大坝安全监测自动化发展应用研究

大坝安全监测自动化发展应用研究

杜启雄

国投甘肃小三峡发电有限公司 甘肃兰州市 730050

摘要：大坝不仅可以防灾减灾，而且可以提供重要的水电资源，是我国发展的重要工程。目前，随着社会科学技术的发展，以及自然环境的日益严峻，配备早期大坝的监测系统已不能满足当前大坝综合功能监测的需要。虽然我国科技发展水平处于世界前列，但先进的科学技术还没有完全应用到大坝监测系统建设中。建国初期建成的水电站大坝安全监测系统尚未实现全自动化，无法对大坝周边环境进行全面监测。监测结果比较广泛，监测数据利用范围较窄。为大坝管理者提供实时、稳定、准确的原型观测数据是大坝系统安全管理的基础。大坝安全至关重要。一旦出现安全问题，将造成巨大损失，甚至危及人民生命财产安全。

关键词：大坝安全监测；自动化系统；改造

我国从上世纪70年代开始着手构建大坝安全监测自动化体系，在各种先进技术的支持下，目前大坝安全监测自动化系统已经初具规模。但是客观而言，目前采用的大坝安全监测自动化系统仍有较大的改进空间，比如数据采集传输效率、监测稳定性等。应积极推动大坝安全监测自动化发展，为大坝工程建设活动构建一道安全屏障。

一、大坝安全监测自动化发展现状

采用自动化技术对水利水电大坝工程进行安全监测，能够及时采集大坝相关数据，并通过采用高效的数据分析和处理方法，获得较为全面的监测数据结果，为相关工程决策活动提供依据。经过几十年的建设发展，我国在大坝安全监测自动化体系的建设过程中已经取得了许多重要成果，目前基本具备综合监测能力，能够对大坝运行状态进行动态掌控。这对于大坝工程的建设发展具有重要意义，只有确保大坝安全监测工作的有效开展，才能最大化的发挥大坝工程价值，保障人民群众生命财产安全。此外，通过开展水文环境监测等工作，也有利于提高大坝建设环保效益，降低对自然环境的影响和破坏。

二、常见的大坝变形监测自动化技术

2.1全站仪变形监测

全站仪变形监测主要是利用全站仪设备、控制中心以及棱镜组等组成，相比较传统的变形监测方式，全站仪的具有成本低、操作简便、测量结果准确等优势，缺点是监测时间较长且容易受到恶劣环境的影响。在实际应用过程中，为了实现全站仪的自动化变形监测，大多是利用机器人来完成，首先利用机器人对目标进行自主收集，避免人为操作存在的计算偏差。在此过程中测量机器人通过对目标大坝进行数据测量，掌握大坝的变形情况，然后将采集到的数据传输到控制中心，进行分析，最终获得大坝的变形数据，实现了整个大坝变形的自动化监测。

2.2三维激光扫描监测

所谓三维激光扫描监测技术，就是通过对大坝进行三维激光扫描，获得大坝的相关点云数据，然后利用DEM软件、TIM软件对获得数据进行分析，并构建相关的数据模型，最后基于数据模型完成对大坝变形实时状态的监测。在大坝变形监测过程中，运用三维激光扫描监测技术，可以显著的提高变形监测的效率和精度，且无需与大坝实体进行接触就可以完成监测任务，提高了变形监测的安全性。同时所获得的大坝相关监测数据，无需人工进行计算和分析，利用计算机就可以完成点云数据的处理以及三维建模，整个过程实现了自动化处理。缺点是模型所需的数据量较高，不适用于大范围的大坝监测。

2.3GPS监测自动化技术

对于一些复杂地质环境的水利大坝工程，利用GPS技术，就可以对目标的变形监测点进行实时监测，不会受到通视条件的干扰。GPS技术本身集成了自动化监测、通讯技术以及计算机等技术。在大坝变形监测中具有以下应用优势：

2.3.1不仅可以完成对大坝工程大范围的变形监测，而且监测所得到的数据精准度较高，满足了大坝变形监测的要求。

2.3.2相比较传统的大坝变形监测自动化技术，GPS技术的操作便利，且不会受到天气的影响，可以全天候、不间断的对大坝进行监测，所获得变形数据时效性更强。（3）利用GPS技术所采集的数据可以借助计算机来完成计算分析，监测数据的准确性更高。同时在测量过程中，无需确保各测量点之间的通视性，降低了大坝变形监测的成本支出。

2.4光纤变形监测自动化技术

所谓光纤变形监测自动化技术，就是利用光参数的变化，来对大坝的变形情况进行检测。作为监测技术的核心部件，光纤本身不仅起到感应的作用，而且还能完成数据信息的传输，可以完成对大坝的分布式变形监测测量。该种监测技术抗干扰能力更强、测量精度高，被广泛的应用于各种工程检测当中，具有良好的发展前景。

三、大坝安全监测自动化发展应用

3.1传感器智能化

智能仪器是自带微型计算机或者微型处理器的测量传感器，仪器自身具有数据存储、数据传输、逻辑运算判断及自动化操作等功能。随着人工智能技术和电池技术的迅猛发展，逐步具备自检、自校、自诊断功能、物理量直接展示、结果数字化输出、无线传输和人机交互等功能特性。

3.2接口的标准化和即插即用

国内外多个监测仪器生产厂家的仪器设备，由于各家接口和系统不通用、需要专业安装调试队伍等问题严重阻碍了大坝安全监测自动化的推广，为此需要研究通用的通讯协议数据库接口、通讯接口、传感器接口和电源接口标准，建立健全相应的技术规程规范，从而方便各个系统设备、模块之间的集成。

3.3远程操作与实时诊断

因基层维护管理人员技术知识和素养较低，实现大坝安全监测系统远程实时诊断，为运行维护人员提供维护维修信息具有很重要的现实意义。通过有线或无线网络可实现远程控制、参数设置、故障诊断等操作。如利用无线网络技术，只要在手机能上网的地方，通过3G／4G即可以实现远程数据采集、系统维护、软件升级和维护、故障原因和修复方法以及测值成因分析等，同时通过短消息实现大坝安全报警和故障提示，从而极大的方便大坝安全自动监测系统的运行维护。

3.4系统整合

目前许多水电站与水库大坝均安装部署了大坝安全监测、水情测报、闸门监控、视频监控等自动化系统。我们必须依靠科技进步，将以上各系统有机地整合起来，应用优化技术以达到在平常确保大坝安全的前提下，尽量多蓄水、多发电、多供水，从而创造更多的效益；在汛期有较多的防洪库容，又能实时动态地对水库调度进行优化，从而最大限度达到防灾（减灾）和兴利的目的。

3.5大坝群信息系统集成

利用云计算技术集成流域乃至管理单位所属大坝群的信息系统，利用大数据技术收集整合大坝群通过物联网技术连接传感器的相关数据，同时需要用到GIS技术、数据仓库、数据挖掘、远程通讯等技术。通过建立大坝群安全监测海量数据库，集中进行数据处理，利用数据挖掘技术从中发现新的规律，对充分利用数据资源，提高大坝设计、施工和运行维护水平将起到十分重要的作用。安全监测数据采集、分析评价、远程操控等由云平台进行统一管理。水库大坝主管部门和管理单位以政府购买服务的方式向云平台管理单位寻求需求的满足。目前将大坝信息系统进行集成的工作正在展开，如国家能源局杭州大坝中心正将电力系统大坝安全监测数据集中管理，湖南省大坝安全监测中心正将省内部分大中型水库安全监测信息进行集中管理和发布。

结语：

利用GPS、三维激光扫描、全站仪进行大坝变形监测已成为主要发展方向。随着自动化技术的提高，自动监测技术在其他领域得到了广泛的应用。深化安全保障和安全监测技术，为大坝变形检测自动化创造条件，确保大坝安全，是今后发展的重要研究内容。

参考文献：

[1]马杰,张欢.大坝变形监测自动化技术的运用与研究[J].丝路视野,2017,(21):69.