基于物联网模式的智能大坝安全监测预警系统研究

郭婷婷 南京河海南自水电自动化有限公司

基于物联网模式的智能大坝安全监测预警系统研究

郭婷婷 南京河海南自水电自动化有限公司

本文介绍了一种基于互联网远程管理的大坝强震动安全监测与预警系统，该系统包括：大坝强震监测设备、接收大坝强震监测数据的采集服务器、远程管理服务器。

物联网 智能 大坝安全 监测预警

1 引言

我国现有大型水库（库容大于1.0亿/m3）420余座，中型水库（库容1.0～0.1亿/m3）2700多座，小型水库（库容0.1～0.0001亿/m3）84000余座。这些水库大坝特别是建于西部强震区的高坝大库，时刻面临着强震的潜在威胁。因此基于大坝抗震减灾目的，保障大坝震后安全、减少和避免水库大坝的次生水灾，亟需一种能够大坝强震动监测与快速处理分析紧密结合，震后能对大坝震后安全进行判断和报警的大坝强震动安全监测系统。

2 技术原理

大坝强震动监测系统是通过布置在大坝关键部位的拾震器（加速度传感器）实时监测大坝各个位置的震/振动响应的动态监测系统，当大坝遭遇地震、爆破时产生较大震/振动时，可以记录大坝的强震动响应。

通过大坝的强震加速度响应可以校验和复核大坝结构的抗震设计，提升人们对大坝结构在实际地震特别是强震下非线性响应规律的认识，推动大坝抗震技术发展。

大坝由震害到溃决有个发展过程，如果及时采取有效的工程应急措施，可以尽可能避免水库大坝溃坝、大大减轻或避免大坝地震次生水灾，保障大坝下游城市人民的生命和财产安全。

3 技术方案

（1）大坝强震监测设备，包括多个拾振器（加速度传感器）、一台或多台多通道动态数据采集仪。拾振器安装于关乎大坝结构安全的多个关键测点部位。多通道动态数据采集仪同步采集多个拾振器的信号。

（2）采集服务器上运行大坝强震监测系统软件（包括：大坝强震采集软件、大坝强震分析软件、大坝强震安全评估软件）、设备端管理系统软件和大坝安全监测系统的接口软件。

（3）采集：采集服务器上安装的大坝强震采集软件，可以进行设备参数设置、实时显示各通道波形数据，能够采集大坝强震动响应数据。强震触发方式采用多通道联合触发采集以及多种强震触发判断方式，可以有效避免强震误触发采集，可以保证系统无人值守、自动监测。可以将定时采集和强震触发采集结合，在不影响自动采集的基础上定时采集大坝脉动数据用来定期分析大坝日常特性变化作为大坝健康诊断依据之一。

（4）分析：采集服务器上安装的大坝强震分析软件，可以分析大坝强震数据，快速形成大坝强震动响应报表和大坝强震响应信息文件；可以进行强震动波形回放显示、分析处理和打印输出。

（5）评估：采集服务器上安装的大坝强震安全评估软件，可以对大坝强震动数据进行大坝安全评价指标分析，分析安全指数、震害危险指数，归纳震害等级，判断分析大坝震时安全状态、形成大坝强震安全评估警报信息文件。

（6）预警：采集服务器上安装的设备端管理系统软件，可以对远程管理命令进行接收和执行，可以对大坝强震响应信息进行自动化数据库管理，可以向远程管理端服务器发送大坝强震安全评估警报信息。

（7）上传：采集服务器上安装的大坝安全监测系统软件接口，可以将大坝强震安全评估警报信息按特定的数据格式进行包装后发送给大坝安全监测系统，通知大坝安全监测系统进行大坝变形、渗流量等参数加密监测，从而实现大坝动态监测与静态监测有机结合，对震后大坝安全进行全面的监测和评估，更好地保障大坝震后安全。

（8）远程管理：服务器上运行远程管理系统软件，可以对大坝强震监测系统进行远程管理，包括：远程开启与关闭强震动监测系统、远程系统参数设置、远程在线示波和采集、远程采集设备状态查询、远程数据库查询与管理。管理部门当警报接收后可以根据警报内容对流域内各个大坝的震情进行判断，根据震情，决策部门可以及时有效地统筹制定区域减灾应急措施。

4 小结

（1）震后可以对大坝强震动安全进行快速分析和判断，为大坝震后的防震减灾快速提供技术支持。本系统可以对大坝强震数据进行快速分析处理，判断分析大坝震时安全状态、形成大坝强震安全评估警报信息文件，发送警报信息进行大坝的强震安全预警。

（2）统筹管理流/区域内大坝强震监测系统。本系统对远程管理服务器进行设置后，远程管理系统可以自动接收流/区域内多个不同大坝强震台站在强震后通过网络发送过来的警报信息，因此一个远程管理中心的远程管理系统可以同时获知流域内不同大坝的震情信息。管理部门当警报接收后可以根据警报内容对流/区域内各个大坝的震情进行判断，根据震情，决策部门可以及时有效地统筹制定区域减灾应急措施。

（3）动静结合，更好地评估大坝的强震安全状态。本系统通过数据接口与大坝安全监测系统（静态监测）相结合，在强震发生后，本系统快速对大坝强震进行安全判断评估后，发送特定格式的强震评估信息给大坝安全监测系统，及时通知大坝自动化安全监测系统进行加密监测，通过对大坝变形、渗流量等参数的加密监测，从而更好的分析判断大坝震后安全。

[1]王在艾.大坝安全监测自动化现状及发展趋势[J].湖南水利水电,2016,(06):77-81.

[2]王军.水库大坝安全监测系统的设计与实现[D].中山大学,2013.

[3]李韦璇.大坝安全监测及远程控制系统的设计与实现[D].燕山大学,2015.