大壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化存在的問(wèn)題與展望探討

劉春慶 王杰

【摘要】隨著水利工程建設(shè)的快速發(fā)展，水庫(kù)工程建設(shè)規(guī)模逐漸加大，大壩安全監(jiān)測(cè)工作越來(lái)越重要，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多，測(cè)量工作量加大，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式難以滿(mǎn)足安全監(jiān)測(cè)工作需要，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速分析，因此，迫切需要實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】大壩;監(jiān)測(cè)自動(dòng)化;問(wèn)題;展望

引言

20世紀(jì)60年代，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研制大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化設(shè)備，如意大利結(jié)構(gòu)與模型試驗(yàn)研究所（ISMES）研制的微機(jī)輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MAMS）、美國(guó)CampbellScientific 的CR-10 系統(tǒng)等。我國(guó)于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工作，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)逐步成熟，并建立了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，涉及大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T22385-2008），水利行業(yè)規(guī)范有《大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》（SL268-2001）和《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL601-2013）等。

1 自動(dòng)化的定義

自動(dòng)化（Automation）是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程）在沒(méi)有人或較少人的直接參與下，按照要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的過(guò)程。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化是采用傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)軟硬件等儀器設(shè)備，在無(wú)人或少人參與情況下，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)信息自動(dòng)化采集和分析，為水庫(kù)安全管理提供決策依據(jù)的過(guò)程。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的目的

通過(guò)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)信息化和大壩安全快速分析，降低大壩安全監(jiān)測(cè)工作成本，提高信息交流效率，便于開(kāi)展遠(yuǎn)程咨詢(xún)和專(zhuān)家會(huì)商，為水庫(kù)安全運(yùn)行管理提供技術(shù)保障。

3 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的功能

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集裝置具有巡測(cè)、選測(cè)和定時(shí)測(cè)量功能。

3.1.1 巡測(cè)

數(shù)據(jù)采集裝置在接收到監(jiān)控計(jì)算機(jī)巡測(cè)指令后，對(duì)所有傳感器進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

3.1.2 選測(cè)

數(shù)據(jù)采集裝置在接收到監(jiān)控計(jì)算機(jī)測(cè)量某個(gè)傳感器指令后，對(duì)指定傳感器進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控計(jì)算機(jī).

3.1.3 定時(shí)測(cè)量

數(shù)據(jù)采集裝置根據(jù)設(shè)定的開(kāi)始時(shí)間和時(shí)間間隔計(jì)算測(cè)量時(shí)間，一旦達(dá)到測(cè)量時(shí)間，數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所有傳感器進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果保存至數(shù)據(jù)采集裝置的內(nèi)存中，等待監(jiān)控計(jì)算機(jī)上線后取數(shù).

3.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程通信

監(jiān)控計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集裝置之間能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控計(jì)算機(jī)可向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送指令，數(shù)據(jù)采集裝置可向監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送指令執(zhí)行情況和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程信息管理計(jì)算機(jī)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，遠(yuǎn)程信息管理計(jì)算機(jī)可獲取監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)也可獲取遠(yuǎn)程信息管理計(jì)算機(jī)上分析結(jié)果和監(jiān)控指標(biāo)等。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份

數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)量后，測(cè)量數(shù)據(jù)能夠保存在數(shù)據(jù)采集裝置中，在發(fā)送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)后或接收到刪除指令后，才會(huì)刪除數(shù)據(jù)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)在接收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期備份。

3.4 掉電保護(hù)

數(shù)據(jù)采集裝置在外部供電中斷后，仍能運(yùn)行幾天時(shí)間，并能接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)指令進(jìn)行測(cè)量。監(jiān)控計(jì)算機(jī)在外部供電突然中斷后，仍能運(yùn)行一段時(shí)間，以便保存數(shù)據(jù)和關(guān)機(jī)，避免數(shù)據(jù)丟失和計(jì)算機(jī)損壞，特別是避免因突然斷電造成計(jì)算機(jī)硬盤(pán)損壞。

3.5 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

監(jiān)控計(jì)算機(jī)或信息管理計(jì)算機(jī)如與局域網(wǎng)或公網(wǎng)互聯(lián)，需安裝硬件防火墻或網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)軟件，如采用網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)軟件需要定期升級(jí)。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集軟件和信息管理軟件能對(duì)用戶(hù)進(jìn)行驗(yàn)證，防止非法用戶(hù)訪問(wèn)，避免不當(dāng)操作造成數(shù)據(jù)丟失。

3.6 自檢、自診斷

數(shù)據(jù)采集裝置在開(kāi)機(jī)或接到自檢指令時(shí)，能進(jìn)行自檢、自診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)。自檢內(nèi)容包括數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)部溫度、工作電壓、充電電壓、采集模塊數(shù)量、采集模塊類(lèi)型等。

3.7 防雷及抗干擾

監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)具有避雷措施。觀測(cè)房和中心控制站等建筑物要安裝避雷針或避雷帶，避免設(shè)備遭受雷擊。所有由室外引入室內(nèi)、與設(shè)備鏈接的線纜均要接入避雷設(shè)備，避免設(shè)備遭受感應(yīng)雷擊。其中電源線應(yīng)采用多級(jí)防雷措施。數(shù)據(jù)采集裝置還應(yīng)具有抗電磁干擾能力，避免測(cè)量時(shí)因電磁波干擾造成測(cè)量數(shù)據(jù)不正確。

3.8 數(shù)據(jù)異常報(bào)警

當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)異常時(shí)，數(shù)據(jù)采集裝置或數(shù)據(jù)采集軟件能夠以文字、語(yǔ)音或光電等方式報(bào)警。數(shù)據(jù)異常情況包括測(cè)量數(shù)據(jù)缺失、超過(guò)儀器量程、數(shù)據(jù)變幅過(guò)大、超過(guò)工程安全允許值等。

3.9 信息管理

監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)除了具有數(shù)據(jù)采集功能，還應(yīng)具有信息管理功能。信息管理軟件能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)信息有效處理和管理，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改等操作，特別是能夠錄入人工測(cè)量數(shù)據(jù);具有打印報(bào)表、繪制圖形等資料整編功能;具有特征值統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)模型建立等資料分析功能。

4大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的作用與意義

4.1 實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)信息化管理

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，各級(jí)水行政主管部門(mén)、水庫(kù)上級(jí)主管部門(mén)和水庫(kù)管理單位逐步實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理信息化和辦公自動(dòng)化。如果大壩安全監(jiān)測(cè)仍采用人工監(jiān)測(cè)和手工錄入數(shù)據(jù)方式，將嚴(yán)重影響安全監(jiān)測(cè)工作效率和安全監(jiān)測(cè)信息共享。大壩安全監(jiān)測(cè)信息直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)，采用信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)信息化，提高水庫(kù)安全管理水平。各級(jí)水庫(kù)管理人員通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r(shí)獲取大壩安全監(jiān)測(cè)信息，及時(shí)掌握大壩安全現(xiàn)狀。

4.2 實(shí)現(xiàn)大壩安全快速分析

大壩安全監(jiān)測(cè)的目的是及時(shí)掌握大壩安全現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。要掌握大壩安全現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)需及時(shí)對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，而大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速分析依賴(lài)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性。由于大壩安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，監(jiān)測(cè)部位交通不便，人工采集工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)，難以達(dá)到監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性。而大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠按規(guī)范要求實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

人工采集數(shù)據(jù)時(shí)，在測(cè)量和數(shù)據(jù)錄入過(guò)程中，會(huì)由于操作人員的疏忽而產(chǎn)生人為誤差。而且受天氣、交通、制度、責(zé)任心等諸多主客觀因素影響，人工采集很難保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。而大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)可24 h全天候不間斷工作，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。擁有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，大壩安全信息化管理系統(tǒng)可采用大壩安全分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速分析，使缺少技術(shù)管理人員的水庫(kù)基層單位也能及時(shí)掌握大壩安全現(xiàn)狀。

4.3 降低大壩安全監(jiān)測(cè)工作成本

大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化緩慢，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集不一定需要連續(xù)進(jìn)行，兩次監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔可以較長(zhǎng)，但每隔一次監(jiān)測(cè)工作應(yīng)盡可能地同步完成，這給檢測(cè)技術(shù)人員的配置帶來(lái)了一定困難。如果監(jiān)測(cè)人員安排較多，工作量不飽滿(mǎn)，導(dǎo)致水庫(kù)運(yùn)行管理成本上升;如果監(jiān)測(cè)人員安排較少，在汛期或發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，難以快速完成整個(gè)監(jiān)測(cè)工作，影響水庫(kù)安全運(yùn)行管理決策工作。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠快速完成大壩安全監(jiān)測(cè)工作，不僅提高工作效率，還減少工作人員，降低工作成本。

4.4 提高信息交流效率，便于開(kāi)展遠(yuǎn)程咨詢(xún)

由于水庫(kù)基層管理單位技術(shù)人員較少，缺少大壩安全方面的專(zhuān)家，在發(fā)現(xiàn)大壩安全隱患或發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，往往需要上級(jí)管理部門(mén)或大壩安全管理技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家提供遠(yuǎn)程咨詢(xún)或?qū)＜視?huì)商。大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)將大壩安全監(jiān)測(cè)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)已結(jié)構(gòu)化，有利于各方專(zhuān)家進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息交流，提高信息交流效率，便于遠(yuǎn)程咨詢(xún)和專(zhuān)家會(huì)商。

5結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，中國(guó)大壩的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化工藝已具有明顯的進(jìn)步，不過(guò)還存有一些不足之處。安全監(jiān)測(cè)工藝行業(yè)技術(shù)工作人員應(yīng)當(dāng)依照現(xiàn)狀，來(lái)對(duì)其中所存有的技術(shù)方面漏洞進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，來(lái)使得全部安全監(jiān)測(cè)體系穩(wěn)定性得到提升，使得安全監(jiān)測(cè)設(shè)備規(guī)范化得到提升，來(lái)設(shè)計(jì)得到自動(dòng)化程度更高的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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