大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)解決方案目錄第1章 概論31.1 系統(tǒng)概覽31.2 歷史回望31.3 現(xiàn)狀分析41.4 目標(biāo)闡述4第2章 總體設(shè)計62.1 設(shè)計原則及依據(jù)62.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)72.3 信息流程102.4 系統(tǒng)組成112.5 系統(tǒng)功能12第3章 信息采集系統(tǒng)143.1 需求分析143.2 技術(shù)解決方案14第4章 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)204.1 測控單元和監(jiān)測中心之間的通信204.2 監(jiān)測中心和監(jiān)測分中心之間的網(wǎng)絡(luò)25第5章 軟件系統(tǒng)275.1 建設(shè)原則275.2 技術(shù)解決方案28第1章 概論1.1 系統(tǒng)概覽大壩作為特殊的建筑，其安全性質(zhì)與房屋等建筑物完全不同，大壩安全出現(xiàn)問題，將會引發(fā)大壩下游一定范圍

2、的人員和財產(chǎn)、環(huán)境損失。在加強(qiáng)水利建設(shè)的大環(huán)境下，提高水工建筑物的安全，特別是提高大壩安全監(jiān)測水平，保證水庫大壩的安全，是關(guān)系到國家利益和社會穩(wěn)定的頭等大事。大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要由觀測傳感器、遙測數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和自動監(jiān)測管理軟件系統(tǒng)組成，通過計算機(jī)的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)大壩觀測數(shù)據(jù)自動采集、處理和分析計算，對大壩的性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級報警為監(jiān)測對象提供早期安全預(yù)警報告的自動化系統(tǒng)。建立大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以縮短數(shù)據(jù)采集周期，提高大壩觀測的工作效率，減輕勞動強(qiáng)度；并能充分利用水庫調(diào)蓄能力，使其在防洪和供水兩方面發(fā)揮最大的效益，同時可提高水庫管理水平，及時發(fā)現(xiàn)大壩隱患，為水庫的

3、安全運行提供有力的保障。1.2 歷史回望大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在西方發(fā)達(dá)國家已有30多年的歷史。如法國要求對高于20的大壩和庫容超過1500萬的水庫，均需設(shè)置報警系統(tǒng)，并提出垮壩后庫水的淹沒范圍、沖擊波到達(dá)時間、淹沒持續(xù)時間和相應(yīng)的居民疏散計劃等。而葡萄牙大壩安全條例（1990）也要求大壩業(yè)主提交有關(guān)潰壩所引起洪水波傳播的研究報告，編制下游預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急計劃和疏散計劃。美國的聯(lián)邦大壩安全導(dǎo)則和加拿大的大壩安全導(dǎo)則都強(qiáng)調(diào)要求采取險情預(yù)計、報警系統(tǒng)、撤退計劃等應(yīng)急措施，以便萬一發(fā)生不測時，將損失減少到最小程度。1976年美國92.96高的堤堂壩（）失事前，大壩管理機(jī)構(gòu)根據(jù)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的事故的發(fā)

4、展?fàn)顩r及時通過下游的行政司法當(dāng)局向可能被淹的群眾發(fā)出警報，有組織地進(jìn)行人員疏散，盡管大壩失事后堤堂河和斯內(nèi)克河下游130km，約780 km2的地區(qū)遭洪水肆虐，造成25000人無家可歸、損失牲畜約萬頭的巨大物質(zhì)損失，但人員死亡只有11人，初步體現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要意義。1.3 現(xiàn)狀分析中國已建成近8.5萬座水庫，數(shù)量居世界首位。但是，由于歷史原因，這些水庫大部分防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，且大都存在不同程度的質(zhì)量問題。一些水庫大壩的病險情況較為嚴(yán)重，影響了水庫綜合效益的發(fā)揮，也嚴(yán)重威脅著人民生命財產(chǎn)安全。為了確保水庫大壩的安全運行，充分發(fā)揮水利工程的預(yù)期效益，對水庫大壩實施安全監(jiān)測和科學(xué)管理，已成為中

5、國各級水行政主管部門所面臨的一個迫切需要解決的重大問題。大壩監(jiān)測自動化經(jīng)歷了從單臺儀器遙測、專用測量裝置、集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展過程，其發(fā)展與基于儀器設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步密切相關(guān)，而監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展是以所有監(jiān)測元件的迅猛發(fā)展為標(biāo)志的，包括從相關(guān)的傳感器、測量儀器到轉(zhuǎn)換、處理、存儲、打印和分析設(shè)備的發(fā)展。目前，全國的大部分的水庫大壩監(jiān)測報手段落后，測驗設(shè)施設(shè)備老化，信息的采集精度低，甚至很多水庫沒有對大壩的監(jiān)測手段。大壩帶病運行，一旦遇大洪水來臨嚴(yán)重威脅大壩及下游人員和財產(chǎn)安全。因此，迫切需要建設(shè)一套自動化程度高、有先進(jìn)的大壩監(jiān)測系統(tǒng)，以提高防洪減災(zāi)能力，保障人民生命財

6、產(chǎn)的安全。1.4 目標(biāo)闡述大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，并且具有涉及信息量大、覆蓋的知識面廣等特點。眾所周知，大壩安全監(jiān)測儀器是人們了解大壩運行狀態(tài)的耳目，它要能夠在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠的檢測出大壩微小的物理量變化，所以在某些方面（如在測量精度、長期穩(wěn)定性方面）與其它工業(yè)監(jiān)測行業(yè)相比，其要求更高、難度更大。從外部觀測的靜力水準(zhǔn)、正倒錘、激光準(zhǔn)直到內(nèi)部觀測的滲壓計、沉降計、測斜儀、土體應(yīng)變計、土壓計，其自動化遙測都是建立在高可靠性的傳感器的基礎(chǔ)上。近年來，隨著大型水壩建筑的增多和高科技的應(yīng)用，大壩安全監(jiān)測正向一體化、自動化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的總的目的是以國

7、家對大壩安全監(jiān)測工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求為依據(jù)，以實時采集監(jiān)測信息并傳輸?shù)酱髩伟踩O(jiān)測中心進(jìn)行分析、處理為目的，將現(xiàn)代化工業(yè)自動化控制、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)和信息分析預(yù)測技術(shù)與大壩安全監(jiān)測業(yè)務(wù)需求緊密結(jié)合，建成一個先進(jìn)實用、高效可靠、自動化程度高的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，達(dá)到監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理標(biāo)準(zhǔn)化、分析科學(xué)化，有效地提高水情信息采集、傳輸、處理、分析、預(yù)報的準(zhǔn)確性、可靠性，更好地為各級大壩管理部門的決策和指揮搶險救災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。第2章 總體設(shè)計2.1 設(shè)計原則及依據(jù)2.1.1 設(shè)計原則1. 實用性適應(yīng)施工期、蓄水期、運行期及已建工程更新改造的不同需

8、要，便于維護(hù)和擴(kuò)充，每次擴(kuò)充時不影響已建系統(tǒng)的正常運行，并能針對工程的實際情況兼容各類傳感器。能在溫度3060、濕度95以上及規(guī)定水壓條件下正常工作，能防雷和抗電磁干擾，系統(tǒng)中各測值宜變換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字量輸出。操作簡單，安裝、埋設(shè)方便，易于維護(hù)。2. 準(zhǔn)確性對于大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)而言，信息的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到?jīng)Q策的成敗。因此該系統(tǒng)在監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理等工作環(huán)節(jié)的設(shè)備選型和技術(shù)處理上要充分考慮誤差控制和誤差處理，確保提高系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確性。3. 可靠性為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，觀測數(shù)據(jù)具有可靠的精度和準(zhǔn)確度。系統(tǒng)設(shè)備能自檢自校及顯示故障診斷結(jié)果并具有斷電保護(hù)功能，同時具有獨立于自動監(jiān)測量儀器的人工

9、觀測接口。4. 先進(jìn)性力求高起點，既滿足現(xiàn)實需求，又適應(yīng)長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，確保系統(tǒng)所采用的技術(shù)與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，并便于系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級和優(yōu)化。5. 開放性堅持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，按開放式系統(tǒng)的要求選擇設(shè)備，組建系統(tǒng)，以利于調(diào)整和擴(kuò)展，便于信息的共享。6. 經(jīng)濟(jì)性系統(tǒng)設(shè)計時堅持經(jīng)濟(jì)性原則，在功能和采集范圍上可多可少，可大可小，以滿足不同投資規(guī)模和不同建設(shè)規(guī)模的需要，在追加投資后系統(tǒng)能方便的擴(kuò)充功能和擴(kuò)大監(jiān)測范圍。系統(tǒng)采用為分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備間連線簡單，施工費用極低。整體優(yōu)化設(shè)計，強(qiáng)化軟件，簡化硬件，降低了設(shè)備造價。2.1.2 設(shè)計依據(jù)混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（DL/

10、T5178-2003）；土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（SL/60-94）；水利水電工程測量規(guī)范（DLJ202-81）；水利水電工程施工測量規(guī)范（SL52-93）；國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（GB50026-93）；國家水電工程測量規(guī)范（DLJ202-81）；水位觀測標(biāo)準(zhǔn)（GBJ138-90）；水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范（SL 47）；砌體工程施工及驗收規(guī)范（GB 50203）；水利水電工程鉆探規(guī)程（DL 5013）；大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（SL268-2001）；土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程（SL169-96）；混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范（SL282-2003）。2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

11、根據(jù)業(yè)務(wù)需求的分析，確定系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由采集層、通信層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層5部分組成。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖2.2.1 采集層采集層是信息來源的基礎(chǔ)，通過不同的監(jiān)測方法和技術(shù)來完成，主要監(jiān)測項目為:1. 變形監(jiān)測變形監(jiān)測包括水平位移（橫向和縱向）、垂直位移（豎向位移）壩體及壩基傾斜、表面接縫和裂縫監(jiān)測。對于土石壩除設(shè)有上述變形（稱之為表面變形）監(jiān)測項目外，還設(shè)有內(nèi)部變形監(jiān)測。內(nèi)部變形包括分層豎向位移、分層水平位移、界面位移及深層應(yīng)變觀測。對于混凝土面板壩還有混凝土面板變形監(jiān)測，具體包括表面位移、撓度、應(yīng)變及接縫開度監(jiān)測。另外岸坡及基巖表面和深層位移監(jiān)測也屬變形監(jiān)測。2

12、. 滲流監(jiān)測混凝土壩滲流監(jiān)測包括壩基和壩體揚壓力、壩基和壩體滲漏量、繞壩滲流和地下水位監(jiān)測。土石壩滲流監(jiān)測包括壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流、滲流量監(jiān)測。3. 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測或壓力（應(yīng)力）監(jiān)測混凝土壩的應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測包括混土的應(yīng)力和應(yīng)變、無應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、鋼板應(yīng)力、壩體和壩基溫度、接縫和裂縫開度監(jiān)測。土石壩的壓力（應(yīng)力）監(jiān)測包括孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力、混凝土面板應(yīng)力監(jiān)測。4. 環(huán)境量監(jiān)測或水文、氣象監(jiān)測大壩所在位置的環(huán)境對大壩和壩基工作性態(tài)有重大影響，需予以監(jiān)測。監(jiān)測項目有大壩上下游水位、水溫、氣溫、庫區(qū)雨量等。以上四大類監(jiān)測項目涉及幾十種物理量的監(jiān)測，每一種物理量監(jiān)

13、測都需要在設(shè)計時布置必要的測點、選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測儀器。監(jiān)測項目的選擇和測點的設(shè)計布置在兩部規(guī)范中按照工程等級、建筑物等級、壩型、壩基和基巖地質(zhì)條件以及大壩設(shè)計施工的特點作了規(guī)定。監(jiān)測項目和測點布置既不能太多，也不太少，力求保持在合理水平，可參照前面述敘的國際上的相應(yīng)指標(biāo)，即監(jiān)測設(shè)施和實施費用相當(dāng)于工程總造價的1%來確定。大中型工程或大壩安全特別重要的小型工程均應(yīng)考慮到現(xiàn)代化管理的需要，即實現(xiàn)主要監(jiān)測項目的自動化。2.2.2 通信層通信層是監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸交流的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)。系統(tǒng)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)可以通過有線數(shù)據(jù)通信（現(xiàn)場總線）或無線數(shù)據(jù)通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，其中有線數(shù)據(jù)通信最遠(yuǎn)距離可以達(dá)到

14、十幾公里，無線數(shù)據(jù)通信距離可以達(dá)到數(shù)十公里。在采用有線數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)和無線數(shù)據(jù)通信混合結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸具有路由自動判斷機(jī)制，可以提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。2.2.3 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要指是監(jiān)測中心或者分中心的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，主要是為應(yīng)用軟件系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)環(huán)境，是日常行政辦公、內(nèi)部信息交流、信息共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。2.2.4 數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層是整個業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)的平臺，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，由多個相對獨立又互有關(guān)系的數(shù)據(jù)庫組成，該數(shù)據(jù)層主要是監(jiān)測數(shù)據(jù)庫部分。主要包括基本數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、空間地理數(shù)據(jù)庫等。2.2.5 應(yīng)用層應(yīng)用層是以大壩安全監(jiān)測管理軟件為核心，主要進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收

15、、檢測、計算處理、存儲、分析、安全評價預(yù)警、統(tǒng)計、整編、查詢等過程。大壩安全監(jiān)測管理軟件包括信息采集處理系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、統(tǒng)計分析預(yù)警系統(tǒng)、WEB查詢系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。2.3 信息流程該系統(tǒng)的總體信息流程如圖2所示。圖2 系統(tǒng)信息流程圖主要的信息流程包括信息采集、信息存儲、信息查詢、信息統(tǒng)計分析預(yù)警、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、信息展示。信息采集：主要對所有接入系統(tǒng)中的各類監(jiān)測儀器進(jìn)行一定方式的自動化測量，采集所測數(shù)據(jù)，并傳送到中央控制裝置集中儲存或處理。 信息存儲：主要通過信息采集系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、校驗、入庫、存儲。信息查詢：主要對入庫的自動化測量數(shù)據(jù)根據(jù)任意時段和各點的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。信息

16、統(tǒng)計分析預(yù)警：主要對根據(jù)采集值和時間為軸，顯示信號的時間變化過程，時間軸可以定義，如秒、分、小時、天；數(shù)據(jù)庫可以隨時調(diào)出查看、編輯、另行存儲。對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析處理、為大壩安全評判和運行管理提供監(jiān)控模型、監(jiān)控數(shù)據(jù)圖表。如自動采集的孔隙水壓力過程線的顯示頁面形式等等。數(shù)據(jù)庫管理：主要對根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)貯、數(shù)據(jù)庫查詢/修改、人工插補(bǔ)等。信息展示：主要對客戶提供報表顯示、圖形形式、電子地圖顯示、報警、視頻圖像等方式展示。2.4 系統(tǒng)組成大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括自動采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器 (大壩的變形、滲流、應(yīng)力

17、應(yīng)變、溫度、降雨、水位、氣溫和地震等)等、測控單元（MCU）上位機(jī)、監(jiān)測中心、監(jiān)測分中心組成，系統(tǒng)組成如圖3所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的測控單元來完成，然后將所測數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)。系統(tǒng)每個觀測現(xiàn)場的測控單元都是多功能智能型儀器，能對各種類型的傳感器進(jìn)行控制測量。圖3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖2.5 系統(tǒng)功能1. 傳感器感應(yīng)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等各種物理量，將模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量等信號輸入到測控單元。傳感器種類可分為：電阻式、電感式、電容式、振弦式、光纖式、調(diào)頻式、壓阻式、變壓器式、電位式等。2. 測控單元根據(jù)確定的觀

18、測參數(shù)、計劃和順序進(jìn)行實際測量、計算和存儲，并有自檢、自動診斷功能和人工觀測接口。根據(jù)確定的記錄條件，將觀測結(jié)果及出錯信息與指定的監(jiān)測中心或其他測控單元進(jìn)行通信。能選配不同的測量模塊或板卡，以實現(xiàn)對各種類型傳感器的信號采集。檢測指點的報警條件，一旦報警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測中心。將所有觀測結(jié)果保存在存儲單元中，直到這些數(shù)據(jù)被監(jiān)測中心準(zhǔn)確接收完。管理電能消耗，在斷電、過電流引起重啟動或正常關(guān)機(jī)時保留所有配置設(shè)定的信息。并具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕環(huán)境。采集系統(tǒng)的運行方式有應(yīng)答式和自報式兩種，必要時也可采用任意控制。3. 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)根據(jù)站點情況采用有線或無線方式。且

19、可以采用兩種通信方式互為備用信道，建立一套雙信道互為備份的通信系統(tǒng)。4. 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要為大壩安全管理軟件系統(tǒng)；可以在監(jiān)測中心、分中心進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理、存貯、分析、預(yù)警等功能。對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行容錯校驗、數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)模型檢查，數(shù)據(jù)存儲、刪除、插入、記錄、顯示、換算、打印、查詢及儀器位置、參數(shù)工作狀態(tài)的顯示，建立、標(biāo)定安全監(jiān)控數(shù)學(xué)模型、并進(jìn)行影響因素分解及綜合性的分析、預(yù)報報警及安全性評價，以滿足對大壩安全監(jiān)測的需要。綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：可以對水文信息建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠基礎(chǔ)。也可以對其它

20、相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入提供接口。第3章 信息采集系統(tǒng)3.1 需求分析信息采集系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等要素自然變化情況，它是一項基礎(chǔ)和前期工作，是大壩安全監(jiān)測的耳目和參謀，是各大壩管理部門做出正確判斷，發(fā)布正確指令的理論依據(jù)。其質(zhì)量和精度將直接影響大壩安全監(jiān)測準(zhǔn)確性，影響決策的科學(xué)性。加強(qiáng)信息采集系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化信息采集工作，提高觀測自動化程度成為當(dāng)務(wù)之急。水情信息采集系統(tǒng)需要完成以下任務(wù)：l 實現(xiàn)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等觀測量數(shù)據(jù)自動采集、存儲，并滿足實時自動傳輸?shù)囊?。l 采用實用的觀測設(shè)備，

21、實現(xiàn)流觀測量數(shù)據(jù)信息的人工及自動觀測相結(jié)合，實現(xiàn)人工采集及輸入及自動計算和實時自動傳輸。l 采集設(shè)備采用先進(jìn)技術(shù)，使觀測信息標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到部頒建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。3.2 技術(shù)解決方案信息采集系統(tǒng)主要是由測控單元（MCU）、監(jiān)測儀器組成。測控單元是分布式系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是一種智能化、模塊化的多功能裝置，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，具有控制、測量、數(shù)據(jù)存儲、防潮、防雷、抗干擾等各種功能，可安裝在監(jiān)測儀器附近，實現(xiàn)監(jiān)測儀器的自動巡測和選測。系統(tǒng)中的測控裝置由通訊總線連接到中央控制裝置或微機(jī)，組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。中央控制裝置或微機(jī)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，可用不同的運行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。1. 測控單元測控單元系統(tǒng)組成如圖4所示。

22、圖4 測控單元系統(tǒng)組成圖l 測控單元的主要技術(shù)指標(biāo)如下時基精度：0.01%，分辯率：0.001us；溫度精度：0.5，分辯率：0.1；測量時間：23s/point；通信接口：EIA-RS485，EIA-RS232，CAN bus；存儲容量：128kB；工作電源：12VDC；充電電源：220VAC/50Hz；功耗：掉電：200uA，休眠：10mA，待機(jī)：20mA，測量300mA；工作溫度：25+60；儲藏溫度：45+70。l 測控單元的主要主要優(yōu)點功能強(qiáng)：測量控制單元（以下簡稱MCU）可支持多達(dá)80個通道空間，多種供電方式、多種通信方式可供選擇，靈活的傳感器接入方式，模塊化的結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的參數(shù)設(shè)置

23、能力，容易安裝調(diào)試。可靠性高、長期穩(wěn)定性好：MCU可以長期在無人值守的情況下可靠工作，按照設(shè)定的工作方式，源源不斷的將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)。容易構(gòu)建系統(tǒng)：系統(tǒng)組網(wǎng)方便，提供了多種通信方式，有RS232、RS485、直接電纜連接和無線通信。測控單元的布置不受環(huán)境限制，系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚　Ｍ唤涌谀K一般都可以接不同類型的儀器，而且開發(fā)了功能集于一體的測量模塊，這為系統(tǒng)中測量少量的但不可缺少的參數(shù)提供了方便，可以減少系統(tǒng)的投資費用。通道配置能力強(qiáng)：接口模塊中的同一個通道，既可以配置為測量振弦式儀器，又可以配置為測量電阻、電壓、電流、頻率、Carlson類型的傳感器，其中ASM模塊的第十

24、個通道還可以配置為脈沖類型的儀器，使儀器的配置提供了極為方便，不會造成資源的浪費，可以減少系統(tǒng)的投資。智能化：系統(tǒng)是一個通用監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，不同的監(jiān)測要求，可以方便的在控制面板或監(jiān)控計算機(jī)上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、修改等各種要求，系統(tǒng)能自主穩(wěn)定的進(jìn)行工作，而不必要針對具體系統(tǒng)改動MCU內(nèi)部監(jiān)控軟件。對采集儀器的配置數(shù)據(jù)，直接下載到MCU中去，而不是存儲在監(jiān)控主機(jī)上。分布式的智能節(jié)點網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)：每個節(jié)點具有智能性，MCU能夠獨立工作，也能夠在多節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中工作，可以脫離網(wǎng)絡(luò)而自主運行，進(jìn)行測量、控制、數(shù)據(jù)處理和通信。具有較好的適應(yīng)性和兼容性：可以應(yīng)用在水利工程各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測；網(wǎng)

25、絡(luò)通信可以采用多種傳輸介質(zhì)；能與國際上著名的土工、大壩和環(huán)境監(jiān)測儀器供應(yīng)商生產(chǎn)的傳感器接口，可直接接入振弦式、差動電阻型、電流型、熱電偶、脈沖型和數(shù)值型傳感器；部件標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性。易于安裝調(diào)試和維護(hù)：機(jī)箱內(nèi)帶有鍵盤和顯示，可以在現(xiàn)場直接配置，調(diào)試，顯示內(nèi)部信息；各個終端有信號燈指示可作為運行診斷，機(jī)箱可迅速打開，檢查各個開關(guān)接線插頭等部件。防雷性能強(qiáng)：系統(tǒng)的電源入口、通信入口和傳感器入口都有很好的防雷措施，可以保證系統(tǒng)能可靠的工作。2. 變形監(jiān)測變形監(jiān)測包括水平位移、豎向位移、撓度、傾斜及接縫和裂縫監(jiān)測，對于土石壩根據(jù)測點布置在壩面或是壩體內(nèi)部分表面變形及內(nèi)部變形監(jiān)測。人工監(jiān)測：水平位移監(jiān)

26、測方法有視準(zhǔn)線（針對直線性壩）、三角網(wǎng)前方交會法等，采用經(jīng)緯儀進(jìn)行監(jiān)測；垂直位移監(jiān)測一般采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測；土石壩內(nèi)部變形可用水管式沉降儀、引張線式水平位移計等進(jìn)行監(jiān)測；裂縫及接縫監(jiān)測一般采用于測縫計（測縫標(biāo)點）監(jiān)測。隨著科技的發(fā)展，變形監(jiān)測已逐步采用自動化，可實現(xiàn)自動化監(jiān)測的有垂線、引張線、靜力水準(zhǔn)、真空激光準(zhǔn)直、TS移計差阻式（振弦式）測縫計等方法。其中引張線主要布置在直線性壩上（或廊道內(nèi)）用于實現(xiàn)壩頂或壩基水平位移監(jiān)測，目前一種采用自動加水裝置的雙向引張線也正在試驗中，引張線法觀測水平位移監(jiān)測自動化必須首先保證引張線安裝，滿足規(guī)范要求，即線體張力和自由度必須得到保證，為此安裝時應(yīng)進(jìn)行精度

27、和復(fù)位試驗，其次就是選擇實用可靠的引張線儀。垂線法是實現(xiàn)壩體水平位移及撓度監(jiān)測自動化的較好方法，垂線有正倒垂之分，其測點的測值都是相對錨固點（或是懸掛點）的相對值，在垂線設(shè)計時首先要使垂線滿足規(guī)范要求，同時要選擇量好的監(jiān)測儀器，同時要注意如下幾點：選用人工觀測設(shè)備時應(yīng)盡量選擇簡單可靠、最好是固定安裝在測點上的設(shè)備，這種設(shè)備免去了每次安裝對中的誤差，也不易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如梅山大壩在垂線測點的X，Y方向各安裝了一臺固定式坐標(biāo)讀數(shù)儀，其測量精度可達(dá)0.2mm以上；讀數(shù)盤瞄準(zhǔn)器也是一種固定式測量裝置，可以達(dá)到0.25mm以上的精度；陳村及紀(jì)村大壩由于采取了相似類型的儀器，加上管理得力，從而使垂線測值的

28、準(zhǔn)確度有了保證。采用攜帶式光學(xué)垂線坐標(biāo)儀時，必須要確保儀器定期檢驗和校準(zhǔn)，以確保在整個測量期間其精度不變，并在每次安裝施測時嚴(yán)格按規(guī)程操作。采用自動化監(jiān)測精度通常都高于人工監(jiān)測，目前各類遙測垂線坐標(biāo)儀的精度均在0.15mm以上。但為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)不致漏失，以及必要時進(jìn)行校測，通常與自動化監(jiān)測設(shè)備并行布置一套人工觀測設(shè)備。裂縫及接縫監(jiān)測主要采用差阻式測縫計實現(xiàn)自動化，由于國內(nèi)南京自動化設(shè)備廠生產(chǎn)的差阻式儀器在防潮、長期穩(wěn)定性、性能價格比等方面具有較一定的優(yōu)勢，因此在國內(nèi)工程中得到廣泛的應(yīng)用。3. 滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要項目，對于混凝土壩，滲流監(jiān)測有：揚壓力（壩體、壩基揚壓力）、滲漏

29、量（包括壩基滲漏量和壩體滲漏量）、繞壩滲流、地下水位、水質(zhì)分析幾個部分。土石壩滲流監(jiān)測項目包括：壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流，滲流量監(jiān)測。滲壓（或浸潤線）觀測可采用測壓管法和埋設(shè)滲壓計法，測壓管法具有可進(jìn)行人工比測、儀器更換方便等優(yōu)點，但是也有容易出現(xiàn)泥沙淤積、孔口破壞和測值滯后等缺點,因此在進(jìn)行具體設(shè)計時要根據(jù)滲流特征和儀器情況進(jìn)行確定。滲流量監(jiān)測一般采用容積法、量水堰法和流速法進(jìn)行測量。容積法主要針對單管滲流量進(jìn)行監(jiān)測（流量小于1L/S）時，當(dāng)流量在1300L/S之間時宜采用量水堰法，當(dāng)流量大于300L/S或受落差限制不能設(shè)量水堰時，可以將漏流水引入排水溝，采用測流速法進(jìn)行測量。目

30、前測水位的儀器較多，通過我們的應(yīng)用經(jīng)驗認(rèn)為，用于滲壓監(jiān)測效果較好的是振弦式儀器。4. 應(yīng)力（壓力）、應(yīng)變及溫度監(jiān)測由于目前的設(shè)計規(guī)范均將強(qiáng)度校檢作為設(shè)計壩體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)之一，而溫度是壩體（特別是在混凝土壩中）應(yīng)力及裂縫產(chǎn)生的重要因素，因此必須注意監(jiān)測，特別是對拉應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力和溫度梯度大地方。應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測目前大多采用差阻式儀器。5. 環(huán)境量（水文氣象）監(jiān)測環(huán)境量是大壩運行性態(tài)發(fā)展的外因，對環(huán)境量（水位、氣溫、雨量等）進(jìn)行監(jiān)測是資料分析的需要，因此必須加以重視。上下游水位是大壩承受的主要荷載，是形成壩體及壩基滲流場的主要原因，因此必須進(jìn)行監(jiān)測。水位測點要布置在水流平穩(wěn)、水面平緩的地方，以確保

31、觀測精度，監(jiān)測儀器有浮子式水位計、壓力式水位計、超聲波水位計等。氣溫及庫水溫是影響壩體溫度場的重要因素，其監(jiān)測測點布置要根據(jù)庫區(qū)氣溫及庫水溫分布特點確定，監(jiān)測儀器對于氣溫可選鉑電阻溫度計，當(dāng)溫度變化不太劇烈時可選用銅電阻溫度計，一般庫水溫監(jiān)測可選用DW-1型銅電阻溫度計。降雨量是影響大壩（特別是土石壩）及壩體周圍滲流場的主要原因之一，降雨還有可能導(dǎo)致壩外測壓管水位升高，同時高強(qiáng)度降雨將會形成地表徑流，破壞壩面結(jié)構(gòu)，造成（土石壩）壩體局部失穩(wěn)，因此必須加以監(jiān)測，降雨量監(jiān)測可選翻斗式雨量計進(jìn)行監(jiān)測。第4章 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)總體設(shè)計：大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)采用兩級傳輸?shù)姆绞剑谝患売蓽y控單元到監(jiān)測中心

32、負(fù)責(zé)采集各監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)，第二級由監(jiān)測分中心及監(jiān)測中心組成的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)測分中心與監(jiān)測中心之間的所有信息共享。4.1 測控單元和監(jiān)測中心之間的通信4.1.1 需求分析l 監(jiān)測中心能夠?qū)崟r接收全部監(jiān)測項目的所有數(shù)據(jù)。l 工作方式：自報、應(yīng)答兩種工作模式。l 能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作。l 通信暢通率應(yīng)98，系統(tǒng)誤碼率小于6 10-5。l 具有可靠的防雷措施。4.1.2 通信方案設(shè)計原則l 可靠性 盡量選擇可靠性高的信道，一般以有線信道為主； 在條件允許的條件下，根據(jù)需要可以設(shè)置相應(yīng)的備用信道。能實現(xiàn)自動切換； 通信系統(tǒng)的誤碼率要符合要求；l 及時性 系統(tǒng)要能按照時間

33、要求完成信息傳遞； 監(jiān)測點太多的情況下，要通過增加通道等技術(shù)手段保證時效性。l 經(jīng)濟(jì)性 要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，包括系統(tǒng)建設(shè)費和運行費； 要綜合分析可用的通信資源，公網(wǎng)系統(tǒng)能夠滿足要求的，盡量利用公網(wǎng)，都能滿足要求的，考慮費用比較低的。l 低功耗 要選用低功耗的通訊方式和通訊設(shè)備； 要選擇合理的通訊方式實現(xiàn)召測。l 先進(jìn)性 要考慮以后業(yè)務(wù)的發(fā)展； 選擇公網(wǎng)信道時，要考慮該信道是否有發(fā)展前景，能否長期使用。4.1.3 技術(shù)解決方案目前根據(jù)大壩安全監(jiān)測的特點選用的通信信道有：電纜通信方式、光纖通信方式、GPRS、CDMA1X、PSTN、衛(wèi)星、超短波等。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，結(jié)合各地地域特性和目前的通信條件

34、，提出以下六種通信系統(tǒng)解決方案供選擇。1. 解決方案一-（電纜通信方式RS485總線）根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離少于1000米時采用敷設(shè)485總線的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖5所示。圖5 RS485總線方式接示意圖l 解決方案特點 采用有線方式電纜連接可靠性高。 信道響應(yīng)速度快，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢通率高。 采用工業(yè)總線傳輸速度和質(zhì)量高，技術(shù)成熟，價格低廉，可實現(xiàn)各種通信工作方式。 信道都屬于雙向信道。可以方便的實施遠(yuǎn)程控制和維護(hù)。l 設(shè)備配置 RS458通信轉(zhuǎn)換模塊。 上位計算機(jī)。2. 解決方案二-（電纜通信方式CAN總線）根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離大于10

35、00米時根據(jù)實際情況采用敷設(shè)CAN總線的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖6所示。圖6 CAN總線結(jié)構(gòu)連接示意圖l 解決方案特點 采用有線方式電纜連接可靠性高。 信道響應(yīng)速度快速率可達(dá)1Mbps，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢通率高。 先進(jìn)的CAN總線技術(shù)提高了監(jiān)測通訊的穩(wěn)定性和可靠性，最長傳輸距離可達(dá)到10公里，符合水庫實情，安裝方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h(yuǎn)程控制和維護(hù)。l 設(shè)備配置 CAN控制器 上位計算機(jī)。3. 解決方案三-（光纖通信方式）根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離大于1000米時根據(jù)實際情況采用敷設(shè)光纖的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖7所示。圖7 光纖通信方式結(jié)構(gòu)連接

36、示意圖l 解決方案特點 采用光纖電纜連接可靠性高，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾和防雷電襲擊能力。 信道響應(yīng)速度快速率可達(dá)100Mbps，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢通率高。 傳輸距離可達(dá)到15公里，符合水庫實情，安裝方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h(yuǎn)程控制和維護(hù)。l 設(shè)備配置 光纖轉(zhuǎn)換器 上位計算機(jī)。4. 解決方案三-（GPRS（CDMA1X）方式）以GPRS（CDMA1X）方式為主信道，配置通信模塊。如圖8所示：圖8 GPRS、CDMA1X方式結(jié)構(gòu)連接示意圖 l 解決方案特點 采用無線方式為通信信道，可靠性高。 GPRS/CDMA1X信道響應(yīng)速度快，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢通率高。 兩

37、種信道都屬于公網(wǎng)，無需考慮中繼，建設(shè)方便。 兩種信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h(yuǎn)程控制和維護(hù)。 在部分地區(qū)，GPRS/CDMA1X網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，因此一定要認(rèn)真進(jìn)行電測。 監(jiān)測中心可以利用別的方式與Internet連接。 如果有更高的要求，可以由運營商提供專用信道，不必經(jīng)過Internet。l 設(shè)備配置 GPRS/CDMA1X通信模塊 GPRS/CDMA1X服務(wù)器（具有真實IP地址） 上位機(jī)5. 解決方案三-（衛(wèi)星方式）以衛(wèi)星（結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)狀，建議選擇北斗衛(wèi)星）方式為通信方式，如圖9所示：圖9 衛(wèi)星方式結(jié)構(gòu)連接示意圖l 解決方案特點 根據(jù)我們的應(yīng)用經(jīng)驗：衛(wèi)星信道響應(yīng)速度快，傳輸時效好，信道穩(wěn)定

38、可靠,暢通率高。 衛(wèi)星信道特別適合于山區(qū)等傳統(tǒng)通訊條件難以達(dá)到的區(qū)域。 北斗衛(wèi)星通信頻率低，氣象條件對通信影響小。 信道都屬于公網(wǎng)，無需考慮中繼，建設(shè)方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h(yuǎn)程控制和維護(hù)。l 設(shè)備配置 衛(wèi)星地面站（含天線） 前置機(jī)第5章 軟件系統(tǒng)5.1 建設(shè)原則l 先進(jìn)性應(yīng)用軟件系統(tǒng)在設(shè)計中采用先進(jìn)的技術(shù)手段、靈活的實現(xiàn)方法和國際流行的設(shè)計思想，保證系統(tǒng)具有很強(qiáng)的生命力，符合當(dāng)前和未來的應(yīng)用需要，使其具有長期的使用價值。在應(yīng)用軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，采用多級結(jié)構(gòu)，分層式處理方式，保證系統(tǒng)整體性能，軟件體系結(jié)構(gòu)清晰。應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用當(dāng)前流行的B/S方式，結(jié)合JAVA技術(shù)，對終端用戶

39、而言，不需安裝任何程序，便可訪問本系統(tǒng)，提供很好的可管理性和可維護(hù)性，并具有很強(qiáng)的可移植性。應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用完善的數(shù)據(jù)庫管理和備份機(jī)制，滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性、可靠性、和一致性的需求。l 擴(kuò)展性系統(tǒng)采用多級分層設(shè)計，每一層均可獨立運行，各層之間采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議連接，遵循標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。當(dāng)需要擴(kuò)展新的功能或與別的系統(tǒng)進(jìn)行連接，只需遵循相應(yīng)層次的接口，就能方便接入本系統(tǒng)，與本系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的新系統(tǒng)。l 開放性系統(tǒng)各層之間均提供開放的接口，支持其它系統(tǒng)的接入和融合。l 可互操作性應(yīng)用系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，凡是支持TCP/IP協(xié)議的各個站點都可以在得到授權(quán)的情況下互相訪問其它站點的

40、資源。l 可伸縮性應(yīng)用系統(tǒng)具有平滑升級和擴(kuò)展能力。各模塊之間相互獨立，在系統(tǒng)升級的過程中，不會造成整個系統(tǒng)的停運；同時由于采用多層的構(gòu)架進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)對某一層次模塊進(jìn)行修改和增加，均不會影響到其它層次模塊。軟件模塊既可以安裝在同一臺計算機(jī)單機(jī)運行，又可以將不同的軟件模塊安裝在多臺計算機(jī)上運行，可靈活調(diào)整應(yīng)用軟件對計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源占用與性能之間的平衡。l 操作簡單直觀最終用戶的使用界面是瀏覽器，用戶可以在能接入本網(wǎng)絡(luò)的任何機(jī)器上，都能查看監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，用戶還可以定制自己喜歡的頁面和訪問方式。l 安全可靠性應(yīng)用軟件系統(tǒng)對權(quán)限有嚴(yán)格的控制，重要的操作和瀏覽都需要口令登錄后才能訪問。系統(tǒng)嚴(yán)格保證超級

41、用戶的保密性，對重要操作進(jìn)行操作日志的記錄，便于對非法操作或攻擊進(jìn)行跟蹤。l 實效性應(yīng)用軟件系統(tǒng)充分考慮采集和分析的實效性，保證數(shù)據(jù)采集的時間控制在分鐘級別以內(nèi)，為決策部門提供實時的信息。5.2 技術(shù)解決方案大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件是水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)重要組成部分，它具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、資料管理、資料整編、資料分析、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。通過使用大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件，水庫管理人員和管理局領(lǐng)導(dǎo)可以及時了解大壩當(dāng)前性態(tài)。壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，除了數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序要在服務(wù)器上啟動外，其它部分只要計算機(jī)用戶通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器相連，即可通過瀏覽器進(jìn)行訪問，查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖形、安全監(jiān)測信息

42、和評價結(jié)論。所以本系統(tǒng)支持單機(jī)、工作組、網(wǎng)絡(luò)運行方式，可以與局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)庫可與各種其它數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口或供其直接使用。用戶可以遠(yuǎn)程控制MCU的數(shù)據(jù)采集，顯示測量數(shù)據(jù)，并可將測量數(shù)據(jù)直接保存至服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示。圖10 應(yīng)用軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求需要建立一個綜合數(shù)據(jù)庫平臺，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括以下數(shù)據(jù)庫：l 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫主要用來存放監(jiān)測點的基本信息表，監(jiān)測設(shè)備、通信設(shè)備的基本信息，站房的工程信息，大壩、流域、河流、大壩等基本信息表。l 監(jiān)測數(shù)據(jù)庫主要用來存放從采集設(shè)備實時采集過來的原始報文數(shù)據(jù)。l 實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫主要存

43、放實時采集的各類數(shù)據(jù)，包括實時采集的設(shè)備運行參數(shù)信息。l 歷史數(shù)據(jù)庫主要用來存放歷史整編資料或調(diào)查資料、監(jiān)測點考證資料和監(jiān)測點年、月、旬特征值統(tǒng)計資料以及檔案資料。l 運行分析結(jié)果數(shù)據(jù)庫主要用來存放運行分析管理系統(tǒng)對接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、誤碼率、暢通率、遲報、誤報、漏報數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的結(jié)果。主要包括暢通率、誤碼率分析數(shù)據(jù)和監(jiān)測點電源電壓參數(shù)的分析數(shù)據(jù)。l 空間地理信息數(shù)據(jù)庫空間信息庫存放系統(tǒng)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)有關(guān)的地理信息類數(shù)據(jù)。內(nèi)容包括：流域地形地質(zhì)、地面高程、水系、監(jiān)測點分布位置、行政區(qū)劃、交通等地理信息。2. 應(yīng)用軟件系統(tǒng)主要包括四個軟件模塊：信息采集處理系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、統(tǒng)計分析預(yù)警統(tǒng)系統(tǒng)、WE

44、B查詢系統(tǒng)息發(fā)布系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。5.2.2 信息采集處理系統(tǒng)信息采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)計算機(jī)與測量控制單元（MCU）通訊，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。其結(jié)構(gòu)框圖見Error! Reference source not found.所示。圖11 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖1. MCU自檢MCU自檢是通過計算機(jī)與MCU通訊，使MCU進(jìn)行自檢，并將自檢結(jié)果返回至計算機(jī)，顯示給操作人員，達(dá)到遠(yuǎn)程診斷MCU的目的。自檢的內(nèi)容包括：通訊：通過計算機(jī)嘗試與MCU通訊，確定計算機(jī)是否能夠與MCU進(jìn)行通訊，診斷通訊線路、MCU通訊模塊是否存在故障。MCU內(nèi)部溫度：通過檢測MCU內(nèi)部溫度，檢查MCU是否異常。MCU工作電壓：通過檢

45、測MCU工作電壓，檢查充電電路、蓄電池是否正常。MCU充電電壓：通過檢測MCU充電電壓，檢查MCU交流供電是否正常。MCU測量模塊和通道：通過檢測MCU測量模塊和通道，識別模塊和通道類型，確定其與所接傳感器類型是否相符，保證測量正常。2. 參數(shù)設(shè)置在MCU能夠正常工作之前，要根據(jù)工程的具體情況，對MCU的參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的各測點進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置的內(nèi)容有：通訊速率：根據(jù)計算機(jī)與MCU通訊方式、通訊介質(zhì)，設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鬏斔俾?，這樣在保證傳輸?shù)目煽啃韵?，可使?shù)據(jù)傳輸達(dá)到最快。系統(tǒng)時間：設(shè)置MCU內(nèi)部時間，使其與計算機(jī)時間同步。通道配置：對MCU中各通道進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置的內(nèi)容包括儀器類型、儀器指標(biāo)、測量范

46、圍等，這樣MCU可采取正確測量方式對通道進(jìn)行測量。公式設(shè)置：在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置各類型傳感器從電測量到工程物理量的轉(zhuǎn)換公式。數(shù)據(jù)采集軟件在得到來自MCU的電測量時，可同時進(jìn)行計算，得出工程物理量。公式組成提供非常靈活的編輯方式，可以任意的輸入包括（、）、/、（平方）、數(shù)字、指定參數(shù)在內(nèi)的所有元數(shù)據(jù)的組合。定時測量時間：設(shè)置定時測量開始時間、間隔時間，MCU據(jù)此進(jìn)行定時測量。3. 單點測量單點測量用于測量某種儀器的某個測點的各種電測量（如孔隙水壓力計的頻率和溫度）和相關(guān)儀器測量（如測量測壓管內(nèi)的孔隙水壓力計，還要測量氣壓計），計算出工程物理量。具有打印和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫的功能。4. 巡回測量巡回測

47、量用于測量一個MCU或多個MCU上的測點，所測儀器類型可以是一種，也可以是多種。得到電測量后，計算出工程物理量，還可以直接取上一次巡回測量數(shù)據(jù)。巡回測量時，數(shù)據(jù)采集軟件以列表的形式給出與各MCU相連的儀器類型，供操作人員選擇。能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，當(dāng)測量數(shù)據(jù)超出量程范圍或事先設(shè)置的安全警戒，將給出提示或告警。能夠按儀器類型打印測量數(shù)據(jù)和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。5. 定時測量定時測量主要用來取定時測量數(shù)據(jù)，計算出工程物理量，測量所得的電測量和工程物理量在列表中顯示。能夠按儀器類型打印測量數(shù)據(jù)和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。取定時測量數(shù)據(jù)可以是計算機(jī)自動取數(shù)也可以是人工取數(shù)。6. 系統(tǒng)管理系統(tǒng)權(quán)限可分為三

48、級，管理員，操作者和領(lǐng)導(dǎo)，相對應(yīng)的，系統(tǒng)中設(shè)立管理員，操作者和領(lǐng)導(dǎo)三個角色。管理員具有所有系統(tǒng)的操作權(quán)，管理員的主要工作是管理用戶，設(shè)置口令，設(shè)置各類參數(shù)，查詢和管理日志。操作者對除用戶設(shè)置，日志管理外的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)均有操作權(quán)。領(lǐng)導(dǎo)原則上對所有系統(tǒng)均具有查詢權(quán)，但沒有修改權(quán)。對于每一個系統(tǒng)的使用者，在系統(tǒng)中均為其創(chuàng)建一個用戶，用戶有唯一的用戶名，用戶口令由各用戶自行管理，管理員可以修改所有用戶的口令；用戶口令采用加密算法。權(quán)限的操作是通過主界面的菜單項表示的，在程序執(zhí)行過程中根據(jù)確認(rèn)的權(quán)限對主菜單進(jìn)行動態(tài)設(shè)置，對于無權(quán)的菜單將被隱藏。權(quán)限僅授給角色，用戶通過充當(dāng)不用的角色以獲得權(quán)限，一個用戶只能

49、充當(dāng)一個角色。菜單定置參數(shù)記錄在一個全局?jǐn)?shù)組中，當(dāng)用戶登錄是由登錄窗口將相關(guān)信息記錄在該數(shù)據(jù)中，由主窗口初始化時引用。權(quán)限功能有如下子功能項：登錄驗證、取用戶信息、修改口令、管理員改用戶口令、增加用戶、刪除用戶、對角色授權(quán)、指定用戶所充當(dāng)?shù)慕巧?、維護(hù)功能項等。日志管理功能日志主要記錄用戶的登錄、退出，打開窗口，關(guān)閉窗口，執(zhí)行操作（相當(dāng)于點擊按鈕，如增、刪、改，但不記錄具體的操作內(nèi)容，如某數(shù)據(jù)由什么改為什么）以及報警信息，日志內(nèi)容記入數(shù)據(jù)庫，管理員可以通過相應(yīng)程序查看日志和清除日志。日志記錄的功能主要有：操作時間，操作者，操作者所用的機(jī)器名，操作類型（登錄，退出，打開窗口等信息），操作描述。日志

50、的查看和清除等功能通過窗體提供，可以單獨運行，日志的記錄以類模塊提供，由具體的應(yīng)用程序引用。日志管理功能提供如下子功能：刪除日志：刪除指定時間之前，指定用戶的日志查詢?nèi)罩荆悍祷刂付ㄓ脩糁付〞r間段內(nèi)的日志。系統(tǒng)設(shè)置功能提供對系統(tǒng)參數(shù)的定義和設(shè)置，如測站設(shè)置，參數(shù)等，提供簡單的編輯功能。5.2.3 資料整編系統(tǒng)資料整編系統(tǒng)按照混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（DL/T5178-2003）、土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范（SL169-96）及相關(guān)規(guī)程要求對觀測資料進(jìn)行整編，同時，資料整編能夠?qū)Y料進(jìn)行維護(hù)。資料整編系統(tǒng)由資料維護(hù)、報表打印、圖形繪制等模塊組成。如Error! Reference source

51、not found.所示。圖12 資料整編結(jié)構(gòu)框圖1. 資料維護(hù)資料維護(hù)又包括考證資料查詢、添加、修改和刪除、監(jiān)測數(shù)據(jù)添加、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢修改、監(jiān)測資料刪除、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)。功能模塊如Error! Reference source not found.所示。圖13 資料維護(hù)功能模塊組成圖l 考證資料查詢、添加、修改、刪除考證資料查詢、添加、修改、刪除根據(jù)監(jiān)測項目不同，給出測點的相關(guān)信息，包括測點部位和監(jiān)測儀器參數(shù)，每次顯示一個測點信息，可通過前后反轉(zhuǎn)查看其他測點信息，也可從測點列表中選擇某個測點查看，查詢到所需測點時，即可進(jìn)行修改和刪除操作。同時，可以添加新測點信息。l 監(jiān)測資料查詢、修改對

52、于監(jiān)測資料，用戶可以查詢多個測點一段時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在用戶選擇監(jiān)測項目、輸入開始日期、結(jié)束日期、開始測點、結(jié)束測點，將顯示所有符合條件的數(shù)據(jù)。顯示順序可以按日期排序或按測點排序。同時，可以對所查詢的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，并可保存修改結(jié)果或不保存修改結(jié)果。l 監(jiān)測資料添加監(jiān)測數(shù)據(jù)添加根據(jù)項目的不同，數(shù)據(jù)添加有兩種方式：1）一個測點一段時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)；2）一天所有測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測項目只有一個測點，則只采用方式一，否則，兩種方式都有。方式一，主要用于輸入歷史資料。如監(jiān)測資料幾乎每天都有，則在用戶選擇測點和輸入年份后，給出全年的日期，用戶只須輸入對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)即可；如監(jiān)測資料不是每天都有，用戶在輸入監(jiān)測數(shù)

53、據(jù)時，要輸入對應(yīng)的月、日。方式二，主要用于輸入當(dāng)前監(jiān)測資料。在用戶選擇項目后，給出該項目所有測點，用戶只須輸入測點對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)庫之前，要進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，數(shù)據(jù)檢查有兩個方面：1）是否超過儀器正常允許范圍（電測量、絕對值）和安全上下限（工程物理量、絕對值）；2）與前次測量值之差是否在正常變幅內(nèi)（工程物理量、相對值）。如有這兩個方面的數(shù)據(jù)，將以反顯顯示數(shù)據(jù)，讓用戶修改數(shù)據(jù)或確認(rèn)后再保存數(shù)據(jù)。l 監(jiān)測數(shù)據(jù)刪除監(jiān)測數(shù)據(jù)刪除可根據(jù)觀測項目、開始日期、結(jié)束日期、開始測點、結(jié)束測點等參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中刪除符合條件監(jiān)測數(shù)據(jù)。l 異常數(shù)據(jù)處理通過對系列監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，查找到監(jiān)測資料的尖峰值（某測值較前后兩個測值都大于或小于設(shè)定值），這些尖峰值可能是異常數(shù)據(jù)。