计算机和MCU通讯方法、通讯介质，设置合适传输速率，这么在确保传输可靠性下，可使数据传输达成最快。
系统时间：设置MCU内部时间，使其和计算机时间同时。
通道配置：对MCU中各通道进行设置，关键设置内容包含仪器类型、仪器指标、测量范围等，这么MCU可采取正确测量方法对通道进行测量。
公式设置：在数据库中设置各类型传感器从电测量到工程物理量转换公式。数据采集软件在得到来自MCU电测量时，可同时进行计算，得出工程物理量。公式组成提供很灵活编辑方法，能够任意输入包含（、）、＋、－、×、/、^（平方）、数字、指定参数在内全部元数据组合。
定时测量时间：设置定时测量开始时间、间隔时间，MCU据此进行定时测量。
3. 单点测量
单点测量用于测量某种仪器某个测点多种电测量（如孔隙水压力计频率和温度）和相关仪器测量（如测量测压管内孔隙水压力计，还要测量气压计），计算出工程物理量。含有打印和保留测量数据至数据库功效。
4. 巡回测量
巡回测量用于测量一个MCU或多个MCU上测点，所测仪器类型能够是一个，也能够是多个。得到电测量后，计算出工程物理量，还能够直接取上一次巡回测量数据。巡回测量时，数据采集软件以列表形式给出和各MCU相连仪器类型，供操作人员选择。能够对测量数据进行检验，当测量数据超出量程范围或事先设置安全警戒，将给出提醒或告警。能够按仪器类型打印测量数据和保留测量数据至数据库。
5. 定时测量
定时测量关键用来取定时测量数据，计算出工程物理量，测量所得电测量和工程物理量在列表中显示。能够按仪器类型打印测量数据和保留测量数据至数据库。取定时测量数据能够是计算机自动取数也能够是人工取数。
6. 系统管理
系统