針對大壩安全監(jiān)控系統設計中存在的問題，提出了按照系統框架進行設計的思路。闡述了大壩安全監(jiān)控系統的五層體系框架，并詳細闡述了各層的功能。對項目設計和實施具有一定的現實意義。關鍵詞：大壩安全監(jiān)控系統；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。如果大壩安全出現問題，會造成大壩下游一定范圍內的人員、財產和環(huán)境損失。在加強水利建設的大環(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，是關系家利益和社會穩(wěn)定的頭等大事。大壩安全監(jiān)測系統主要由觀測傳感器、遙測數據采集模塊、工業(yè)控制網絡和自動監(jiān)測管理軟件系統組成。通過計算機的工作，可以實現大壩觀測數據的自動采集、處理、分析和計算，初步判斷大壩的行為是否正常，并為監(jiān)測對象提供安全預警報告。建立大壩安全自動監(jiān)測系統，可以縮短數據采集周期，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準較低，大多存在不同的質量問題。部分水庫大壩險情嚴重，影響水庫綜合效益，嚴重威脅人民生命財產安全。為了保證水庫大壩的安全運行，充分發(fā)揮水利工程的預期效益，對水庫大壩實施安全監(jiān)測和科學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)測自動化經歷了從單一儀器遙測、專用測量設備、集中式數據采集系統到分布式數據采集系統的發(fā)展過程。它的發(fā)展與基于儀器設備的監(jiān)測系統的發(fā)展和進步密切相關，監(jiān)測系統的發(fā)展以所有監(jiān)測元件的快速發(fā)展為標志，包括從相關傳感器和測量儀器到轉換、處理、存儲、打印和分析設備的發(fā)展。在大量大壩安全工程的實際應用中，提出了研究大壩安全監(jiān)控系統體系結構的方法，并通過確定每個工程的不同體系結構，對工程進行了不同層次的設計。這種方法在項目設計和實施中是結構化和有組織的。1.系統架構根據實際情況，提出系統架構由采集層、通信層、網絡層、數據層和應用層五部分組成。1.采集層是信息源的基礎，通過不同的監(jiān)測方法和技術來完成。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，土石壩還設有內部變形監(jiān)測。內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#分頁標題#e#

土石壩壓力(應力)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)測項目涉及數十個物理量，每一個物理量監(jiān)測都需要在設計時安排必要的測點和合適的監(jiān)測儀器。兩個規(guī)范根據工程等級、建筑等級、壩型、壩基和基巖地質門檻以及大壩設計和施工的特點，規(guī)定了監(jiān)測項目的選擇和測點的設計和布置。監(jiān)測項目和測點的布置不應過多也不應過少，并應保持在合理的水平。可以參考上述相應的際指標來確定，即監(jiān)測設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考慮現代化管理的需要，即實現主要監(jiān)測項目的自動化。2.通信層通信層是監(jiān)控數據傳輸和通信的基礎，是數據傳輸的媒介。系統采集的數據可以通過有線數據通信(現場總線)或無線數據通信傳輸到監(jiān)控中心，其中有線數據通信的較遠距離可以達到十幾公里，無線數據通信的距離可以達到幾十公里。當采用有線數據通信子網和無線數據通信的混合結構時，系統數據傳輸具有自動路由判斷機制，可以提高數據傳輸的可靠性。3.網絡層網絡層主要是指監(jiān)控中心或分中心的計算機網絡，是應用軟件系統運行的基本環(huán)境，是日常行政辦公、內部信息交流和信息共享的網絡基礎。4.數據層數據層是整個業(yè)務綜合數據的平臺，是業(yè)務應用軟件系統的基礎。它由幾個相對先立且相互關聯的數據庫組成，數據層主要是監(jiān)控數據庫。主要包括基礎數據庫、監(jiān)測數據庫、實時數據庫、歷史數據庫和空間地理數據庫。5.應用層應用層以大壩安全監(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、安全評估預警、統計、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、數據編輯系統、統計分析與預警系統、WEB查詢系統和數據庫管理系統。二.信息流主要信息流包括信息收集、信息存儲、信息查詢、信息統計分析和預警、數據庫管理系統和信息展示。信息采集：主要是對所有接入系統中的各種監(jiān)控儀表進行一定方式的自動測量，采集測量數據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對接收的數據進行解碼、校驗、入庫、存儲。信息查詢：主要對入庫的自動化測量數據根據任意時段和各點的數據進行查詢。信息統計分析預警：主要對根據采集值和時間為軸，顯示信號的時間變化過程，時間軸可以定義，如秒、分、小時、天；數據庫可以隨時調出查看、編輯、另行存儲。對大壩監(jiān)測數據進行離線分析處理、為大壩安全評判和運行管理提供監(jiān)控模型、監(jiān)控數據圖表。如自動采集的孔隙水壓力過程線的顯示頁面形式等等。數據庫管理：主要對根據監(jiān)測數據進行數據轉貯、數據庫查詢/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、系統組成大壩安全監(jiān)測系統由信息采集系統、通信系統、網絡系統、綜合數據庫系統、應用軟件系統，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、應力應變、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，系統組成如圖3所示。系統結構采用分布式體系結構，數據采集工作分散到靠近較多傳感器的測控單元來完成，然后將所測數據傳送到主機。系統每個觀測現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、系統功能1.傳感器感應大壩變形、滲流、壓力（應力）、應變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等各種物理量，將模擬量、數字量、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、調頻式、壓阻式、干式變壓器式、電位式等。2.測控單元●根據確定的觀測參數、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。●根據確定的記錄條件，將觀測結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，以實現對各種類型傳感器的信號采集。●檢測指點的報警條件，一旦報警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測中心。●將所有觀測結果保存在存儲單元中，直到這些數據被監(jiān)測中心準確接收完。●管理電能消耗，在斷電、過電流引起重啟動或正常關機時保留所有配置設定的信息。并具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕環(huán)境。●采集系統的運行方式有應答式和自報式兩種，必要時也可采用任意控制。3.通信系統通信系統根據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。4.業(yè)務應用系統業(yè)務應用系統主要為大壩安全管理軟件系統；可以在監(jiān)測中心、分中心進行數據接收、處理、存貯、分析、預警等功能。對接收的數據進行容錯校驗、數據可靠性和準確度檢查及數學模型檢查，數據存儲、刪除、插入、記錄、顯示、換算、打印、查詢及儀器位置、參數工作狀態(tài)的顯示，建立、標定安全監(jiān)控數學模型、并進行影響因素分解及綜合性的分析、預報報警及安全性評價，以滿足對大壩安全監(jiān)測的需要。綜合數據庫系統：可以對大壩安全監(jiān)測信息建立統一數據平臺，統一數據格式，規(guī)范數據標準，可以有效地進行數據共享，數據分析，為業(yè)務應用系統提供可靠基礎。也可以對其它相關系統的數據接入提供接口。結語大壩安全監(jiān)測系統是集先進的壩工、計算機、電子、通訊、管理技術為一體的符合現代社會發(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，是提高我大壩安全管理工作的根本。作好系統設計及實施要根據規(guī)范結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。（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)測設計.黃河水利出版社,2003.7#p#分頁標題#e#