大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)在土石壩中的應(yīng)用探究

【摘要】筆者依據(jù)實際工作經(jīng)驗及相關(guān)文獻資料的記載，對土石壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用意義及設(shè)計進行分析，希望可以在以后工作中對監(jiān)測系統(tǒng)自動化的升級優(yōu)化、監(jiān)測點的分類分級、提高自動化監(jiān)測效率和實時監(jiān)控起到一定借鑒作用，最終為水庫的科學(xué)運行管理水平作出一定貢獻。

【關(guān)鍵詞】大壩；自動化監(jiān)測系統(tǒng)；土石壩

1、問題研究背景及意義

水庫大壩是水利工程領(lǐng)域當中十分重要的擋水型建筑物，是水庫的核心內(nèi)容，自從建國以來，我國興建的15m以上的大壩超過1.8萬座，大部分是土石壩，因為當時設(shè)計水平十分低下，施工質(zhì)量十分低下，運行年齡一般情況下比較長，因此很多土石壩都會帶有一定程度的安全隱患問題，甚至會發(fā)展成病險水庫，也有可能發(fā)生壩體垮塌問題，從而會對下游人民的生命財產(chǎn)安全造成一定負面影響，也會在當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展過程中，造成一定負面影響。因此土石壩自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)會顯得十分重要，可以在保證大壩運行安全性及穩(wěn)定性的過程中，發(fā)揮出來十分重要的作用，為了可以讓水庫管理水平得到一定程度提升，并讓水庫在實際運行的過程中，創(chuàng)造出來更多的社會經(jīng)濟效益，筆者依據(jù)針對大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，以便于可以在土石壩實際運行的過程中，完成在線動態(tài)監(jiān)測工作，及時發(fā)現(xiàn)土石壩實際運行過程中的問題，并完成相應(yīng)的預(yù)警工作。

2、土石壩自動化監(jiān)測工作的復(fù)雜性分析

2.1監(jiān)測范圍

土石壩安全監(jiān)測范圍包含壩體、壩基以及會對大壩安全造成影響的近壩地區(qū)，甚至包含和大壩安全有關(guān)系的建筑物及設(shè)備。大壩安全監(jiān)測時間應(yīng)當將設(shè)計階段作為出發(fā)點一直到運行管理階段，監(jiān)測內(nèi)容包含的是壩體具體構(gòu)成結(jié)構(gòu)、地質(zhì)實際情況，輔助型機電設(shè)備及具備泄洪能力的建筑物。大壩安全監(jiān)測可以發(fā)揮出來審核設(shè)計、優(yōu)化調(diào)整施工設(shè)計方案以及評價大壩安全性的作用，重點在于對大壩的安全性進行評價，因為會對大壩安全性造成影響的因素有很多，并且監(jiān)測工作的時間跨度比較大，因此土石壩安全監(jiān)測工作的復(fù)雜性非常強。

2.2大壩安全評價

大壩安全評價，在監(jiān)測系統(tǒng)的客戶端口當中，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)針對土石壩的安全性進行評價，這一項工作之所以比較復(fù)雜，是因為土石壩結(jié)構(gòu)、材料以及邊界條件受到物理力學(xué)因素的影響，滲流場和應(yīng)力場之間也會出現(xiàn)一定耦合問題，從而會對監(jiān)測數(shù)據(jù)精準性造成一定影響。針對土石壩的破壞模式以及破壞機理展開的研究工作不是十分深入，材料的蠕變以及突變特性有待深入研究。土石壩觀測資料不單單和壩型、材料以及荷載之間有一定相互關(guān)系，也有關(guān)于施工進度、方法以及運行管理等因素。監(jiān)測系統(tǒng)安全評價功能模塊設(shè)計工作進行的過程中，應(yīng)當充分的考慮到上文中所說的這些因素。

3、系統(tǒng)設(shè)計

構(gòu)建將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為基礎(chǔ)內(nèi)容的土石壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，充分的感知各個會對大壩安全性造成影響的因素，而后將其傳輸?shù)酱髩伟踩O(jiān)控中心當中，系統(tǒng)是由三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。底層結(jié)構(gòu)是感知層，也就是ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)層；中間是網(wǎng)絡(luò)層，也就是WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸層；上層是應(yīng)用層，也就是大壩安全監(jiān)控中心。

底部感知層，物聯(lián)網(wǎng)的感知層一般情況下由傳感器信號采集、協(xié)同處理以及智能組網(wǎng)模塊構(gòu)成，本系統(tǒng)當中應(yīng)用到的ZIgBee傳感器網(wǎng)絡(luò)，是由三種類型的節(jié)點構(gòu)成，ZIgBe傳感器終端節(jié)點、ZIgBe路由器節(jié)點以及ZIgBe網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點，各個節(jié)點之間應(yīng)用ZIgBe協(xié)議完成通信工作。傳感器終端節(jié)點放置在大壩監(jiān)測區(qū)域當中，其中包含變形監(jiān)測、溫度監(jiān)測以及水位監(jiān)測等內(nèi)容；各個路由器節(jié)點之間應(yīng)用ZIgBe協(xié)議完成通信，通過無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸工作，承擔起來的是傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，最終再將數(shù)據(jù)匯集到協(xié)調(diào)器當中；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點當中包含的是ZIgBe無線模塊以及GPRS通訊模塊，也是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當中的中線節(jié)點，承擔起來的是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、維持以及管理等工作。將ZIgBe作為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層，是由部署在大壩監(jiān)測區(qū)域當中傳感器節(jié)點構(gòu)成的ZIgBe無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，用星型或者網(wǎng)型拓撲構(gòu)成實時監(jiān)測系統(tǒng)，對各個目標的信息進行感知，也可以通過ZIgBe網(wǎng)絡(luò)將大壩檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點當中，再將數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)當中。

中間網(wǎng)絡(luò)層。ZIgBe無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層當中采集到的大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以通過ZIgBe無線路由器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)上傳到ZIgBe無線協(xié)調(diào)器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)當中，通過wifi遠程數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)和internet完成無線連接工作，從而也就可以讓監(jiān)測數(shù)據(jù)從傳感器位置傳輸待數(shù)據(jù)監(jiān)測中心當中。

應(yīng)用層是由計算機硬件和軟件構(gòu)成。在系統(tǒng)當中使用Browser/Server結(jié)構(gòu)，將VB6.0作為開發(fā)憑條，以便于可以將監(jiān)測中心當中需要使用到的數(shù)據(jù)分析及處理軟件研發(fā)出來，從各個網(wǎng)關(guān)節(jié)點當中獲取相應(yīng)的監(jiān)測信息，妥善完成大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)解析工作，逐步讓采集與監(jiān)測工作向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向轉(zhuǎn)變。

系統(tǒng)硬件電路設(shè)計工作進行的過程中，一般情況下涉及到的工作是傳感器節(jié)點、路由器節(jié)點以及協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件電路設(shè)計工作，在本系統(tǒng)當中，應(yīng)用到的是將無線接收器和控制器集成在一起的CC2530單芯片設(shè)計方案。CC2530內(nèi)嵌的8051具備256KB可編程flash和8kbRAM，主頻最高可以達到32MHz，在接收以及發(fā)射模式之下，電流損耗分別是24mA以及29mA。在休眠模式之下，電流損耗僅僅是微安級別而已，僅僅使用及時微秒的時間，就可以芯片從休眠模式轉(zhuǎn)入到正常運行模式當中，在對電池長期供電提出比較高要求的領(lǐng)域當中，適用性非常強?？偠灾?，土石壩自動監(jiān)測系統(tǒng)實際應(yīng)用的過程中，需要將運行現(xiàn)場實際情況作為依據(jù)，選擇適應(yīng)性比較強的設(shè)計方案，以便于可以讓自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行安全性及穩(wěn)定性得到一定保證。

參考文獻：

[1]畢慧田.大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的改進[J].中國設(shè)備工程，2017（14）：65-66.

[2]陳榮高，胡靈芝.梨園電站外部變形監(jiān)測自動化設(shè)計[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2017，44（03）：11-12.