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(yù)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(biāo)準(zhǔn)較低，大多存在不同的質(zhì)量問題。部分水庫大壩險情嚴(yán)重，影響水庫綜合效益，嚴(yán)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(yù)期效益，對水庫大壩實施安全監(jiān)測和科學(xué)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(biāo)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(biāo)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。可以參考上述相應(yīng)的際指標(biāo)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?。系統(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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)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(yù)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。●根據(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?！駲z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(zhǔn)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。●采集系統(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(yù)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(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)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(biāo)定安全監(jiān)控數(shù)學(xué)模型、并進行影響因素分解及綜合性的分析、預(yù)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)，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(biāo)題#e#