水利工程中安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

湯壽江

（山東省煙臺市福山區(qū)門樓水庫管理中心，山東煙臺 265507）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，現(xiàn)階段我國在開展水利工程運行管理的過程中，已經(jīng)開始對安全監(jiān)測自動系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，不僅能夠?qū)椖拷ㄔO(shè)的進(jìn)度和整體過程情況進(jìn)行充分的掌握，同時還能向管理人員及時反饋具體的施工問題，在推動水利項目建設(shè)運行順利進(jìn)行的同時，保證水利工程建設(shè)和使用的整體安全性。

1 工程概況

門樓水庫主要位于大沽夾河西支流內(nèi)夾河下游，北緯37°24′，東經(jīng)121°12′。距下游的福山城區(qū)距離約11 km，控制流域面積1079 km2。內(nèi)夾河發(fā)源于棲霞市城南小靈山一帶，流經(jīng)蓬萊市、棲霞市和福山區(qū)，全長為65 km，干流平均坡度0.00178。流域平均長度52 km、平均寬度25.8 km。地貌為低山丘陵區(qū)，其中丘陵占20%，山區(qū)面積占80%。地勢為西南高、東北低，沿河兩岸存在少量的沖積平原。流域內(nèi)多為砂石山，并且植被較為豐富。

2 監(jiān)測設(shè)施的現(xiàn)狀分析

主壩壩頂長長1 440 m，壩軸線為折線型，轉(zhuǎn)折樁號約1+075。鑒于樁號1+075～1+440段坐落于左岸山體中，需要進(jìn)行現(xiàn)有壩體的加高和修整工作。由于受到地形條件的影響，就加大了整體的工作難度，可能無法對表面的變形進(jìn)行及時的觀測。主壩樁號0+000～1+000段為主河槽段，是主壩表面變形觀測的重點壩段。主壩表面需要設(shè)置44個變形標(biāo)點，豎向位移與水平位移需共同使用一個混凝土觀測墩。

需要采用視準(zhǔn)線法進(jìn)行橫向水平位移的觀測，因此在主壩每縱排變形標(biāo)點延長線兩側(cè)就需要各布置一個工作基點和校核基點；另外由于視準(zhǔn)線長超過1 000 m，無法實現(xiàn)一次觀測，雖然利用了全站儀進(jìn)行觀測，卻也無法保證觀測質(zhì)量。因此，就需要將樁號0+289、0+510、0+740斷面表面標(biāo)點作為轉(zhuǎn)換工作基點。

采用水準(zhǔn)法進(jìn)行豎向位移的觀測，在右壩頭的四個工作基點墩左側(cè)進(jìn)行起測水準(zhǔn)基點的設(shè)置，對各排水準(zhǔn)標(biāo)點的豎向位移展開分別觀測。

采用C20混凝土來完成變形標(biāo)點墩的現(xiàn)澆工作，具體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。工作基點和校核工作基點墩結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 變形觀測標(biāo)點結(jié)構(gòu)

圖2 變形觀測基點結(jié)構(gòu)

3 安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 科學(xué)選擇自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)測點

在選取安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)測點的過程中，必須要對自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行充分的考慮，與此同時還需要重視安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的使用規(guī)模。通常情況下，進(jìn)行自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)測點方案的選擇主要有以下兩種方式：①將自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)必須要涉及到的變形監(jiān)測儀器以及滲流監(jiān)測儀器接入到自動化系統(tǒng)內(nèi)部，②需要將不會受到水利工程施工影響的儀器接入到自動化系統(tǒng)內(nèi)部，并且除了滲流監(jiān)測儀器和測縫計之外，還需要對壩基揚壓力監(jiān)測儀器進(jìn)行重視，確保在上述儀器的共同作用下，形成科學(xué)的自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2 對于接入自動監(jiān)測系統(tǒng)測點的合理性

（1）需要能夠?qū)y點數(shù)目以及項目的關(guān)鍵部位進(jìn)行充分的展示，這種方式可以對自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模的合理性進(jìn)行有效控制。在對這一方案進(jìn)行使用的過程中，不需要進(jìn)行過多測點數(shù)量的設(shè)置，只需要保證測點設(shè)置在系統(tǒng)的關(guān)鍵位置，全面提升測點的針對性，同國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，保障測點布置的科學(xué)性。在對這一方式進(jìn)行運用開展安全監(jiān)測工作的前期不需要投入過多的人力和物力，并且監(jiān)測工作穩(wěn)定性較強(qiáng)，監(jiān)測效率較高。但是這一方式也存在一定的局限性，需要進(jìn)行較多的測量工作，不僅數(shù)據(jù)錄入工作量較大，同時也加大了工作人員的工作壓力和心理負(fù)擔(dān)，因此，就可能對數(shù)據(jù)測量工作的整體準(zhǔn)確率產(chǎn)生不利的影響。

（2）在開展監(jiān)測工作的過程中，需要做好眾多監(jiān)測點的設(shè)置工作，推動測量工作的有序進(jìn)行。對多點監(jiān)測不僅能夠有效減少測量人員的工作壓力和整體任務(wù)量，同時還能提升測量工作的精準(zhǔn)度。這一方案也存在一定的弊端，在測量工作前期，需要大量的人力資源和物力資源投入，一旦企業(yè)出現(xiàn)了資金困難，將會直接影響到整體的施工效果，嚴(yán)重的還會造成過多的負(fù)面影響。

3.3 積極開展數(shù)據(jù)采集單元的比較和選擇工作

對監(jiān)測項目自動化系統(tǒng)進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，早期為集中形式的自動監(jiān)測系統(tǒng)，在經(jīng)過不斷變革的過程中，已經(jīng)形成了分布形式的自動監(jiān)測系統(tǒng)。對于集中式自動監(jiān)測系統(tǒng)來講，在使用的過程中會涉及到眾多的模擬信號，因此就會產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲問題。另外，集中自動化監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精準(zhǔn)度較差，信號傳輸距離較遠(yuǎn)，直接對該種模式監(jiān)測系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用產(chǎn)生了阻礙。在經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)變后，分布式自動監(jiān)測系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)字信號的傳輸，并且實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)采集單元的直接輸入，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和轉(zhuǎn)換的目的。分布式自動安全監(jiān)測系統(tǒng)還可以進(jìn)行自主更新，確保系統(tǒng)在運行的過程中可以利用節(jié)點來實現(xiàn)驅(qū)動的目的。

在進(jìn)行集中自動監(jiān)測系統(tǒng)和分布自動監(jiān)測系統(tǒng)對比的過程中發(fā)現(xiàn)，集中自動安全監(jiān)測系統(tǒng)運行效率較低，穩(wěn)定性較差，分布自動安全監(jiān)測系統(tǒng)運行速度較快，并且穩(wěn)定性較好。通常情況下，自動監(jiān)測系統(tǒng)需要進(jìn)行眾多測點的設(shè)置工作，測量總線的長度較長，分布自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)可以滿足此項要求，因此應(yīng)用更加廣泛。根據(jù)具體情況對自動安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行合理的選用，并且還需要對數(shù)據(jù)采集單元的選擇工作進(jìn)行重視，需要對以下幾方面問題進(jìn)行考慮：①必須要確保系統(tǒng)在避雷方面的作用和效果能夠與系統(tǒng)的環(huán)境應(yīng)用水平相吻合，滿足系統(tǒng)在自行診斷方面的功能需求。②需要對系統(tǒng)運行過程中的開放性和可靠性進(jìn)行保證，提升結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此說，為了降低安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)故障問題的影響，就必須要對其質(zhì)量進(jìn)行保障。

3.4 選擇自動安全監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方案

（1）相關(guān)工作人員需要做好網(wǎng)絡(luò)信息接口分布特點的全方位調(diào)查和掌握工作，不僅能夠?qū)唧w監(jiān)測點的分布狀況和具體建設(shè)形式進(jìn)行充分的掌握，同時還可以了解網(wǎng)絡(luò)接口的規(guī)劃情況。通常情況下，工作人員除了可以將接口設(shè)置在排水通道外側(cè)，同時也可以將接口設(shè)置在通風(fēng)口的內(nèi)部。

（2）需要對網(wǎng)絡(luò)信息相關(guān)介質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的比較和選擇。對于數(shù)據(jù)采集單元，常用的介質(zhì)不僅包括了電話線和同軸電纜，同時還包括了光纜與雙絞線。在進(jìn)行通信介質(zhì)選取的過程中，應(yīng)了解所選取介質(zhì)的特征，確保所選用的介質(zhì)能夠滿足系統(tǒng)各個方面的應(yīng)用需求。對電話線進(jìn)行運用，不僅具有抗干擾的優(yōu)勢，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，信號的傳輸速度和數(shù)據(jù)的傳輸速度都比較高，但是電話線的信息傳輸準(zhǔn)確程度有限，通常在選擇電話線介質(zhì)后，應(yīng)當(dāng)與其他設(shè)備進(jìn)行配合使用，無形中增加了介質(zhì)的應(yīng)用成本。同軸電纜不僅傳輸速度較快，抗干擾能力較強(qiáng)，并且準(zhǔn)確度較高，但是在對同軸電纜進(jìn)行運用的過程中必須要投入大量資金的投入，因此如果企業(yè)資金成本無法保證，就會降低這一介質(zhì)的應(yīng)用效果。光纜具有抗干擾水平高的特點，在進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸和信號傳輸?shù)倪^程中。優(yōu)勢較強(qiáng)，不需要過早進(jìn)行大量資金的投入。應(yīng)用雙絞線，資金要求較低，并且這一介質(zhì)傳輸速度快，準(zhǔn)確性高，但是如果企業(yè)需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)和信息傳輸，就需要做好中繼器的設(shè)置工作。同時，在5G 網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的過程中，相關(guān)水利部門內(nèi)部需要對指定的語言傳輸系統(tǒng)進(jìn)行運用，在此前提下部門之間可以實現(xiàn)及時的溝通和交流，免受時間和空間的限制。

（3）科學(xué)開展網(wǎng)絡(luò)方案的選擇。在結(jié)束網(wǎng)絡(luò)信息相關(guān)介質(zhì)選擇和比較工作以后，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行最佳網(wǎng)絡(luò)方案的選取，對多方面的因素進(jìn)行綜合考慮，保障組合方案的有效性。如果水利工程所處地理位置存在一定的復(fù)雜性，在進(jìn)行自動化安全監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，就需要全面考慮水利工程項目的復(fù)雜程度，如將光纜作為傳輸介質(zhì)，將雙絞線作為分支傳輸介質(zhì)，利用總線來實現(xiàn)介質(zhì)單元的控制，并將總線與光端機(jī)相連接。這一方式能夠有效提升系統(tǒng)運行過程中的可靠性，并且在環(huán)網(wǎng)問題和支線斷開問題出現(xiàn)的過程中也不會對網(wǎng)絡(luò)運行產(chǎn)生影響。這一方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單，所使用材料復(fù)雜性較低，不僅具有良好的輸出表現(xiàn)，同時靈活性和實用性較強(qiáng)。對這一施工方案進(jìn)行運用，在提升數(shù)據(jù)傳輸效率的同時，還能實現(xiàn)圖片的傳輸，保障信息傳輸質(zhì)量。支線接法的靈活性較強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)增加支線數(shù)量。在具體布設(shè)的過程中，需要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行具體工作的開展。

4 結(jié)束語

在城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快、人們生活水平不斷提升的過程中，對于水資源的需求量也在不斷的加大，積極開展水利工程項目的建設(shè)已經(jīng)成為推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。這一過程中應(yīng)用安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，不僅能夠提升整體的建設(shè)效果，同時還能夠延長水利項目的使用壽命，創(chuàng)造更大的工程價值，已經(jīng)成為眾多水利工作人員需要重點使用和關(guān)注的技術(shù)措施，必將推動我國水利事業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。