水利工程中安全监测自动化系统的应用研究

王振华

（中交四航局第二工程有限公司，广东广州 510230）

水利工程实际运行过程中，工程的安全运行受多种因素影响，主要包含水库大坝、输水渠道、水工建筑物等因素。随着安全监测自动化系统在水利工程中被推广与应用，安全监测自动化系统在实践工作中得到不断优化与完善，实现了复杂工程的安全监测，对大坝、渠道、建筑物等进行自动监测。与传统的人工监测相比，安全监测自动化系统在工作效率方面得到全面提升，借助计算机技术可以实现对水利工程的实时监测，数据信息的分析、整合更准确，可以精准、高效地对水利工程的安全性进行评判[1]。加强水利工程中安全监测自动化系统的具体应用研究具有重要意义。

1 工程概况

邱庄水库安全监测项目满足“无人值班，少人值守”运行管理需要，以自动化观测为主、人工校测为辅、安全可靠为原则。项目主要涉及新设监测仪器设施、原有监测仪器设施改造以及监测自动化。工程包含监测频次试验，通过接入自动化内观测点，自动化安装调试完成后按1 次/d的频率进行观测，汛期或特殊情况时应加密观测。本工程项目对水利工程中安全监测自动化系统的应用研究具有一定参考价值。

2 水利工程安全监测自动化系统测点选择

2.1 邱庄水库安全监测系统现状

受水库建库历史条件及运行管理期间经济技术条件限制，水库大坝安全监测项目有水平位移、沉降、绕渗、坝体水位、混凝土防渗墙应变以及温度等监测设施，溢洪道有沉降及接缝开合度测点等观测设施。监测仪器设施安装时间较早，存在观测设施老化失修、部分观测设施无法正常观测情况，人工观测监测工作量大。

（1）大坝水平位移及沉降观测水平位移观测及沉降测点共18个，均为一体化测点，状况完好。

（2）大坝绕渗或坝体水位观测有测压管81套，其中30套测压管内部有水，可以进行正常绕渗或坝体水位观测。

（3）原防渗墙施工时墙体布设48支应变计、6套无应力计，目前有33支应变计、5套无应力计可正常进行观测。

（4）原防渗墙施工时墙体布设9支温度计进行防渗墙温度观测，目前有5支温度计可以正常进行观测。

（5）原溢洪道布设8个垂直位移测点，目前均可以正常施测。

（6）原溢洪道布设12套3向测缝计进行接缝开合度观测，目前有8套可以正常进行数据采集。

2.2 测点的选择

安全监测自动化系统的测点选择过程中，必须考虑实现监测与满足实际使用需求两个方面的因素。目前，水利工程中安全监测自动化系统的测点选择有两种较为科学的方案。

（1）将变形监测仪器与渗流监测仪器安装在自动化系统中，可以更直观地呈现测点的数量、监测重要部分，实现规模化控制。应用这种方案时，不用设置过多测点，只需要将测点设置在自动化系统重点部分，可以使测点更具针对性，满足检测的实际要求，降低监测成本的支出，保证检测的效率与稳定性。这种方案也存在弊端，自动化系统的实际运行过程中，相关技术工作者承着担巨大的工作任务，需要人工将相应的检测数据录入系统，繁重的工作负担会影响监测数据的准确性。

（2）将所有不受干扰、可实现监测功能的仪器接入自动化系统中。这种方案需要设置较大数量的监测点，可以实现监测效率、速度的全面提升，降低工作人员的工作量，提升测量数据的准确度。但自动化系统需要投入大量的成本，实际监测工作相对复杂，该方案的应用范围存在局限性。

3 安全监测自动化系统的主要功能

以实际工程为实例，安全监测自动化系统拟设一个现场中心控制室，管理各个测量控制单元（MCU）以及所联监测仪器，控制测站内联网传感器自动采集、及时处理数据，对大坝的安全状况进行评估。

（1）监测功能。

①采集各类传感器数据。

②设置每支传感器的警戒值，超过警戒值时自动报警。

（2）显示功能。

可以显示本工程的各种状态，如建筑物总貌、监测系统及分项目盖康、监控图、过程变化曲线等。

（3）操作功能。

①对监控主机或工作站进行监视操作，记录与评估相关情况。

②根据程序与工作状况发出不同提示音进行提示。

③运行并管理整个系统。

④在配置、测试、维护方面对系统进行修改。

（4）数据通信功能。

在现场级与管理级方面实现数据通信。

（5）综合信息管理功能。

可以执行在线监测并对所得数据进行处理，管理数据库及图文资料，离线状态下进行分析与安全评估。

（6）系统自检和报警功能。

自检系统便于维修，根据自检结果可以自动在管理主机上显示故障部位及类型；系统发生故障时，报警系统可以在屏幕显示文字或以声音提示实现示警。

（7）远程操作功能。

主要针对部分权限用户，采集数据的方式主要包括选点测量、巡回测量、定时检测等。

4 安全监测自动化系统数据传输方案

4.1 安全监测自动化系统信息接口、分布以及特征

水利工程中安全监测自动化系统的应用时，必须认真、详细地分析工程的实际情况和特点。通过分析工程的形势确定监测点的具体分布情况，科学完成网络接口的规划，为系统的稳定运行提供重要的前提保障条件。水利工程中，安全监测自动化系统的网络信息接口一般设置于通风口或排水通道的内部。

4.2 网络信息的介质选择

目前，水利工程安全监测自动化系统中网络信息的介质主要有光缆、电话线、双绞线等。在系统的应用过程中，介质的选择必须考虑系统的运行环境、介质的特点，保证所选的网络信息介质满足系统应用与运行的实际需求。

（1）电话线。

电话线具有极强的抗干扰能力，且具有数据传输速度高、信号传输稳定等优势。但电话线存在局限性，如果远距离传输势必会影响数据与信号的准确性，在实际应用过程中需要与其他设备配合使用，才能满足系统的应用需求。

（2）同轴电缆。

同轴电缆结构如图1所示。

图1 同轴电缆结构

同轴电缆在传输速度、抗干扰能力、数据与信号的准确性方面有绝对优势，但是前期工作资金投入较大，使同轴电缆的应用范围受到一定限制。

（3）光缆。

光缆的优势主要表现为抗干扰能力较强，应用距离、应用范围较广，在数据与信号传输方面具有优异的表现，具有经济性，被广泛应用于水利工程安全监测自动化系统。

（4）双绞线。

与电话线、同轴电缆相比，双绞线在前期工作中不用投入大量资金，在传输速度、数据与信号的准确性方面具有极佳的表现。双绞线应用于远距离的数据与信号传输情况时，必须在合理的位置设置中继器，保证数据与信号的传输速度与准确性。

双绞线结构如图2所示。

图2 双绞线结构

4.3 水利工程中安全监测自动化系统的具体应用

结合工程案例的实际情况，对通信方式、网络信息传输介质等方面进行对比选择，提出该水利工程项目中安全监测自动化系统的具体应用。

工程项目所处地区环境较为复杂，考虑项目实际情况，建议自动化系统的网络信息介质选择光缆，具有较高的性价比。为了保证安全监测自动化系统的稳定性与可靠性，需要选择双绞线为分支传输介质，保证实际运行过程中的环网或支线断开等情况均不会影响系统以及网络的正常运行。这种应用方案可以保证数据与信号的传输速度以及准确性，满足数据与信号的传输，满足图片数据的传输。本方案网络结构实现最优化，在前期的资金、材料投入方面较少，支线接入方式较为灵活，满足安全监测自动化系统的运行、更新以及升级要求。

5 安全监测自动化系统软件管理与控制

系统软件是水利工程中安全监测自动化系统的重要组成部分，自动化系统功能需要在系统软件管理与控制的基础上实现。

系统软件具有较为完善的检查功能，在系统的实际运行过程中可以及时收集、分析以及存储数据，对安全监测自动化系统进行实时管理。水利工程管理人员在日常管理、维护工作中，可以随时从系统软件中调取相关数据信息，通过对数据信息的分析，准确判断系统的稳定性与安全性。水利工程的安全监测自动化系统具体应用过程中，应当重视系统软件的管理与控制，保证系统能够顺利、稳定、安全地完成相关安全监测工作。

6 结语

新时代背景下，为了满足人们的生活需求与社会经济建设需求，水利工程项目的数量以及建设规模逐年递增。需要注重水利工程中安全监测自动化系统的具体应用研究，不断优化与完善相关应用方案，为安全监测自动化系统的推广与应用奠定良好的基础，对于提升水利工程安全性、保证水利工程发挥其价值具有重要意义。