安全生產(chǎn)_大壩安全數(shù)據(jù)管理技術教材

大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 蘇懷智工作單位 河海大學水利水電工程學院聯(lián)系方式 025 83786957 O Mail su huaizhi 內(nèi)容提要 第一部分概述第二部分數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第三部分大壩安全管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第四部分工程應用 第一部分概述 水資源概況大壩安全問題及保障理念大壩安全數(shù)據(jù)管理 一 水資源概況 世界水資源淡水資源危機為世界第二大環(huán)境問題 19世紀爭煤 20世紀爭石油 21世紀爭水 一 水資源概況 中國水資源江河眾多 水資源總量大 人均少 時空分布不均 可用于發(fā)電的水能資源豐富 目標 水資源綜合利用 保障國家公共安全 實現(xiàn)水資源綜合利用的有效途徑 修建水庫大壩 最大限度變水患為水利 造福中華民族 一 水資源概況 我國水利工程建設成就古代水利工程建設成就輝煌都江堰 靈渠建國后 水利工程建設迅速發(fā)展水庫大壩數(shù)量最多的國家水電裝機容量居世界第二水電建設技術已具世界水平 二 大壩安全問題及保障理念 大壩安全問題大量病險工程的存在 超大規(guī)模的高壩大庫建設 工程教訓 法國馬爾帕賽壩壩基滑移意大利瓦依昂水庫滑坡事件中國 溝后 板橋 二 大壩安全問題及保障理念 大壩安全保障理念的轉變大壩工程全生命過程的健康 追求工程結構物的可檢性 可修性 可換性 可強性 可控性及可持續(xù)性的綜合目標 大壩安全已成為一個交叉性很強的應用基礎性研究領域 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 目的和意義安全數(shù)據(jù)量大 繁雜 采集 處理和分析的工作量很大 管理人員很難進行及時的處理 解決手段 應用先進的人工智能以及計算機技術 建立大壩安全數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 大壩安全數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 依據(jù)有關大壩安全法規(guī) 設計規(guī)范和國內(nèi)外在這一領域內(nèi)的其它先進科技成果 結合具體工程 及時整理和分析有關資料 將定量分析和定性分析結合起來 對大壩安全狀況進行綜合評價和輔助決策 實現(xiàn)實時分析大壩安全狀態(tài) 綜合評價大壩安全狀況等目標 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 意義 保障工程安全 指導施工 驗證設計 反饋設計 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 功能信息管理與初分析 工程檔案 大壩安全監(jiān)測資料等 進行數(shù)據(jù)轉換 存儲和處理 分析評價 輔助決策 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 對象 大壩安全監(jiān)測資料確定性 量化 信息 變形 滲流 應力 水文及水力學 地震不確定性 模糊 信息 現(xiàn)場巡查 巡視檢查 現(xiàn)場檢測 1 現(xiàn)場巡查 巡視檢查 2 現(xiàn)場檢測 日常檢查年度檢查特別檢查 時間 路線和檢查程序 汛期檢查 特大洪水 地震 安全事故檢查 方法 錘 釬 鋼尺 放大鏡 望遠鏡 量杯 石蕊紙 回彈儀 照相機 錄像機 閉路電路 潛水員等 采用無損探測方法 包括高壓探地雷達 電磁剖面儀 電阻率像傷儀 紅外溫度探測儀 超聲檢測儀 水聲探測儀 水下電視探測儀 潛水器 潛水船等 三 大壩安全數(shù)據(jù)管理 大壩安全數(shù)據(jù)管理技術發(fā)展人工管理 信息管理系統(tǒng)分析評價系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)專家系統(tǒng) 計算機管理 專家系統(tǒng)的體系結構模型 專家系統(tǒng)的體系結構模型 國外大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 法國和意大利其他發(fā)達國家美國西班牙葡萄牙 國外大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 法國 大壩監(jiān)測處理系統(tǒng)管理150多個大壩較大型的大壩群安全監(jiān)測系統(tǒng) 意大利 國際領先地位20世紀80年代初 MAMS20世紀90年代 INDACO MISTRAL DAMSAFE大壩群安全監(jiān)控系統(tǒng) 國外大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 MAMS 混凝土壩微機輔助監(jiān)測系統(tǒng) 數(shù)據(jù)自動采集和在線監(jiān)控 INDACO 模塊化的自動化采集系統(tǒng) 采集數(shù)據(jù) 在線檢驗和超限報警 繪制過程線 數(shù)據(jù)記錄存貯 數(shù)據(jù)通信 監(jiān)測網(wǎng)的遠程操作和維護等 國外大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 MISTRAL 專門處理自動化監(jiān)測超界值的專家系統(tǒng) 可提供大壩性態(tài)的在線解釋 DAMSAFE 結構綜合安全管理的決策支持系統(tǒng) 人工智能 互聯(lián)網(wǎng) 使多個專家通過共享它們的知識及數(shù)據(jù)資源來合作管理大壩的安全 大壩群安全監(jiān)控系統(tǒng) 國外大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 美國 Tolt大壩的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)西班牙 Guadalquivir流域的大壩群安全監(jiān)控系統(tǒng)葡萄牙 大壩安全自動化監(jiān)測和遠程傳輸系統(tǒng) 國內(nèi)大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 安全監(jiān)測工作始于20世紀50年代 80年代 監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化采集 監(jiān)測信息處理系統(tǒng) 20世紀80年代 基于微機的大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理程序 對數(shù)據(jù)進行存儲 管理 制作圖表及相關統(tǒng)計分析 在線監(jiān)測 離線分析等 國內(nèi)大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 20世紀90年代 大壩安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng) 河海大學 大壩安全綜合評價專家系統(tǒng) 在線安全監(jiān)控及反饋分析系統(tǒng) 大壩群安全監(jiān)測系統(tǒng) 南京水利科學研究院 土石壩安全管理系統(tǒng) 國內(nèi)大壩安全數(shù)據(jù)管理技術 南京水文自動化研究所 DG型分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) MDAP監(jiān)測資料分析處理系統(tǒng) DSIM大壩安全信息管理系統(tǒng) 南京南瑞集團 DAMS 型分布式監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及DSIMS大壩安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng) 北京水利科學研究院 小浪底水利樞紐工程安全監(jiān)測系統(tǒng) 存在的問題和發(fā)展趨勢 存在的問題 缺乏科學的測點管理 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫體系 及時高效的數(shù)據(jù)傳輸功能 深度可視化的數(shù)據(jù)挖掘方法 完善的異常報警體系 嚴密的軟硬件系統(tǒng)安全策略以及 傻瓜化 的操作平臺和人性化的界面設計風格 缺乏整個水利樞紐和流域群壩管理 發(fā)展趨勢 智能化可視化交互性網(wǎng)絡化集成化 第二部分數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 基本概念數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構和組成數(shù)據(jù)庫設計Office工具在大壩安全數(shù)據(jù)管理中的應用 一 基本概念 數(shù)據(jù) Data 數(shù)據(jù)庫 DataBase DB 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DataBaseManagementSystem DBMS 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) DataBaseSystem 數(shù)據(jù) Data 對事實 概念或指令的一種特殊表達形式 用人工的方式或者用自動化的裝置進行通訊 翻譯 轉化或者加工處理 信息 數(shù)據(jù)庫 DataBase DB 存放數(shù)據(jù)的倉庫 是長期存儲在計算機內(nèi)的 有組織的 可共享的數(shù)據(jù)集合 按一定的數(shù)據(jù)模型組織 描述 儲存 具有較小的冗余度 較高的數(shù)據(jù)獨立性 能被各種用戶所共享 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DataBaseManagementSystem DBMS 定義 科學地組織和存儲數(shù)據(jù) 高效地獲取和維護數(shù)據(jù)的一個系統(tǒng)軟件 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) DataBaseManagementSystem DBMS 主要功能 數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)庫的運行管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立和維護 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) DataBaseSystem 定義 在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng) 基本組成 由數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 及其開發(fā)工具 應用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員和用戶 及操作系統(tǒng) 構成 二 數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展 人工管理階段 20世紀50年代中期以前 文件系統(tǒng)階段 20世紀50年代后期到60年代中期 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 20世界60年代后期以來 人工管理階段 20世紀50年代中期以前 特點 數(shù)據(jù)不保存 應用程序管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)不共享 數(shù)據(jù)不具有獨立性 文件系統(tǒng)階段 20世紀50年代后期到60年代中期 特點 數(shù)據(jù)可以長期保存 用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)共享性差 冗余度大 數(shù)據(jù)獨立性差 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 20世界60年代后期以來 標志著數(shù)據(jù)管理技術的飛躍特點 數(shù)據(jù)結構化 數(shù)據(jù)的共享性高 冗余度低 易擴充 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制 數(shù)據(jù)結構化 數(shù)據(jù)庫與文件系統(tǒng)的根本區(qū)別 數(shù)據(jù)的共享性高 冗余度低 易擴充 數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng) 節(jié)約存儲空間 避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大 數(shù)據(jù)獨立性高 較高的物理獨立性一定的邏輯獨立性 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制 數(shù)據(jù)的安全性保護數(shù)據(jù)的完整性檢查并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫恢復 三 數(shù)據(jù)模型 DataModel 數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的 定義 現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象 是對現(xiàn)實世界中數(shù)據(jù)的模擬 三 數(shù)據(jù)模型 DataModel 要求 能比較真實地模擬現(xiàn)實世界 容易為人們所理解 便于在計算機上實現(xiàn) 類型 概念數(shù)據(jù)模型 邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型的組成要素和分類 組成要素 數(shù)據(jù)結構 所研究的對象類型的集合 數(shù)據(jù)操作 對象 型 的實例 值 允許執(zhí)行的操作的集合 數(shù)據(jù)的約束條件 數(shù)據(jù)模型的組成要素和分類 分類 概念數(shù)據(jù)模型 按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模 邏輯數(shù)據(jù)模型 按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模 物理數(shù)據(jù)模型 反映數(shù)據(jù)的存儲結構 概念數(shù)據(jù)模型 基本概念 實體 Entity 實體集 EntitySet 屬性 Attribute 域 Domain 聯(lián)系 Relationship 實體 Entity 客觀存在并可相互區(qū)別的事物 實體集 EntitySet 具有共同特征和性質的實體的集合 屬性 Attribute 實體所具有的某一特性 域 Domain 屬性的取值范圍 聯(lián)系 Relationship 概念數(shù)據(jù)模型 表示方法 實體 聯(lián)系方法 Entity RelationshipApproach 圖例 監(jiān)測系統(tǒng) 的概念模型 監(jiān)測系統(tǒng) 的概念模型 工程檔案 的概念模型 邏輯數(shù)據(jù)模型 以一定的方式存儲于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中 是DBMS中的存儲模型 類型 層次模型 HierarchicalModel 網(wǎng)狀模型 NetworkModel 關系模型 RelationalModel 面向對象模型 ObjectOrientedModel 關系數(shù)據(jù)模型 關系數(shù)據(jù)模型 關系 Relation 表 元組 Tuple 行屬性 Attribute 列 主碼 Key 唯一確定一個元組的某個屬性組 域 Domain 屬性的取值范圍 分量 元組中的一個屬性值 關系模式 關系名 屬性1 屬性2 屬性n 四 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構和組成 一 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度 三級模式結構 從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度 集中式結構 分布式結構 客戶 服務器結構和并行結構 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式 數(shù)據(jù)模型 型 和 值 模式 Schema 是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述 模式是相對穩(wěn)定的 實例是相對變動的 三級模式結構 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構 模式 Schema 數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述 是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖 外模式 ExternalSchema 數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述 內(nèi)模式 InternalSchema 數(shù)據(jù)物理結構和存儲方式的描述 是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式 二 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 及其開發(fā)工具 應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員和用戶 硬件平臺 要求 要有足夠的內(nèi)存 有足夠大的磁盤等直接存取設備 要求系統(tǒng)有較高的通道能力 軟件平臺 包括 DBMS OS 高級語言及其編譯系統(tǒng) 以DBMS為核心的應用開發(fā)工具 應用系統(tǒng) 人員 包括 數(shù)據(jù)庫管理員系統(tǒng)分析員數(shù)據(jù)庫設計人員應用程序員最終用戶 數(shù)據(jù)庫管理員 DataBaseAdministrator DBA 職責 決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結構 決定數(shù)據(jù)庫的存儲結構和存取策略 定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束 監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行 數(shù)據(jù)庫的改進和重組重構 系統(tǒng)分析員 職責 負責應用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明 確定系統(tǒng)的硬件軟件配置 參與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概要設計 數(shù)據(jù)庫設計人員 負責數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定 數(shù)據(jù)庫各級模式的設計 應用程序員 負責設計和編寫應用系統(tǒng)的程序模塊 并進行調(diào)試和安裝 最終用戶 EndUser 通過應用系統(tǒng)的用戶接口使用數(shù)據(jù)庫 接口方式瀏覽器菜單驅動表格操作圖形顯示報表書寫等 最終用戶 EndUser 偶然用戶 高級管理人員 簡單用戶 多數(shù)最終用戶 復雜用戶 具有較高科學技術背景的人員 五 數(shù)據(jù)庫設計 數(shù)據(jù)庫設計概述定義 對于一個給定的應用環(huán)境 構造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式 建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng) 使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù) 滿足各種用戶的應用需求 信息需求和處理需求 五 數(shù)據(jù)庫設計 特點 技術與管理的結合 數(shù)據(jù)庫設計和應用系統(tǒng)設計相結合 三分技術 七分管理 十二分基礎數(shù)據(jù) 五 數(shù)據(jù)庫設計 方法手工試湊法規(guī)范設計法 如基于E R模型 數(shù)據(jù)庫設計工具Design2000 ORACLE公司PowerDesigner SYBASE公司 基本步驟 需求分析概念結構設計邏輯結構設計數(shù)據(jù)庫物理設計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護 需求分析 需求分析的任務 了解情況明確功能考慮擴充和改變調(diào)查的重點 數(shù)據(jù) 和 處理 具體需求 信息要求 處理要求 安全性與完整性要求 需求分析 調(diào)查用戶需求的具體步驟 調(diào)查組織機構情況 調(diào)查各部門的業(yè)務活動情況 對新系統(tǒng)的各種要求 確定新系統(tǒng)的邊界 需求分析 常用的調(diào)查方法 跟班作業(yè)開調(diào)查會請專人介紹詢問設計調(diào)查表查閱記錄 六 Office工具在大壩安全數(shù)據(jù)管理中的應用 Access創(chuàng)建表的方式 利用向導創(chuàng)建表 利用輸入數(shù)據(jù)創(chuàng)建表 使用設計器創(chuàng)建表 創(chuàng)建報表的方式 自動報表和報表向導 Excel 說明電子表格系統(tǒng) 電子表格軟件功能的方便性 操作的簡易性 系統(tǒng)的智能性都進入了一個新的境界 具有強有力的圖表 圖表功能 也有豐富的宏命令和件數(shù)以及支持Internet網(wǎng)絡的開發(fā)功能 Excel 運算符算術運算符比較運算符文本運算符引用運算符圖表功能 Excel2000在大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)管理中的應用 存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)編輯監(jiān)測數(shù)據(jù) 增 刪 改 監(jiān)測數(shù)據(jù)整編檔案管理監(jiān)測數(shù)據(jù)特征值統(tǒng)計制作報表繪制過程線 繪制相關圖輸出數(shù)據(jù)管理成果 第三部分大壩安全管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 系統(tǒng)目標管理 各類監(jiān)測資料 設計 施工資料 分析方法 專家知識與經(jīng)驗等 分析 對建筑物運行狀況和安全性態(tài)進行實時分析和評價 輔助決策 對異?；虿话踩Y狀進行分類分級報警 提出輔助決策建議 遵循的原則 先進性可靠性通用性可擴充性易操作性經(jīng)濟性 系統(tǒng)組成 用戶分類 主管領導系統(tǒng)管理員大壩安全專家安全監(jiān)測分析工程師安全監(jiān)測技術員 功能需求 信息管理功能 信息錄入 對監(jiān)測信息進行有序的存放和管理 對象 人工 半自動化 自動化三種手段采集到的監(jiān)測資料 操作 錄入 瀏覽 查詢 圖形顯示 刪除 修改以及存儲打印功能 信息轉換 由模擬數(shù)值量轉換為具有工程意義的物理量 文檔管理 信息初分析 信息輸出 分析評價功能 由6個子系統(tǒng)組成 資料評價檢查分析觀測故障檢查物理成因分析綜合分析評價報警 資料評價 時空分布力學規(guī)律監(jiān)控模型監(jiān)控指標日常巡查關鍵問題 檢查分析 同類監(jiān)測量相關監(jiān)測量環(huán)境量混合檢查分析觀測故障檢查 觀測