大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王在艾

（1.湖南省水利水電科學研究所長沙市410007；2.湖南省大壩安全與病害防治工程技術(shù)研究中心長沙市410007）

大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王在艾1，2

（1.湖南省水利水電科學研究所長沙市410007；2.湖南省大壩安全與病害防治工程技術(shù)研究中心長沙市410007）

文章簡要回顧了大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展歷程，客觀評價了大壩安全監(jiān)測自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合計算機技術(shù)、信息化技術(shù)、通信技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)展望了監(jiān)測自動化技術(shù)的若干發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。旨在為水利工程安全監(jiān)測的自動化、智能化技術(shù)應(yīng)用提供有價值的參考。

大壩安全監(jiān)測自動化智能化軟硬件

引言

大壩作為一種大型水工建筑物，因其自身結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境和外力作用的復(fù)雜性，以及可預(yù)期的大壩失事后造成的嚴重災(zāi)難，必須對大壩進行穩(wěn)定可靠、精確、持續(xù)的安全監(jiān)測工作。

自動化監(jiān)測技術(shù)可有效提升大壩的安全監(jiān)測能力，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確度。但監(jiān)測儀器設(shè)備和自動化監(jiān)測系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行能力、安全監(jiān)測資料分析有待加強。

1 國內(nèi)外大壩安全監(jiān)測自動化發(fā)展歷程

大壩安全監(jiān)測工作起始于19世紀90年代，即1891年德國在埃施巴赫重力壩進行變形觀測活動，這是人類歷史上首次開展大壩安全監(jiān)測工作。隨后美國布恩頓重力壩于1903年進行了溫度監(jiān)測，澳大利亞巴倫杰克溪拱壩于1908年開展了變形監(jiān)測工作。

雖然大壩安全人工監(jiān)測工作開展得很早，但是安全監(jiān)測自動化卻到20世紀60年代才逐步開始，直至20世紀90年代，分布式大壩監(jiān)測系統(tǒng)在大壩監(jiān)測自動化領(lǐng)域得到普及，意大利ISMES公司的分布式系統(tǒng)測控裝置采用光纜作為通信總線，因此防雷抗干擾能力十分突出。

美國和法國較早地實現(xiàn)了大壩監(jiān)測資料的集中自動處理，但大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化發(fā)展較晚。1981年美國墾務(wù)局首先在Monticello拱壩上安裝了集中式監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，1982年起在Flaming Gorge等4座混凝土壩上安裝了可靠性更高的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1989年加拿大開始在魁北克水電大壩上安裝安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，1992年Waleach大壩安裝部署了安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄嚯x大壩200多公里的溫哥華大壩安全監(jiān)測資料分析中心。

我國大壩安全監(jiān)測工作開始于20世紀50年代，采用光學測量儀器進行變形觀測，利用進口的差阻式儀器進行混凝土壩內(nèi)部觀測。

70年代末成功研制了遙測垂線坐標儀和引張線儀，研發(fā)了用五芯測法實現(xiàn)差動電阻式儀器監(jiān)測自動化的集中式測量裝置。80年代中期研制成功了差動電容式和步進式的遙測坐標儀和引張線儀，用于混凝土壩水平位移和撓度的監(jiān)測。利用靜力水準原理測量垂直位移的遙測儀器設(shè)備也相繼研制成功，并在大壩上逐步得到應(yīng)用。

為滿足高混凝土壩和高土石壩的安全監(jiān)測需要，國家先后組織了“六五”和“七五”兩次科技攻關(guān)。到20世紀90年代初，研制成功了一批新型監(jiān)測儀器和設(shè)備。同時為了提高大壩安全監(jiān)測自動化水平，能夠接入變形、滲流和應(yīng)力應(yīng)變等多種監(jiān)測項目的集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及在線或離線處理的監(jiān)測信息管理系統(tǒng)和計算分析軟件成功研發(fā)。

到20世紀90年代初期，我國已有20多座水庫大壩安裝了安全監(jiān)測儀器設(shè)備，實現(xiàn)了安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集，但由于儀器設(shè)備性能和質(zhì)量還存在欠缺，系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)精確度不夠，大壩安全監(jiān)測自動化尚未達到實用化程度。

20世紀90年代中期，葛洲壩二江泄水閘安裝的分布式變形和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)順利通過了水利部主持的驗收和鑒定，由此揭開了采用國產(chǎn)分布式大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)大壩監(jiān)測自動化的序幕，標志著大壩監(jiān)測自動化進入了實用化階段，能夠有效保障大壩的安全運行。

2 大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀

2.1 標準與規(guī)范

由于大壩安全監(jiān)測在掌握大壩運行性態(tài)、發(fā)現(xiàn)安全隱患、確保大壩安全方面的重要性，必須通過法律法規(guī)和規(guī)程規(guī)范來明確各方的權(quán)利和義務(wù)。我國已先后頒布了差阻式儀器、振弦式儀器產(chǎn)品標準及巖土工程儀器系列型譜，《水電站大壩安全檢查實施細則》、《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《水庫大壩安全管理條例》、《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、《土石壩資料整編規(guī)程（規(guī)范）》、《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》等。2001年6月，水利部發(fā)布了《大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》（SL 268-2001），這是我國大壩安全監(jiān)測領(lǐng)域中對監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng)的第一個行業(yè)標準，于2001年12月開始實施。自此大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng)逐步走上標準化、規(guī)范化的發(fā)展軌道。隨后有關(guān)單位發(fā)布的《大壩安全監(jiān)測自動化技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5211-2005）、《大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗收規(guī)范》（GB/T 22385-2008）、《大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)實用化要求及驗收規(guī)程》（DL/T 5272-2012）等規(guī)程規(guī)范更是指導(dǎo)和推動了大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展，同時也對安全監(jiān)測自動化提出了具體的要求和約束。

2.2 硬件

2.2.1 監(jiān)測儀器

大壩上多采用正、倒垂線為基準來自動監(jiān)測大壩的豎向和水平位移，包括混凝土大壩的撓度。觀測儀器多采用垂線坐標儀、引張線儀、靜力水準儀等。近年來，這些傳統(tǒng)的觀測儀器得到了很大的發(fā)展，在大量程、高精度和高可靠性上取得了長足的進步。引張線儀由單向?qū)崿F(xiàn)了向雙向的發(fā)展和應(yīng)用。遙測垂線坐標儀和引張線儀已經(jīng)從接觸式發(fā)展到非接觸式，非接觸式儀器包括步進式和CCD式。

遙測靜力水準儀近年來得到了較快的發(fā)展，以前多是采用進口儀器，近年來國內(nèi)已有多種原理的靜力水準儀。靜力水準儀是應(yīng)用連通管原理測量測點間的相對位移。一側(cè)沉降將引起浮子升降，通過各種量測技術(shù)來測量浮子的升降，從而觀測點間的相對位移。目前主要有差動變壓器式、電感式和CCD式等靜力水準儀。

光纖傳感器是新近發(fā)展起來的體積小、精度高、不受電磁干擾、抗腐蝕性環(huán)境的傳感器，可用于測量溫度、位移、應(yīng)變、壓力等物理量。該新型儀器最大的優(yōu)點是不受電磁干擾，目前防雷抗干擾已經(jīng)成為我國大壩安全監(jiān)測自動化中最為棘手的問題。光纖傳感器的使用為徹底解決防雷抗干擾問題創(chuàng)造了極為有利的條件。盡管光纖傳感器在國內(nèi)水利工程上的應(yīng)用尚處于起步階段，但由于有其他傳感器無法比擬的優(yōu)越性，將使其具有十分廣泛的應(yīng)用潛力，獨領(lǐng)風騷幾十年的發(fā)展前景可能成為不遠的現(xiàn)實。國內(nèi)這方面的研究和研制也已起步，四川大學、長江科學院、武漢大學的有關(guān)研究論文近年來已在各專業(yè)期刊中發(fā)表。

差動電阻式傳感器近年來解決了長導(dǎo)線電阻、導(dǎo)線電阻變差對測值的影響，并實現(xiàn)自動化遙測，得到了很大發(fā)展。目前差阻式儀器由4線制改為5線制測量方式，儀器電阻、電阻比測量精度、遙測距離、抗干擾能力均優(yōu)于國外廠家，處于國際先進水平。更為重要的是，差阻式儀器已經(jīng)完成了大量程、高彈模量和耐高壓產(chǎn)品的研制并能批量生產(chǎn)。

國內(nèi)研發(fā)鋼弦式儀器已有40多年的歷史，隨著大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展，鋼弦式傳感器近年來也得到了一些發(fā)展。至2001年，鋼弦式儀器精度、性能、外觀都有較大的改觀。同時，大多傳感器已增加測溫功能，對其進行溫度補償修正，率定精度也有所提高。在單支儀器性能方面與國外同類產(chǎn)品相比，仍有一定的差距，但是在振弦式儀器測量方面，國內(nèi)技術(shù)比較高，測量電路能夠?qū)崿F(xiàn)對國產(chǎn)和進口兩種不同激振電壓的兼容。

傳感器的智能化程度不斷提高。目前國內(nèi)已有多家傳感器廠家（包括振弦式和壓阻式）將率定曲線、傳感器出廠編號等直接固化在傳感器內(nèi)部的IC中，這樣既提高了測量精度，又可以方便在電纜截斷或電纜編號丟失的情況下，對儀器編號的確認和恢復(fù)。另外，這種儀器還提供RS-485或RS-232接口，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

在外部變形監(jiān)測儀器方面，如水準儀、電子經(jīng)緯儀和全站儀等，國內(nèi)也開始批量生產(chǎn)并占有一定的市場份額，但在穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性方面還需要提高。采用電子經(jīng)緯儀和水準儀可使傳統(tǒng)的外部變形監(jiān)測實現(xiàn)自動化，電子水準儀+全站儀實現(xiàn)水工建筑物安全監(jiān)測自動化已經(jīng)在多個工程獲得應(yīng)用。GPS具有土建工程量小、可以測量三維變形等優(yōu)點，比較適合高土石壩的外部變形監(jiān)測。GPS技術(shù)已經(jīng)在清江隔河巖大壩安全監(jiān)測自動監(jiān)測系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。另外，合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于地震形變、地表沉降和滑坡監(jiān)測，如果能進一步提高精度，實現(xiàn)地表連續(xù)變形測量，這對于大壩，尤其是高土石壩，將具有明顯優(yōu)勢。雙向引張線自動測量技術(shù)能夠通過一條引張線同時測量水平和垂直位移，相當于同時安裝了原引張線和靜力水準系統(tǒng)，且針對老引張線改造不需要增加任何土建工作，施工方便，特別適合我國廣大已安裝引張線項目的更新改造。

在環(huán)境量監(jiān)測儀器方面，水位、雨量等常規(guī)測量儀器近年來隨著水文、氣象等部門的大量需求得到了快速發(fā)展，國產(chǎn)儀器設(shè)備的市場占有率非常高，其精度、設(shè)備種類、穩(wěn)定性都相對優(yōu)于其它監(jiān)測項目的監(jiān)測儀器設(shè)備。

隨著合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）和差分干涉測量（D-InSAR）技術(shù)發(fā)展，其在地表沉陷監(jiān)測中應(yīng)用已經(jīng)全面展開，如D-InSAR技術(shù)已經(jīng)在煤礦開采沉陷變形監(jiān)測中得到應(yīng)用并用于礦區(qū)DEM數(shù)據(jù)更新。由于該技術(shù)的大尺度和面監(jiān)測特點，在大壩及邊坡的表面變形監(jiān)測中將具有十分明顯的優(yōu)勢。

在新型監(jiān)測系統(tǒng)方面，國外也有很多成功的技術(shù)，如英國的高精度微震監(jiān)測技術(shù)就已經(jīng)在多個邊坡工程獲得成功運用。該技術(shù)克服了目前常規(guī)點監(jiān)測代表性不足、預(yù)警能力不強、資料分析困難等缺點，對水庫的高邊坡與地基監(jiān)測具有很強的針對性。

聲發(fā)射技術(shù)的原理是當巖體的應(yīng)力發(fā)生改變并超過歷史水平時，巖體就會發(fā)出一種振動波向四方傳播，應(yīng)力改變愈大，這種波就愈強。在巖體中埋設(shè)傳感器采集這些振動波的信號，利用專門的軟件包加以處理分析，就可以測定出振動波源的空間位置和振源強度，從而揭示出巖體內(nèi)部可能發(fā)生大變形的部位，以便及時采取相應(yīng)措施。目前在澳大利亞、美國、加拿大等都有應(yīng)用這種監(jiān)測技術(shù)進行大壩監(jiān)測的案例。

2.2.2 自動采集設(shè)備

自動采集設(shè)備包括測量控制單元（MCU）、水雨情遙測終端等。隨著大壩安全監(jiān)測技術(shù)的不斷進步，自動采集設(shè)備也得到了跨越式發(fā)展。不僅可以實現(xiàn)傳感器的在線式單點測量、巡測，還可實現(xiàn)定時、變幅測量上報。同時還具有存儲歷史測量數(shù)據(jù)、校時、可配置及支持多種通信方式等功能，能夠滿足各種環(huán)境條件下的自動采集測量需求。

2.3 軟件

2.3.1 監(jiān)測系統(tǒng)

我國大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的研究工作是從20世紀80年代初起步的，經(jīng)歷了從集中式系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)發(fā)展的歷程。從近年國內(nèi)大壩安全監(jiān)測自動化的工程實例來看，主要還是采用國內(nèi)的系統(tǒng)，因為國內(nèi)系統(tǒng)在適用性、售后服務(wù)和價格等方面都占有很大優(yōu)勢。分布式系統(tǒng)的共同特點是：

（1）體系分布化。采用分布式結(jié)構(gòu)，測量控制單元可以安裝靠近傳感器的地方，傳感器的信號可以不需要傳輸較遠的距離，信號的衰減和外界的干擾可以大大減輕，系統(tǒng)既適合于傳感器分布廣，分布不均勻，傳感器數(shù)量多、種類多、總線距離長的大中型工程自動化監(jiān)測，也適合于傳感器數(shù)量少的小型工程的自動化監(jiān)測。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化。系統(tǒng)由以前的專用型變成了通用型。根據(jù)功能的不同，開發(fā)不同的功能模塊。系統(tǒng)根據(jù)測量傳感器的類型的不同，開發(fā)了振弦式、電感式、步進式、差動電阻式等測量模塊，系統(tǒng)可以通過搭積木的方式，組建滿足要求的系統(tǒng)；系統(tǒng)采用內(nèi)部功能模塊化、傳感器接口模塊化的思想，將系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊化，開發(fā)了弦式功能模塊、模擬量功能模塊、通信功能模塊等，接口模塊根據(jù)傳感器的類型，開發(fā)了相應(yīng)的接口模塊，接口模塊不具有測量功能，這樣保持系統(tǒng)測量的一致性。

（3）接口多樣化。通信方式一般包括有線、無線、衛(wèi)星、電話線、光纖、GSM/GPRS/3G/4G等。一般系統(tǒng)提供兩種或兩種以上的通信接口方式，為系統(tǒng)的組網(wǎng)提供了比較大的便利，目前很多工程采用光纖通信，不僅提高了通信速率，也提高了系統(tǒng)抗電磁干擾能力和抗雷擊能力。

（4）供電多樣化。系統(tǒng)致力于提高性能，設(shè)計了各種電源管理電路，最大限度地降低功耗，可以利用交流電、直流電、蓄電池以及太陽能供電等各種方式供電。在特殊場合下，儀器設(shè)備可直接采用電池供電，運行時間可達數(shù)月之久。

（5）性能可靠化。自動化系統(tǒng)建設(shè)的初期，很多系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定、損壞，甚至癱瘓都是由于抗干擾能力不過關(guān)，防雷擊性能不夠造成的，通過近些年的研究和經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)從設(shè)計、結(jié)構(gòu)、布局、元器件的篩選、通信、電源、電纜埋設(shè)等多個方面得到了改善，系統(tǒng)的可靠性得到了提高。

（6）平臺網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)利用各種網(wǎng)絡(luò)資源平臺實現(xiàn)信息共享和發(fā)布，已經(jīng)開發(fā)出多種類型的基于.NET或Java平臺的B/S型大壩安全信息系統(tǒng)。

目前，我國自主研發(fā)的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)雖然有了較大的提高，某些方面達到了國際先進水平，但是系統(tǒng)總體性能和國際先進產(chǎn)品相比，還存在一定的差距，特別是在可靠性和長期穩(wěn)定性方面有待進一步的提高。

2.3.2 系統(tǒng)軟件

大壩安全監(jiān)測軟件一般包括數(shù)據(jù)采集軟件、信息管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集軟件。數(shù)據(jù)采集軟件是基于C/S模式、在Windows環(huán)境下可視化的窗口軟件，所有監(jiān)測點均可顯示在布置圖上，每個測點都與數(shù)據(jù)庫相連接，同時布置圖上的每一個測點又與現(xiàn)場測控裝置的對應(yīng)儀器通道相連，操作和選擇屏幕布置圖上的測點或采集模塊就可以完成對該測點或模塊的數(shù)據(jù)采集、換算、處理、入庫等全部過程。對自動采集的數(shù)據(jù)自動入庫；對人工測量的數(shù)據(jù)，提供一個人機界面窗口，可鍵盤輸入進庫。

采集軟件功能模塊主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)通訊和系統(tǒng)管理等。

（2）信息管理軟件。信息管理軟件負責對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)、工程文檔、巡查信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等進行綜合管理。對于具有網(wǎng)絡(luò)要求的用戶，可以采用基于WEB的信息管理軟件。

基于.NET或Java平臺開發(fā)的WEB發(fā)布軟件可安裝在局域網(wǎng)的服務(wù)器上，客戶端無需額外安裝任何其它軟件，直接通過IE瀏覽器訪問和查詢大壩的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)、文檔和圖表。

（3）計算分析軟件。計算分析軟件負責對采集的數(shù)據(jù)進行誤差檢驗、模型建立和計算分析。ANSYS、FLAC3D、MARC、ABAQUS、ADINA等數(shù)值計算軟件在國內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用，利用上述軟件和大壩安全監(jiān)測資料將為確定性模型和混合監(jiān)控模型的建立、參數(shù)反演和大壩安全分析評價提供方便。

發(fā)達國家在信息管理系統(tǒng)方面非常重視，如法國電力公司開發(fā)了PANDA的大壩監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對各種類型的自動化或人工采集數(shù)據(jù)進行處理，利用Internet/Intranet進行通訊，實現(xiàn)對監(jiān)測信息的分層管理（包括上層的專家分析中心及下設(shè)的各級控制中心）。系統(tǒng)中對監(jiān)測量的分析評價采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計模型，模型中僅用11個因子描述各分量。該系統(tǒng)除用于法國的250多座大壩的監(jiān)測之外，還在阿根廷、多哥等多個國家得到應(yīng)用。

意大利是最早將人工智能技術(shù)引入大壩監(jiān)測信息處理領(lǐng)域的國家。20世紀90年代，意大利開發(fā)了DAMSAFE的決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)包括提供數(shù)據(jù)的信息層，用于管理、解釋和顯示數(shù)據(jù)的工具層，以及基于Internet技術(shù)的綜合層。該系統(tǒng)采用定性因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型對各類監(jiān)測和結(jié)構(gòu)信息進行綜合分析，并采用了專家系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)了針對自動化監(jiān)測在線檢查的MISTRAL子系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)得到了較長時間的實際應(yīng)用。

3 大壩安全監(jiān)測自動化發(fā)展趨勢

隨著社會的進步，人們觀念的不斷轉(zhuǎn)變，科學技術(shù)特別是信息技術(shù)的發(fā)展，對大壩安全監(jiān)測自動化提出了更高更深的要求，大壩安全監(jiān)測自動化的未來發(fā)展趨勢展望如下：

（1）傳感器智能化。智能儀器是自帶微型計算機或者微型處理器的測量傳感器，儀器自身具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、邏輯運算判斷及自動化操作等功能。隨著人工智能技術(shù)和電池技術(shù)的迅猛發(fā)展，逐步具備自檢、自校、自診斷功能、物理量直接展示、結(jié)果數(shù)字化輸出、無線傳輸和人機交互等功能特性。

（2）接口的標準化和即插即用。國內(nèi)外多個監(jiān)測儀器生產(chǎn)廠家的儀器設(shè)備，由于各家接口和系統(tǒng)不通用、需要專業(yè)安裝調(diào)試隊伍等問題嚴重阻礙了大壩安全監(jiān)測自動化的推廣，為此需要研究通用的通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)庫接口、通訊接口、傳感器接口和電源接口標準，建立健全相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程規(guī)范，從而方便各個系統(tǒng)設(shè)備、模塊之間的集成。

（3）遠程操作與實時診斷。因基層維護管理人員技術(shù)知識和素養(yǎng)較低，實現(xiàn)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)遠程實時診斷，為運行維護人員提供維護維修信息具有很重要的現(xiàn)實意義。通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)遠程控制、參數(shù)設(shè)置、故障診斷等操作。如利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，只要在手機能上網(wǎng)的地方，通過3G/4G即可以實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)維護、軟件升級和維護、故障原因和修復(fù)方法以及測值成因分析等，同時通過短消息實現(xiàn)大壩安全報警和故障提示，從而極大的方便大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行維護。

（4）系統(tǒng)整合。目前許多水電站與水庫大壩均安裝部署了大壩安全監(jiān)測、水情測報、閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)控等自動化系統(tǒng)。我們必須依靠科技進步，將以上各系統(tǒng)有機地整合起來，應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)以達到在平常確保大壩安全的前提下，盡量多蓄水、多發(fā)電、多供水，從而創(chuàng)造更多的效益；在汛期有較多的防洪庫容，又能實時動態(tài)地對水庫調(diào)度進行優(yōu)化，從而最大限度達到防災(zāi)（減災(zāi)）和興利的目的。

（5）大壩群信息系統(tǒng)集成。利用云計算技術(shù)集成流域乃至管理單位所屬大壩群的信息系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)收集整合大壩群通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時需要用到GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、遠程通訊等技術(shù)。通過建立大壩群安全監(jiān)測海量數(shù)據(jù)庫，集中進行數(shù)據(jù)處理，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，對充分利用數(shù)據(jù)資源，提高大壩設(shè)計、施工和運行維護水平將起到十分重要的作用。安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、分析評價、遠程操控等由云平臺進行統(tǒng)一管理。水庫大壩主管部門和管理單位以政府購買服務(wù)的方式向云平臺管理單位尋求需求的滿足。目前將大壩信息系統(tǒng)進行集成的工作正在展開，如國家能源局杭州大壩中心正將電力系統(tǒng)大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)集中管理，湖南省大壩安全監(jiān)測中心正將省內(nèi)部分大中型水庫安全監(jiān)測信息進行集中管理和發(fā)布。從目前情況來看，全環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享利用、數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析評價，特別是大數(shù)據(jù)深度挖掘方面還有許多工作要做。

（6）運行管理移動化。近年來移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，智能手機大量普及，移動基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善。移動互聯(lián)網(wǎng)可以克服運行管理工作在空間、時間上的阻隔，滿足現(xiàn)場突發(fā)性、不確定性的日常工作要求。例如大壩安全巡視檢查工作可以通過手機APP完成，通過GPS定位、拍照、攝像等手段，實現(xiàn)實時巡查情況的上報，能減輕巡查工作量，規(guī)范巡查路線和流程。

（7）虛擬現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是數(shù)字水利、數(shù)字流域的必然要求，是與GIS、GPS和RS技術(shù)相配套的技術(shù)。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)又有了很大的發(fā)展，在大壩安全監(jiān)測自動化方面的應(yīng)用可以包括：①動態(tài)模擬大壩變形、滲流、裂縫等的產(chǎn)生、發(fā)展和相互耦合過程，實現(xiàn)三維動態(tài)可視化；②利用增強現(xiàn)實模擬上下游潰壩、泄洪和其他荷載變化對大壩安全的影響，進行淹沒和損失評估；③利用分布式虛擬現(xiàn)實環(huán)境，在因特網(wǎng)環(huán)境下，充分利用各地人才和數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢，協(xié)同開發(fā)虛擬現(xiàn)實的大壩健康診斷系統(tǒng)等。

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[2]沈省三，等.大壩安全監(jiān)測儀器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.大壩與安全，2015，（05）.

[3]黃文鈺.淺析水電站大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.廣東科技，2008，（11）.

[4]趙花城.水電站大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀與發(fā)展目標［J］.大壩與安全，2007，（04）.

[5]張文飛.淺述水電站大壩安全監(jiān)測現(xiàn)狀及其自動化動態(tài)［J］.廣東科技，2013，（10）.

2016-10-12）

王在艾（1984-），男，湖南新化人，大學本科，工程師，主要從事大壩安全相關(guān)軟硬件研究開發(fā)工作，手機：15387599699。