淺談大壩安全監(jiān)測自動化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王麗蕊

摘 ? 要：大壩安全監(jiān)測對工程項目運行的穩(wěn)定性與安全性發(fā)揮著重要的作用。通過分析大壩工程安全監(jiān)測自動化控制現(xiàn)狀，預(yù)測未來大壩安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢，有助于提升大壩運行管理水平，提升安全監(jiān)測工作的準(zhǔn)確度與高效性，從而保障工程的安全運行。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測;自動化控制;物聯(lián)網(wǎng);智能化

1 ?引言

截止至2019年底，我國已成為世界上大壩最多的國家，大壩在我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著不可替代的作用，在社會生活也起著非常重要的作用。因此如何更好的運營管理水利設(shè)施顯得愈來愈重要，大壩的安全管理是水利設(shè)施運行管理重中之重，而通過安全自動化監(jiān)測技術(shù)能大幅提升大壩運行管理水平。

2 ?大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展意義

大壩安全監(jiān)測的功能實現(xiàn)自動化的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，自動化技術(shù)運用到大壩安全監(jiān)測中，有助于更快速、更精確地檢驗大壩設(shè)計的合理性，提高其設(shè)計技術(shù)水平與科學(xué)性。

第二，安全監(jiān)測自動化有助于改善施工質(zhì)量，改進(jìn)施工技術(shù)，借助自動化技術(shù)的便利條件，節(jié)省建設(shè)、運行過程中的成本，減少人力物力的損耗同時加快施工進(jìn)度，并為其提供科學(xué)保障。

第三，自動監(jiān)測技術(shù)有助于保證大壩的高效、安全運用，并提升其運營管理水平，在監(jiān)測過程中借助自動化技術(shù)滿足現(xiàn)代大壩的高精度、長期性、穩(wěn)定性等一系列要求。

3 ?大壩安全監(jiān)測自動化體系內(nèi)容

通常我們將大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)分為如下幾個層級：

第一層級：觀測傳感器，它一般布置在壩體、壩基和主要建筑物的特定位置上，用于反映大壩和壩基工作狀態(tài)和環(huán)境影響因素的變化量。觀測傳感器種類很多，一般常用的有壓力傳感器、測縫傳感器、液位傳感器、應(yīng)變傳感器、溫度傳感器等。

第二層級：通常安裝在觀測傳感器附近的測量集線箱，主要用于采集傳感器輸出的模擬量信號并將該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過有線總線方式傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)內(nèi)。

第三層級：中央控制系統(tǒng)，它是以大容量計算機(jī)為基礎(chǔ)，專用的監(jiān)測軟件和數(shù)據(jù)處理軟件為核心的系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：第一，實時顯示觀測值;第二，對異常的觀測測值進(jìn)行分級報警;第三，將觀測值存入數(shù)據(jù)庫，并能從數(shù)據(jù)庫調(diào)出某個時間段的觀測值;第四，對采集的各種傳感器的數(shù)據(jù)變化量，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)對比，相關(guān)性分析;第五，對觀測傳感器進(jìn)行檢查，顯示故障位置。

除了三個主要層級外還有其他用于通訊的設(shè)備，主要有不間斷電源、通訊電纜、供電電纜、光纖等。

4 ?大壩安全監(jiān)測發(fā)展趨勢

現(xiàn)在是科技發(fā)展迅猛的時代，物聯(lián)網(wǎng)，無線技術(shù)（GPRS），人工智能，機(jī)器人等各種技術(shù)的發(fā)展是日新月異。在大壩安全監(jiān)測的領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)、無線技術(shù)（GPRS）、人工智能、機(jī)器人等各種技術(shù)也在部分地方得到實驗使用。從而使大壩安全監(jiān)測過程中以自動化取代人工操作，化繁為簡，節(jié)省財力勞動力的同時，提升監(jiān)測工作的準(zhǔn)確度。

4.1 ?無線技術(shù)（GPRS）

傳統(tǒng)方式，集線箱是通過有線的方式將信號給中央控制系統(tǒng)。有線系統(tǒng)與無線技術(shù)組成傳輸系統(tǒng)相比，存在造價高、施工量大、維護(hù)困難、易受干擾雷擊的問題。而采用無線傳輸系統(tǒng)，在施工時將大大節(jié)約安裝材料，降低了施工費用，縮短了施工周期，據(jù)估算造價可能只有原系統(tǒng)造價的30%。同時在運營管理系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠性上大大提高，維護(hù)費用大幅降低。其主要設(shè)備運行原理是通過相關(guān)傳輸設(shè)備向無線網(wǎng)絡(luò)管理器傳輸數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無線技術(shù)傳輸。該項技術(shù)在山西武鄉(xiāng)關(guān)河水庫也開始試用。

4.2 ?物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)模式的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的，構(gòu)建一個覆蓋區(qū)域/流域的水利信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一個區(qū)域/流域的各個大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)并入省級中心數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了區(qū)域/流域水庫大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控及信息的互聯(lián)與共享。在湖南省大壩安全監(jiān)測中采用物聯(lián)網(wǎng)模式的水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用開始進(jìn)行初步實驗。

4.3 ?人工智能

人工智能技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)大壩安全智能決策支持系統(tǒng)提供可能，中央控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)從單一的安全數(shù)據(jù)監(jiān)測，到安全分析與評價，再到智能決策支持過程，形成一個完整的大壩安全監(jiān)測與監(jiān)控體系。灰色系統(tǒng)理論、過程突變理論、應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、結(jié)合模糊集和可能性理論等技術(shù)已廣泛用于決策支持系統(tǒng)，同樣也能為建立了大壩安全決策支持系統(tǒng)提供了可能。

4.4 ?機(jī)器人

結(jié)合水聲技術(shù)、攝像技術(shù)、聲納技術(shù)、定位技術(shù)的水下機(jī)器人已經(jīng)開始使用。水下機(jī)器人方便讓專業(yè)人員快速有效地對大壩水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)測，便捷的查明水下工程結(jié)構(gòu)的安全隱患程度大小及其所在位置，對大壩安全日常管理和大壩除險加固設(shè)計非常有益。

由水下潛器、控制操作臺、定位系統(tǒng)和圖像聲納系統(tǒng)等構(gòu)成水下機(jī)器人。其中圖像系統(tǒng)由前后視兩臺彩色攝像頭組成。操作人員通過控制操作臺對水下潛器進(jìn)行便捷控制從而實現(xiàn)機(jī)器人移動、相關(guān)機(jī)械動作和攝像頭角度調(diào)整及聚焦，拍攝的圖像經(jīng)專用傳輸通道實時的傳輸?shù)斤@示器上。

經(jīng)使用監(jiān)測發(fā)現(xiàn)水下機(jī)器人具有下潛深度大，行進(jìn)速度快，監(jiān)測效率高，水下攝像頭分辨率高，可以清晰顯示大壩水下病變破損現(xiàn)象同時對缺陷位置部位進(jìn)行記錄。水下機(jī)器人可能存在部分的局限性，但是隨著技術(shù)的發(fā)展將會得到改進(jìn)，將會是未來大壩安全水下監(jiān)測的一個主力軍。水下機(jī)器人現(xiàn)已在浙江省的永康楊溪溪水庫、金華安地水庫等地使用，得到一致好評。

4.5 ?新型傳感器技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的監(jiān)測傳感器易受到電磁等因素的干擾，穩(wěn)定性差智能化程度比較低無法滿足現(xiàn)代大壩的高精度、長期性、穩(wěn)定性的要求。

光纖傳感器以光波作為信號的載體的技術(shù)得到了發(fā)展。因光波具有波粒二象性，該特性使得光纖傳感器在復(fù)合材料、土木工程、航空航天、船舶工業(yè)、等行業(yè)廣泛應(yīng)用。在大壩安全監(jiān)測行業(yè)，光纖傳感器這種智能監(jiān)測傳感器也大有用武之地。

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，光纖傳感器技術(shù)已三峽大壩中用于溫度裂縫的監(jiān)測，在茜坑水庫土壩用于滲流的監(jiān)測。因光纖材料特性能夠滿足現(xiàn)代大壩的高精度、長期性、穩(wěn)定性的要求，它必將成為今后一段時間內(nèi)大壩安全監(jiān)測中傳感器的主要研究發(fā)展方向。

5 ?結(jié)束語

本文分析了大壩工程安全監(jiān)測自動化技術(shù)的內(nèi)容與發(fā)展的重要意義，同時對未來大壩安全監(jiān)測自動化的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。大壩的安全監(jiān)測自動化控制水平隨著科技新技術(shù)的應(yīng)用必將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、可靠性、穩(wěn)定性方面的發(fā)展，在一定程度上節(jié)省人力物力，提升監(jiān)測的精準(zhǔn)度。使大壩安全監(jiān)測工作能夠在高效率下實現(xiàn)其真正目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李國斌，常春波.基于無線傳感網(wǎng)的水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國防汛抗旱，2014（2）：312～314.

[2] 張開玉.淺談水利水電工程中的大壩工程安全監(jiān)測控制[J].地下水，2019（3）：58～59.