大坝监测自动化存在的问题与展望探讨

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　　【摘要】随着水利工程建设的快速发展，水库工程建设规模逐渐加大，大坝安全监测工作越来越重要，监测项目和监测点越来越多，测量工作量加大，传统的人工监测方式难以满足安全监测工作需要，无法实现实时监测和快速分析，因此，迫切需要实现大坝安全监测自动化。
　　【关键词】大坝;监测自动化;问题;展望
　　引言
　　20世纪60年代，国外已经开始研制大坝安全监测自动化设备，如意大利结构与模型试验研究所（ISMES）研制的微机辅助监测系统（MAMS）、美国CampbellScientific 的CR-10 系统等。我国于20世纪80年代末开始大坝安全监测自动化工作，大坝安全监测自动化技术逐步成熟，并建立了相关的技术标准。目前，涉及大坝安全监测自动化的国家标准有《大坝安全监测系统验收规范》（GB/T22385-2008），水利行业规范有《大坝安全自动监测系统设备基本技术条件》（SL268-2001）和《混凝土坝安全监测技术规范》（SL601-2013）等。
　　1 自动化的定义
　　自动化（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期目标的过程。大坝安全监测自动化是采用传感器、数据采集装置、计算机软硬件等仪器设备，在无人或少人参与情况下，实现大坝安全监测信息自动化采集和分析，为水库安全管理提供决策依据的过程。
　　2 大坝安全监测自动化的目的
　　通过大坝安全监测自动化，实现大坝安全监测信息化和大坝安全快速分析，降低大坝安全监测工作成本，提高信息交流效率，便于开展远程咨询和专家会商，为水库安全运行管理提供技术保障。
　　3 安全监测自动化的功能
　　3.1 数据采集
　　数据采集装置具有巡测、选测和定时测量功能。
　　3.1.1 巡测
　　数据采集装置在接收到监控计算机巡测指令后，对所有传感器进行测量，并将测量数据发送至监控计算机。
　　3.1.2 选测
　　数据采集装置在接收到监控计算机测量某个传感器指令后，对指定传感器进行测量，并将测量数据发送至监控计算机.
　　3.1.3 定时测量
　　数据采集装置根据设定的开始时间和时间间隔计算测量时间，一旦达到测量时间，数据采集装置对所有传感器进行测量，并将测量结果保存至数据采集装置的内存中，等待监控计算机上线后取数.
　　3.2 現场数据通信与远程通信
　　监控计算机与数据采集装置之间能够进行双向数据通信，监控计算机可向数据采集装置发送指令，数据采集装置可向监控计算机发送指令执行情况和监测数据。远程信息管理计算机与监控计算机之间能够进行双向数据通信，远程信息管理计算机可获取监控计算机上的监测数据，监控计算机也可获取远程信息管理计算机上分析结果和监控指标等。
　　3.3 数据存储和备份
　　数据采集装置对传感器进行测量后，测量数据能够保存在数据采集装置中，在发送至监控计算机后或接收到删除指令后，才会删除数据。监控计算机在接收到监测数据后，将监测数据存储至数据库，并对监测数据进行定期备份。
　　3.4 掉电保护
　　数据采集装置在外部供电中断后，仍能运行几天时间，并能接收监控计算机指令进行测量。监控计算机在外部供电突然中断后，仍能运行一段时间，以便保存数据和关机，避免数据丢失和计算机损坏，特别是避免因突然断电造成计算机硬盘损坏。
　　3.5 网络安全防护
　　监控计算机或信息管理计算机如与局域网或公网互联，需安装硬件防火墙或网络安全保护软件，如采用网络安全保护软件需要定期升级。同时，数据采集软件和信息管理软件能对用户进行验证，防止非法用户访问，避免不当操作造成数据丢失。
　　3.6 自检、自诊断
　　数据采集装置在开机或接到自检指令时，能进行自检、自诊断，并将诊断结果发送至监控计算机。自检内容包括数据采集装置内部温度、工作电压、充电电压、采集模块数量、采集模块类型等。
　　3.7 防雷及抗干扰
　　监测自动化系统具有避雷措施。观测房和中心控制站等建筑物要安装避雷针或避雷带，避免设备遭受雷击。所有由室外引入室内、与设备链接的线缆均要接入避雷设备，避免设备遭受感应雷击。其中电源线应采用多级防雷措施。数据采集装置还应具有抗电磁干扰能力，避免测量时因电磁波干扰造成测量数据不正确。
　　3.8 数据异常报警
　　当测量数据异常时，数据采集装置或数据采集软件能够以文字、语音或光电等方式报警。数据异常情况包括测量数据缺失、超过仪器量程、数据变幅过大、超过工程安全允许值等。
　　3.9 信息管理
　　监测自动化系统除了具有数据采集功能，还应具有信息管理功能。信息管理软件能够对监测信息有效处理和管理，能够对监测数据进行增、删、改等操作，特别是能够录入人工测量数据;具有打印报表、绘制图形等资料整编功能;具有特征值统计、统计模型建立等资料分析功能。
　　4大坝安全监测自动化的作用与意义
　　4.1 实现大坝安全监测信息化管理
　　随着计算机和网络技术的快速发展，各级水行政主管部门、水库上级主管部门和水库管理单位逐步实现业务管理信息化和办公自动化。如果大坝安全监测仍采用人工监测和手工录入数据方式，将严重影响安全监测工作效率和安全监测信息共享。大坝安全监测信息直接存入数据库，采用信息系统技术对其进行管理，实现大坝安全监测信息化，提高水库安全管理水平。各级水库管理人员通过计算机网络能够实时获取大坝安全监测信息，及时掌握大坝安全现状。
　　4.2 实现大坝安全快速分析 　　大坝安全监测的目的是及时掌握大坝安全现状和发展趋势。要掌握大坝安全现状和发展趋势需及时对大坝安全监测数据进行快速分析，而大坝安全监测数据快速分析依赖于监测数据的实时性、准确性和完整性。由于大坝安全监测点多，监测部位交通不便，人工采集工作量大、耗时长，难以达到监测实时性。而大坝安全监测自动化系统能够按规范要求实时采集监测数据，及时进行数据处理，并将数据存入数据库。
　　人工采集数据时，在测量和数据录入过程中，会由于操作人员的疏忽而产生人为误差。而且受天气、交通、制度、责任心等诸多主客观因素影响，人工采集很难保证监测数据的连续性和完整性。而大坝安全监测自动化系统可24 h全天候不间断工作，保证监测数据的连续性和完整性。拥有实时、准确和完整的监测数据后，大坝安全信息化管理系统可采用大坝安全分析技术对其进行实时、快速分析，使缺少技术管理人员的水库基层单位也能及时掌握大坝安全现状。
　　4.3 降低大坝安全监测工作成本
　　大坝安全监测数据变化缓慢，监测数据采集不一定需要连续进行，两次监测时间间隔可以较长，但每隔一次监测工作应尽可能地同步完成，这给检测技术人员的配置带来了一定困难。如果监测人员安排较多，工作量不飽满，导致水库运行管理成本上升;如果监测人员安排较少，在汛期或发生突发事件时，难以快速完成整个监测工作，影响水库安全运行管理决策工作。大坝安全监测自动化系统能够快速完成大坝安全监测工作，不仅提高工作效率，还减少工作人员，降低工作成本。
　　4.4 提高信息交流效率，便于开展远程咨询
　　由于水库基层管理单位技术人员较少，缺少大坝安全方面的专家，在发现大坝安全隐患或发生突发事件时，往往需要上级管理部门或大坝安全管理技术支撑机构的专家提供远程咨询或专家会商。大坝安全监测自动化系统将大坝安全监测信息存入数据库，数据已结构化，有利于各方专家进行监测信息交流，提高信息交流效率，便于远程咨询和专家会商。
　　5结束语
　　总的来说，中国大坝的安全监测自动化工艺已具有明显的进步，不过还存有一些不足之处。安全监测工艺行业技术工作人员应当依照现状，来对其中所存有的技术方面漏洞进行针对性改进，来使得全部安全监测体系稳定性得到提升，使得安全监测设备规范化得到提升，来设计得到自动化程度更高的安全监测系统。
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