基于物聯(lián)網(wǎng)模式的智能大壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究

郭婷婷 南京河海南自水電自動(dòng)化有限公司

基于物聯(lián)網(wǎng)模式的智能大壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究

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本文介紹了一種基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程管理的大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)設(shè)備、接收大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集服務(wù)器、遠(yuǎn)程管理服務(wù)器。

物聯(lián)網(wǎng) 智能 大壩安全 監(jiān)測(cè)預(yù)警

1 引言

我國(guó)現(xiàn)有大型水庫(kù)（庫(kù)容大于1.0億/m3）420余座，中型水庫(kù)（庫(kù)容1.0～0.1億/m3）2700多座，小型水庫(kù)（庫(kù)容0.1～0.0001億/m3）84000余座。這些水庫(kù)大壩特別是建于西部強(qiáng)震區(qū)的高壩大庫(kù)，時(shí)刻面臨著強(qiáng)震的潛在威脅。因此基于大壩抗震減災(zāi)目的，保障大壩震后安全、減少和避免水庫(kù)大壩的次生水災(zāi)，亟需一種能夠大壩強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)與快速處理分析緊密結(jié)合，震后能對(duì)大壩震后安全進(jìn)行判斷和報(bào)警的大壩強(qiáng)震動(dòng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 技術(shù)原理

大壩強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)布置在大壩關(guān)鍵部位的拾震器（加速度傳感器）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大壩各個(gè)位置的震/振動(dòng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)大壩遭遇地震、爆破時(shí)產(chǎn)生較大震/振動(dòng)時(shí)，可以記錄大壩的強(qiáng)震動(dòng)響應(yīng)。

通過(guò)大壩的強(qiáng)震加速度響應(yīng)可以校驗(yàn)和復(fù)核大壩結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，提升人們對(duì)大壩結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震特別是強(qiáng)震下非線性響應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)大壩抗震技術(shù)發(fā)展。

大壩由震害到潰決有個(gè)發(fā)展過(guò)程，如果及時(shí)采取有效的工程應(yīng)急措施，可以盡可能避免水庫(kù)大壩潰壩、大大減輕或避免大壩地震次生水災(zāi)，保障大壩下游城市人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3 技術(shù)方案

（1）大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括多個(gè)拾振器（加速度傳感器）、一臺(tái)或多臺(tái)多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀。拾振器安裝于關(guān)乎大壩結(jié)構(gòu)安全的多個(gè)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)部位。多通道動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀同步采集多個(gè)拾振器的信號(hào)。

（2）采集服務(wù)器上運(yùn)行大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件（包括：大壩強(qiáng)震采集軟件、大壩強(qiáng)震分析軟件、大壩強(qiáng)震安全評(píng)估軟件）、設(shè)備端管理系統(tǒng)軟件和大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口軟件。

（3）采集：采集服務(wù)器上安裝的大壩強(qiáng)震采集軟件，可以進(jìn)行設(shè)備參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)顯示各通道波形數(shù)據(jù)，能夠采集大壩強(qiáng)震動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)。強(qiáng)震觸發(fā)方式采用多通道聯(lián)合觸發(fā)采集以及多種強(qiáng)震觸發(fā)判斷方式，可以有效避免強(qiáng)震誤觸發(fā)采集，可以保證系統(tǒng)無(wú)人值守、自動(dòng)監(jiān)測(cè)?？梢詫⒍〞r(shí)采集和強(qiáng)震觸發(fā)采集結(jié)合，在不影響自動(dòng)采集的基礎(chǔ)上定時(shí)采集大壩脈動(dòng)數(shù)據(jù)用來(lái)定期分析大壩日常特性變化作為大壩健康診斷依據(jù)之一。

（4）分析：采集服務(wù)器上安裝的大壩強(qiáng)震分析軟件，可以分析大壩強(qiáng)震數(shù)據(jù)，快速形成大壩強(qiáng)震動(dòng)響應(yīng)報(bào)表和大壩強(qiáng)震響應(yīng)信息文件；可以進(jìn)行強(qiáng)震動(dòng)波形回放顯示、分析處理和打印輸出。

（5）評(píng)估：采集服務(wù)器上安裝的大壩強(qiáng)震安全評(píng)估軟件，可以對(duì)大壩強(qiáng)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行大壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，分析安全指數(shù)、震害危險(xiǎn)指數(shù)，歸納震害等級(jí)，判斷分析大壩震時(shí)安全狀態(tài)、形成大壩強(qiáng)震安全評(píng)估警報(bào)信息文件。

（6）預(yù)警：采集服務(wù)器上安裝的設(shè)備端管理系統(tǒng)軟件，可以對(duì)遠(yuǎn)程管理命令進(jìn)行接收和執(zhí)行，可以對(duì)大壩強(qiáng)震響應(yīng)信息進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可以向遠(yuǎn)程管理端服務(wù)器發(fā)送大壩強(qiáng)震安全評(píng)估警報(bào)信息。

（7）上傳：采集服務(wù)器上安裝的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件接口，可以將大壩強(qiáng)震安全評(píng)估警報(bào)信息按特定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行包裝后發(fā)送給大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通知大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大壩變形、滲流量等參數(shù)加密監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)大壩動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合，對(duì)震后大壩安全進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，更好地保障大壩震后安全。

（8）遠(yuǎn)程管理：服務(wù)器上運(yùn)行遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)軟件，可以對(duì)大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，包括：遠(yuǎn)程開啟與關(guān)閉強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程在線示波和采集、遠(yuǎn)程采集設(shè)備狀態(tài)查詢、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)查詢與管理。管理部門當(dāng)警報(bào)接收后可以根據(jù)警報(bào)內(nèi)容對(duì)流域內(nèi)各個(gè)大壩的震情進(jìn)行判斷，根據(jù)震情，決策部門可以及時(shí)有效地統(tǒng)籌制定區(qū)域減災(zāi)應(yīng)急措施。

4 小結(jié)

（1）震后可以對(duì)大壩強(qiáng)震動(dòng)安全進(jìn)行快速分析和判斷，為大壩震后的防震減災(zāi)快速提供技術(shù)支持。本系統(tǒng)可以對(duì)大壩強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析處理，判斷分析大壩震時(shí)安全狀態(tài)、形成大壩強(qiáng)震安全評(píng)估警報(bào)信息文件，發(fā)送警報(bào)信息進(jìn)行大壩的強(qiáng)震安全預(yù)警。

（2）統(tǒng)籌管理流/區(qū)域內(nèi)大壩強(qiáng)震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)程管理服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置后，遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)可以自動(dòng)接收流/區(qū)域內(nèi)多個(gè)不同大壩強(qiáng)震臺(tái)站在強(qiáng)震后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的警報(bào)信息，因此一個(gè)遠(yuǎn)程管理中心的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)可以同時(shí)獲知流域內(nèi)不同大壩的震情信息。管理部門當(dāng)警報(bào)接收后可以根據(jù)警報(bào)內(nèi)容對(duì)流/區(qū)域內(nèi)各個(gè)大壩的震情進(jìn)行判斷，根據(jù)震情，決策部門可以及時(shí)有效地統(tǒng)籌制定區(qū)域減災(zāi)應(yīng)急措施。

（3）動(dòng)靜結(jié)合，更好地評(píng)估大壩的強(qiáng)震安全狀態(tài)。本系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口與大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（靜態(tài)監(jiān)測(cè)）相結(jié)合，在強(qiáng)震發(fā)生后，本系統(tǒng)快速對(duì)大壩強(qiáng)震進(jìn)行安全判斷評(píng)估后，發(fā)送特定格式的強(qiáng)震評(píng)估信息給大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)通知大壩自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)大壩變形、滲流量等參數(shù)的加密監(jiān)測(cè)，從而更好的分析判斷大壩震后安全。

[1]王在艾.大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].湖南水利水電,2016,(06):77-81.

[2]王軍.水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中山大學(xué),2013.

[3]李韋璇.大壩安全監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].燕山大學(xué),2015.