浅谈大坝安全监测自动化现状及发展趋势

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　　摘   要：大坝安全监测对工程项目运行的稳定性与安全性发挥着重要的作用。通过分析大坝工程安全监测自动化控制现状，预测未来大坝安全监测的发展趋势，有助于提升大坝运行管理水平，提升安全监测工作的准确度与高效性，从而保障工程的安全运行。
　　关键词：安全监测;自动化控制;物联网;智能化
　　1  引言
　　截止至2019年底，我国已成为世界上大坝最多的国家，大坝在我国国民经济的发展中起着不可替代的作用，在社会生活也起着非常重要的作用。因此如何更好的运营管理水利设施显得愈来愈重要，大坝的安全管理是水利设施运行管理重中之重，而通过安全自动化监测技术能大幅提升大坝运行管理水平。
　　2  大坝安全监测自动化的发展意义
　　大坝安全监测的功能实现自动化的意义主要体现在以下几个方面：
　　第一，自动化技术运用到大坝安全监测中，有助于更快速、更精确地检验大坝设计的合理性，提高其设计技术水平与科学性。
　　第二，安全监测自动化有助于改善施工质量，改进施工技术，借助自动化技术的便利条件，节省建设、运行过程中的成本，减少人力物力的损耗同时加快施工进度，并为其提供科学保障。
　　第三，自动监测技术有助于保证大坝的高效、安全运用，并提升其运营管理水平，在监测过程中借助自动化技术满足现代大坝的高精度、长期性、稳定性等一系列要求。
　　3  大坝安全监测自动化体系内容
　　通常我们将大坝安全监测自动化系统分为如下几个层级：
　　第一层级：观测传感器，它一般布置在坝体、坝基和主要建筑物的特定位置上，用于反映大坝和坝基工作状态和环境影响因素的变化量。观测传感器种类很多，一般常用的有压力传感器、测缝传感器、液位传感器、应变传感器、温度传感器等。
　　第二层级：通常安装在观测传感器附近的测量集线箱，主要用于采集传感器输出的模拟量信号并将该信号转换为数字量，并通过有线总线方式传输到中央控制系统内。
　　第三层级：中央控制系统，它是以大容量计算机为基础，专用的监测软件和数据处理软件为核心的系统。能够实现如下功能：第一，实时显示观测值;第二，对异常的观测测值进行分级报警;第三，将观测值存入数据库，并能从数据库调出某个时间段的观测值;第四，对采集的各种传感器的数据变化量，进行历史数据对比，相关性分析;第五，对观测传感器进行检查，显示故障位置。
　　除了三个主要层级外还有其他用于通讯的设备，主要有不间断电源、通讯电缆、供电电缆、光纤等。
　　4  大坝安全监测发展趋势
　　现在是科技发展迅猛的时代，物联网，无线技术（GPRS），人工智能，机器人等各种技术的发展是日新月异。在大坝安全监测的领域，物联网、无线技术（GPRS）、人工智能、机器人等各种技术也在部分地方得到实验使用。从而使大坝安全监测过程中以自动化取代人工操作，化繁为简，节省财力劳动力的同时，提升监测工作的准确度。
　　4.1  无线技术（GPRS）
　　传统方式，集线箱是通过有线的方式将信号给中央控制系统。有线系统与无线技术组成传输系统相比，存在造价高、施工量大、维护困难、易受干扰雷击的问题。而采用无线传输系统，在施工时将大大节约安装材料，降低了施工费用，缩短了施工周期，据估算造价可能只有原系统造价的30%。同时在运营管理系统稳定性可靠性上大大提高，维护费用大幅降低。其主要设备运行原理是通过相关传输设备向无线网络管理器传输数据，从而实现无线技术传输。该项技术在山西武乡关河水库也开始试用。
　　4.2  物联网
　　物联网模式的大坝安全监测系统是以互联网为基础的，构建一个覆盖区域/流域的水利信息网络系统。一个区域/流域的各个大坝安全监测数据将数据通过互联网并入省级中心数据库，实现了区域/流域水库大坝安全监测数据的实时监控及信息的互联与共享。在湖南省大坝安全监测中采用物联网模式的水库大坝安全监测系统应用开始进行初步实验。
　　4.3  人工智能
　　人工智能技术的发展为实现大坝安全智能决策支持系统提供可能，中央控制系统可以实现从单一的安全数据监测，到安全分析与评价，再到智能决策支持过程，形成一个完整的大坝安全监测与监控体系。灰色系统理论、过程突变理论、应用人工神经网络技术、结合模糊集和可能性理论等技术已广泛用于决策支持系统，同样也能为建立了大坝安全决策支持系统提供了可能。
　　4.4  机器人
　　结合水声技术、摄像技术、声纳技术、定位技术的水下机器人已经开始使用。水下机器人方便让专业人员快速有效地对大坝水下结构进行安全监测，便捷的查明水下工程结构的安全隐患程度大小及其所在位置，对大坝安全日常管理和大坝除险加固设计非常有益。
　　由水下潜器、控制操作台、定位系统和图像声纳系统等构成水下机器人。其中图像系统由前后视两台彩色摄像头组成。操作人员通过控制操作台对水下潜器进行便捷控制从而实现机器人移动、相关机械动作和摄像头角度调整及聚焦，拍摄的图像经专用传输通道实时的传输到显示器上。
　　经使用监测发现水下机器人具有下潜深度大，行进速度快，监测效率高，水下摄像头分辨率高，可以清晰显示大坝水下病变破损现象同时对缺陷位置部位进行记录。水下机器人可能存在部分的局限性，但是随着技术的发展将会得到改进，将会是未来大坝安全水下监测的一个主力军。水下机器人现已在浙江省的永康杨溪溪水库、金华安地水库等地使用，得到一致好评。
　　4.5  新型传感器技术的应用
　　传统的监测传感器易受到电磁等因素的干扰，稳定性差智能化程度比较低无法满足现代大坝的高精度、长期性、稳定性的要求。
　　光纤传感器以光波作为信号的载体的技术得到了发展。因光波具有波粒二象性，该特性使得光纤传感器在复合材料、土木工程、航空航天、船舶工业、等行业广泛应用。在大坝安全监测行业，光纤传感器这种智能监测传感器也大有用武之地。
　　据调查发现，光纤传感器技术已三峡大坝中用于温度裂缝的监测，在茜坑水库土坝用于渗流的监测。因光纤材料特性能够满足现代大坝的高精度、长期性、稳定性的要求，它必将成为今后一段时间内大坝安全监测中传感器的主要研究发展方向。
　　5  结束语
　　本文分析了大坝工程安全监测自动化技术的內容与发展的重要意义，同时对未来大坝安全监测自动化的发展趋势进行了预测。大坝的安全监测自动化控制水平随着科技新技术的应用必将向智能化、网络化、集成化、可靠性、稳定性方面的发展，在一定程度上节省人力物力，提升监测的精准度。使大坝安全监测工作能够在高效率下实现其真正目的。
　　参考文献：
　　[1] 李国斌，常春波.基于无线传感网的水库大坝安全监测系统[J].中国防汛抗旱，2014（2）：312～314.
　　[2] 张开玉.浅谈水利水电工程中的大坝工程安全监测控制[J].地下水，2019（3）：58～59.
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