水库大坝自动化监测系统

浅谈水库大坝安全检测自动化技术应用随着科技的不断发展，各行各业都在不断探索利用先进技术来提高工作效率和安全性。

对于水利工程领域来说，大坝安全一直是一个备受关注的问题。

水库大坝的安全状况直接关系到人们的生命财产安全，因此如何有效地进行大坝安全监测与检测成为了水利工程领域面临的重要问题之一。

近年来，随着自动化技术的不断发展，自动化技术在水库大坝安全检测中的应用也逐渐成为了行业的热点话题。

本文将从自动化技术的应用角度，浅谈水库大坝安全检测自动化技术应用的相关情况。

一、水库大坝安全检测的重要性水库大坝是一种集水调节、防洪、发电等综合效益的水利工程，其安全状况直接关系到周围地区和下游地区的安全。

对水库大坝进行定期检测和监测是十分必要的。

传统的水库大坝检测方法主要依靠人工检测，包括巡查、测量、取样等手段，这种方法存在着效率低、人力成本高、数据不够精确等缺点。

而且，一些大型水库大坝地理位置偏远，环境恶劣，人员难以进入，导致传统的人工检测方法无法满足大坝安全监测的需求。

随着自动化技术的不断发展，水库大坝安全检测也迎来了新的变革。

自动化技术在水库大坝安全检测中的应用，主要包括传感器技术、大数据分析、云计算、人工智能等方面。

1. 传感器技术传感器技术是自动化技术在水库大坝安全检测中的重要应用手段。

通过在大坝上设置各类传感器，如位移传感器、应变传感器、压力传感器等，可以实现对大坝各个部位的实时监测。

传感器可以实时感知大坝的变化情况，将监测数据传输到监测中心，实现对大坝安全状况的实时监控。

通过传感器技术，可以及时发现大坝的异常情况，为大坝安全管理提供有力支持。

2. 大数据分析大数据分析是自动化技术在水库大坝安全检测中的另一个重要应用。

通过对传感器监测所得到的海量数据进行汇总和分析，可以获取大坝的全面情况，并帮助工作人员对大坝的安全状况进行深入分析。

大数据分析可以帮助工作人员发现隐藏在海量数据背后的规律和趋势，提前发现大坝可能存在的问题，并为制定科学的大坝管理策略提供依据。

水库大坝GNSS位移自动监测系统方案一、方案背景我国已拥有水库大坝9.8万余座，其中95%以上为土石坝，95%以上是上个世纪80年代以前建设的老坝。

虽然近10年来我国进行了大规模的病险水库除险加固，但水库大坝数量多，土石坝多，出险的几率非常高。

大坝作为一种大型水工建筑物，其投资和建成后产生的效果都是巨大的，同时由于其结构、运行环境等因素的复杂性，加上设计、施工、运维的不确定性，如果发生意外变形，失事后造成的灾难也是极其严重的。

因此对水利水电大坝运行状态进行持续的实时监测，是十分有必要的，不仅可以为大坝提供安全评估，保证大坝的安全运行，对水库大坝安全自动化监测预警意义重大。

二、系统组成水库大坝GNSS位移自动监测系统采用无人值守自动化监测，以物联网、互联网、北斗+等技术为理论基础，以自主研发的监测平台及各类传感器为核心，充分利用各种监测手段，建立地表和地下深部的三维立体监测网，对水库大坝坡进行系统、可靠的变形监测。

实时监测水库大坝不同部位各类型裂缝的发展过程，岩土体松弛以及局部坍塌、沉降、隆起活动；地下、地面变形动态（包括滑坡体变形方向、变形速速、变形范围等）；地下水水位、水量、水化学特征变化；倾斜和大坝各种建筑物变形状况；降雨以及地震活动等外部环境变化等，据此对水库大坝滑坡变形发展和变形趋势作出预测，判断其稳定状态给出水库大坝失稳预警值，指导施工，反馈设计和检验治理效果，了解工程实施后的变化特征，为设计施工及灾害预警提供科学依据。

可以把高水库大坝综合在线监测分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

感知层：实时感应水库大坝监测参数传感器的状态，如GNSS表面位移监测、地下水位、土壤含水率、土压力、和视频监控摄像机，降雨量等前端感知设备；网络层：支持数据通信，可上、下双向通讯，支持无线蜂窝网络、短信、北斗、PSTN、超短波、ZigBee等通信方式。

感应设备可通过监测预警平台的通讯方式，上行发送至监测控制中心平台。

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图6-23分布式采集系统示意图
大坝安全监测自动化系统的结构形式
（三）混合式
混合式是上述两种采集方式的混合形态，它具有分布式的外形布 置，同时采用集中式进行数据采集。在同一个工程中，一部分类型仪 器布置较集中则实施集中采集，如集中布置在一起的温度计、钢筋计、 测缝计、应力应变计等卡尔逊式仪器。另一部分类型仪器可以用MCU 进行分散采集。所有仪器最终都用数字信号与中央控制单元的计算机 连接。
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图6-22 集中式采集系统示意图
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大坝安全监测自动化系统的结构形式
（二）分布式 分布式采集系统是将数据采集仪分散布置在靠近仪器的地方，俗称测 量控制单元(MCU)。系统对MCU的要求较高，MCU除执行数据采集把模拟 量转换为数字量(A/D) 的功能外，还要具备一定的存储和数据处理功能、 网络通信功能。MCU一般就近置于坝内，要求其防潮性能要好，能适应坝 内的恶劣环境。这种系统布置方式比较灵活，可靠性高、适应能力强，适 用于测点众多的大型水库工程。系统的典型布置如图6-23所示。
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大坝安全监测自动化系统的结构形式
（一）集中式 所谓集中式，通常在大坝内设一专门的监测室，置放数据采集仪，分 布于坝内各测点处的传感器通过电缆直接与数据采集仪相连，传感器信 号通过数据采集仪传输到坝外监控中心的数据处理计算机上进行存储管 理。这种系统适用于测点数量在200个以内，布置相对集中，传输距离不 远的工程，如图6-22所示。
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大坝安全监测自动化系统的结构形式
大坝安全监测自动化系统的结构形式
水库工程的监测自动化采集系统一般由观测点的遥测传感器、遥 控集线箱、数据自动巡检采集装置及监控中心中央控制单元(计算机) 等组成。从国际上看，监测自动化系统的布置形式根据不同工程情况 朝多元化方向发展。系统的结构形式按照数据的采集方式大体可分为 三类，即集中式、分布式和混合式。

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乌 拉泊 水 库位 于乌鲁 木 齐 市南 郊 １ ３公 里 ， 中型拦河水库 ， 为 由拦河坝 、 泄水涵洞 、 溢洪 道等建筑物组成 。大坝坝址处于乌鲁木齐河主 流大西沟和清水河 的汇合处 ， 河床宽 ４ ０米 ， ５ 大 坝全 长 ｌｌｍ（ １Ｏ 主坝 段 ４ ６ 为粘 土心墙砂 砾 １ ｍ， 石坝 ， 坝前粘土水平铺盖 ； 副坝段 ６ ４ 为匀质 ８ ｍ， 坝 ）最大坝高 ２ ｍ。由于水库座 落于乌鲁木齐 ， ６ 上游 ， 有乌鲁木齐 “ 头顶一盆水 ”之称 ， 着极 有 其重要的地理位置 ，直接关系着乌市二百万人 民的生命 财产安全 ，所 以做好水 库大坝安全 监 测工作 ， 随时掌握大坝的运 行状态尤 为重 要。 水 库大坝安全监测 自动化系统于 ２０ ０ ０年建成 。 １大坝安全 监测项 目 乌 拉泊水 库是 二 十世 纪五 六十 年代修建 的， 设计标准 偏低 ， 工程 质量较差 ， 基本上就没 有 大坝安全监测项 目， 运行 中发现水库在 防渗 、 抗震 、 防洪 等方 面存在不 同程度 的病 险问题 ， 被 列 为全 国重点除 险水库之一 ，进行 了多次加 固 除 险， 同时逐步建设和完善 了安全监测项 目。 １１大坝渗流监测 ． 大坝渗流监 测主要是利用测压管 进行 的， 在 主 副 坝 ０ ０ ７，＋ ６ ，＋ １ ，＋ ７ ０ ３ ５ ＋ １ ０ ０ ４ ０ １２ ０ ２０，＋ ９ ，
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乌拉泊水库大坝安全监测自 Fra bibliotek化系统及改造设想
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摘 要： 介绍 了乌拉泊水库 大坝安全监测 自动化 系统的组成 ， 并根据近七年的运行工作 中发现 的问题 总结 出该 系统的不足之 处， 出认 为可行 提

水库大坝安全监测系统摘要：水库大坝是重要的水资源调控和洪水防治设施，其安全性直接关系到人民生命财产的安全。

本文介绍了水库大坝安全监测系统的基本原理、主要功能以及发展趋势。

水库大坝安全监测系统的建立和运行对于确保水库大坝的安全具有重要的意义。

一、引言水库大坝是用于调节水资源、防止洪水以及发电等功能的重要设施。

然而，由于自然因素、人为因素等原因，水库大坝的安全性面临着一定的挑战。

为了确保水库大坝的安全性，水库大坝安全监测系统的建立和运行变得至关重要。

二、水库大坝安全监测系统的基本原理水库大坝安全监测系统通过安装传感器、数据采集设备、数据传输设备和数据处理设备等组成，对水库大坝的物理量进行实时监测和数据采集。

基于监测数据的分析和处理，可以实现对水库大坝安全状态的评估和预警，为保障水库大坝的安全性提供技术支持。

三、水库大坝安全监测系统的主要功能1. 水文监测功能：包括对水库水位、流量、水质等水文参数的监测和采集，通过分析这些参数的变化可以判断水库大坝是否存在安全隐患。

2. 结构监测功能：包括对水库大坝结构的变形、裂缝、沉降等参数的监测和采集，通过分析这些参数的变化可以评估水库大坝的稳定性和安全性。

3. 应力监测功能：包括对水库大坝内部和周围岩土体的应力变化的监测和采集，通过分析这些参数的变化可以判断水库大坝是否存在应力集中区域。

4. 渗流监测功能：包括对水库大坝内部和周围岩土体的渗流量的监测和采集，通过分析这些参数的变化可以判断水库大坝是否存在渗漏问题。

5. 通信与报警功能：水库大坝安全监测系统可以通过与监测站点的通信设备实现远程监测和数据传输，及时向相关部门发送预警信息，保障水库大坝的安全。

四、水库大坝安全监测系统的发展趋势1. 自动化技术的应用：随着自动化技术的发展，水库大坝安全监测系统将越来越多地采用自动化设备和技术，实现对水库大坝的实时监测和数据采集。

2. 大数据和人工智能的应用：水库大坝安全监测系统将结合大数据和人工智能技术，通过对大量监测数据的分析和处理，实现对水库大坝安全状态的准确评估和预警。

水库大坝安全监测系统及自动化摘要：在水库大坝应用过程中,安全监测是保证其安全性、可靠性的重要手段,因此针对水库大坝采用安全自动化监测系统有着重要的现实意义。

文章分析了大坝自动化监测的重要意义,总结我国现阶段大坝安全自动化监测内容及设备发展现状,提出一般的大坝安全自动化监测系统的常规结构及功能,并对其后续的发展做出展望。

关键词：水库大坝；安全监测；自动化引言大坝是水库的关键水工建筑物之一，包括混凝土坝、土工坝两种类别，后者占水库总数的百分之九十以上。

因土工坝为散粒体结构，分析难度大，无法及时获取坝体渗流、坝基渗透压力等参数，对水库大坝安全监测提出了较大难题。

而通过将自动化系统应用于水库大坝安全监测，可以有效解决上述问题。

基于此，对水库大坝安全监测自动化系统的应用进行适当分析具有非常重要的意义。

1 水库大坝安全监测自动化系统的应用背景某大坝监测系统所应用的自动化设备为ROCTEST 监测设备+2380 数据采集系统+ 专业作图软件，可以在独立MCU（测控单元）中存储监测数据，主机则可应用数据采集系统将监测数据传输到计算机中进行分析。

安全监测包括变形监测、渗流监测两个主要部分，前者包括表面竖向位移观测、体内分层水平位移观测、倾斜检测、裂缝检测、挠度检测等；后者包括大坝坝基渗压观测、土坝坝体浸润线观测、大坝坝体渗流量观测等。

除此之外，还包括上下游库水位、水温、降雨量、气压、气温等数值监测。

2水库大坝安全监测自动化系统的应用过程2.1变形监测2.1.1监测系统水库大坝变形监测系统包括坝体倾斜监测、坝体裂缝监测、挠度监测、水平位移监测几个功能模块。

其中坝体倾斜监测主要采用静力水准仪，坝体裂缝监测则依靠测缝针运行，挠度观测主要通过双向垂线坐标仪，配合六台单向垂线坐标仪（即两组正垂线+三条倒锤线），对坝体垂直度上不同高程测点、倒锤线之间水平位置变化进行不间断监测。

水库大坝水平位移检测主要通过四条不锈钢钢丝制作的引张线（两条位于大坝基础廊道，两条位于主坝坝顶）、一台变位机、二十二台垂线坐标，定期测量大坝在水平方向的位置移动与否（一般规定大坝向上游方向移动为负）。

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大坝安全监测自动化系统的设计与实施
系统设计 对照上述对系统功能和性能的要求，根据各水库工程实际，监测自 动化系统在设计时需从组成系统的三大部分入手，综合考虑。
1.监测仪器系统 接入监测自动化系统的各监测仪器应经过严格检验，它们应结构简 单、传动部件少、容易维修，且可靠性高、稳定性好，能在水库工程的 恶劣气候条件下长期、稳定、可靠地工作。 监测仪器的布设应根据规范，结合水库工程实际，有目的的考虑设 计方案，做到重点突出、兼顾全面，满足有效地监控水库工程安全运行 的需要。 各监测仪器的选择应在稳定、可靠的基础上力求其先进性。应优先 选用经过长期运行考验的成熟的产品。为科学研究而设置的新仪器设备 原则上不应纳入自动化监测系统观测。 在老监测系统基础上升级改造为自动化监测时，设计前应对原有监 测仪器进行检验和鉴定，有选择地将老仪器纳入新监测系统。
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大坝安全监测自动化系统的设计与实施
⑤系统可靠性(故障率)考核:因系统仪器或设备原因造成系统整体或局部 不能正常工作，导致无法测得正确数据称为系统出现故障。主要考核系 统中传感器和数据采集、传输系统运行的故障率或平均无故障T作时间， 一般要求系统故障率≤1.0%，或系统平均无故障工作时间>8 000h。 其他 实施自动化监测系统时，不能忽视巡视检查和人工监测项目。应考虑 到仪器监测在空间上和时间上的不连续性，不可避免地会使一些工程安 全隐患在自动化监测仪器的范围和时间内漏掉，自动化监测仪器的零位 误差等有时也需要靠人工观测仪器来发现和纠正。相关的监测技术规范 中也明确规定监测自动化系统调试时，应与人工观测数据进行同步比测。
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大坝安全监测自动化系统的设计与实施
系统的实施 ： 自动化监测系统实施前，需先对原有的监测设施进行全面鉴定和评价， 完善监测设施，配齐必要的监测项目，提高监测精度、稳定性和可靠性， 满足规范的基本要求。在此基础上再考虑对必要的监测项目和测点逐步 稳妥地实现自动化监测。“总体设计、分步实施”是国内水库工程自动 化监测系统实施时目前较普遍的观点。 自动化监测系统的设置要坚持少而精和经济、实用、有效的原则，在 技术经济合理的前提下，采用国内外成熟的先进技术。

大坝安全监测自动化系统应用现状及发展趋势摘要：随着科学技术的发展，我国的大坝安全检测自动化技术有了很大进展。

安全监测可为大坝全生命周期的安全管理提供技术支撑。

对中国大坝安全监测自动化系统发展历程以及采集控制、通讯传输、管理系统三大关键技术进行了介绍，调研了中国典型工程的大坝监测自动化系统实施情况、市场占有率较高的采集控制单元主要参数及变形监测自动化系统的新技术新方法。

本文首先分析了风险评估基本原理，其次探讨了监测自动化关键技术，然后就大坝安全风险评估进行研究，最后论述了监测自动化系统展望，以供参考。

关键词：大坝安全监测；自动化系统；采集控制引言大坝安全风险评估可充分考虑各种环境因素以及大坝结构本身所存在的种种不确定性对大坝安全运行的影响，能反映一旦大坝失事所造成的后果对大坝安全性的要求，能综合考虑大坝运行、社会、环境、经济、人员等方面的要求，因此，对大坝安全状况所做出的评价更符合实际要求。

1风险评估基本原理大坝安全风险评估通过分析与计算，确定各种风险发生的可能性，以及大坝发生风险事故后所造成的损失，由此得出大坝的风险等级，从而依据接受准则制定针对性的应对策略和控制方案。

（1）风险识别。

风险识别用来识别可能引起大坝产生风险的风险源。

风险源可以是内部的，也可以是外部的。

外部的风险源包括地震、台风、强降雨、超标准洪水（含上游非正常泄水）等自然环境因素，也包括上游可能失事的大坝、养鱼的网箱、船只、滑坡体、泥石流沟等；内部的风险源包括组成大坝枢纽建筑物的大坝、泄水建筑物、引水发电建筑物、导流洞堵头（含底孔）、船闸、升船机、鱼道、过木建筑物、工程基础、闸门及启闭机等。

（2）风险分析。

风险分析指对各个风险源推演可能发生的风险事件。

一个风险事件可能产生另一个更为严重的风险事件，建议依据实际情况进行风险事件推演，建立风险路径图，对每个风险事件进行可能性和风险损失分析，确定风险等级。

大坝安全风险事件包括溃坝、漫坝、滑坡、泥石流、水淹厂房、堰塞湖、坝体坝基渗透破坏、坝体坝坡失稳、泄水及消能设施冲刷破坏、泄水建筑物进水口淤堵、泄水闸门启闭设备和电源故障等。

小浪底水利大坝安全自动化监测预警系统设计方案目录1项目背景 (4)1.1 项目概况 (4)1.2 水利大坝监测预警的必要性 (5)2 区域地理环境背景 (6)3大坝安全监测系统 (7)3.1监测内容、方法 (8)3.2系统组成 (10)3.2 大坝监测工程选点 (11)3.2.1 监测点选择原则 (11)3.2.2 监测手段配置 (12)4 监测系统特点和功能 (12)4.1 系统特点 (12)4.2 系统功能 (13)5 预警系统建设 (14)5.1 信息采集监测站建设 (14)5.1.1 前端采集站 (14)5.1.2 坝体表面位移自动监测站 (17)5.1.3 深部位移监测站 (21)5.1.4 雨量监测站 (25)5.1.5 裂缝监测 (26)5.1.7 裂缝报警器 (29)5.1.8无线预警广播站 (30)5.1.9 地灾信息中心建设 (31)5.2 地质灾害自动化监测系统平台建设 (33)5.2.1 预警系统软件设计 (34)5.2.2 预警系统平台设计 (35)5.3 预警信息发布平台 (40)5.3.1预警发布终端 (40)5.3.2 短信预警信息发布终端 (42)5.4 系统通讯网络构建 (43)6 工作部署汇总 (45)7 具体经费预算 (45)8 保障措施 (47)8.1 组织保障措施 (47)8.1 质量保障措施 (48)8.2 技术保障措施 (49)8.3 安全及劳动保护措施 (50)1项目背景1.1 项目概况黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市孟津县小浪底，在洛阳市以北黄河中游最后一段峡谷的出口处，南距洛阳市40公里。

上距三门峡水利枢纽130公里，下距河南省郑州花园口128公里。

是黄河干流三门峡以下唯一能取得较大库容的控制性工程。

黄河小浪底水利枢纽工程是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程，是治理开发黄河的关键性工程，属国家“八五”重点项目。

大坝安全监测自动化解决方案目录第一部分大坝安全监测系统 (1)一. 系统概述 (1)二. 系统组成 (1)三. 系统设计 (1)四. 组网方式及数据流程 (5)五. 大坝安全监控系统功能 (5)5.1用户管理 (5)5.2系统配置管理 (6)5.3运行管理 (6)5.4系统状态管理 (6)5.5数据管理 (6)5.6报表生成 (6)5.8曲线绘制功能 (6)六. 主要设备技术指标 (7)6.1渗压计 (7)6.2量水堰计 (7)6.3库水位计 (7)6.4雨量计 (7)6.5分布式网络测量单元 (8)第二部分GPS坝体变形监测系统 (10)一．系统概述 (10)二．系统结构 (10)三．基准站 (11)四．监测站 (12)五．数据处理中心 (12)二十三.第三章软件系统功能 (12)第一部分大坝安全监测系统一. 系统概述整套系统采用分层分布的优化设计方法，硬件及软件系统均采用模块化、开放式结构设计，以方便系统升级以及与其它系统的连接。

关键部件选国外原装产品，配以国内的成熟技术与产品，系统设计力求较高的稳定性、可靠性、灵活性、可操作性和可扩展性，以利主坝后期子坝和副坝自动化安全监测的扩展设计安装，系统内部的通讯完全采用数字信号的传输。

二. 系统组成测量系统由计算机、安全监测系统软件、测量单元、传感器等组成，可完成各类工程安全监测仪器的自动测量、数据处理、图表制作、异常测值报警等工作。

系统软件基于WINDOWS工作平台，集用户管理、测量管理、数据管理、通讯管理于一身，为工程安全的自动化测量及数据处理提供了极大的方便和有力的支持。

软件界面友好，操作简单，使用人员在短时间内即可迅速掌握并使用该软件；三. 系统设计依据坝体现在状况，分别进行坝体渗流监测、水位监测、降雨量监测，具体配置如下：1.2.1坝体渗流监测（1）坝体浸润线监测一般监测断面不少于3个，监测断面位置一般选择在最具有代表性的、能控制主要渗流情况和估计可能出现异常渗流情况的横断面上，如最大坝高断面、原河床断面、合龙坝段、坝体结构有变化的断面和地质情况复杂的断面等，断面间距一般为100~200m。

大坝安全监测自动化系统的运行与维护概况：大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察;"监测"既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测;也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查..一、大坝安全自动监测系统系统由三部分组成：现场量测部分传感器数据采集模块CCU远程终端采集单元MCU系统监测内容、方法及仪器大坝区降雨强度和雨量监测：采用翻斗式雨量计测量降雨量和降雨强度..大坝浸润及坝顶基渗压监测：通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置及坝基渗流压力分布情况..大坝渗流量监测：在大坝下游设置水堰;安装量水堰计以监测大坝渗流量..二、大坝安全监测自动化系统的运行操作传感器可根据实际需求;在监测范围内安装各种传感器..一般常用的有：渗压计、混凝土应变计、应力计、多点位移计、测缝计、水位计、钢筋计、倾角计、测力计、气压计、温度计、压力盒、风速计、风向仪、蒸发仪等遥测设备..数据采集模块CCU控制运行操作1.每周二次自动化监测系统巡测;可采取中央控制方式;也可采用自动控制方式运行..每周施测时间如无特殊情况应固定不变;规定在每周二、周五上班后半小时内进行..2.在汛期高水位;低温高水位;以及某些部位出现异常等情况下;可根据有关领导决定加密测次并采取自动控制方式运行..3.正常情况下;数据采集模块处于工作状态;显示器可以关掉运行..4.数据采集模块控制测量步骤：1数据采集模块向各远程终端采集单元提供的系统工作电源220VAC50Hz和系统加热电源220VAC50Hz应可靠工作..2MCU的RS－422通讯总线接入数据采集模块CCU的RS－485通讯卡的1口..3数据采集模块在WindowsXP环境下运行“大坝安全监测数据采集系统软件”..4首先数据采集模块进行系统自检;自检完毕后查阅自检结果..若系统正常;进行正常自动化测量..若系统不正常;根据系统维护规程进行维修;若维修不了即和厂方联系..5读取各远程终端采集单元自报数据入库..6进行系统巡测..7对本次系统巡测的所有数据进行浏览;检查数据采集情况和数据可靠性..中心站主机远程控制数据采集模块运行操作1、远程终端采集单元的RS－422通讯总线接入CCU的RS－485通讯卡的1口..2、数据采集模块的RS－422通讯总线一端接入数据采集模块的RS－485通讯卡的2口;另一端接入主机的RS－485通讯卡的1口..3、在主机上即可进行远控自动化数据采集..4、测量完毕后;逐级退出系统;再关机..主机直接远程控制各MCU测量的操作1、数据采集模块的RS－422通讯总线一端通过总线驱动器接入MCU的RS－422通讯总线的另一端;另一端接入主机的RS－-485通讯卡的1口..2、数据采集模块向各远程终端采集单元提供正常的系统工作电源220VAC50HZ和系统加热电源220VAC50HZ..3、主机在WindowsXP环境下运行“大坝安全监测数据采集系统软件”..4、进行远控自动化数据采集..5、测量完毕后;逐级退出系统;再关机..三、大坝安全监测自动化系统维护巡视维护周期确定每一个月进行一次系统巡视维护..正式运行的第三年到第七年;每个季度巡视维护一次;对故障率较高的少数据仪器设备可局部加密维护次数..正式运行第八年后根据系统的运行情况和仪器设备实际老化状态确定巡视维护周期..根据规定;每三个月应对监测自动化系统至少进行1次巡回检查..汛前应进行1次全面检查..每次台风来临前;应对监测自动化系统进行1次巡视检查..定期维护步骤1.对系统内的监测仪器、监测仪器配套装置、连接电缆、远程终端采集单元、防雷器、总线电缆、电源电源、数据采集模块、主机、消防设备逐一检查..对以上各个环节的不正常或损坏进行记录..2.即时采取相应措施消除系统中已发现的各环节的不政党或损坏问题;对消除时间和情况进行记录..维护检查重点：1.垂线系统1浮筒或阻尼油桶内油位是否偏高或偏低钢丝是否能自由移动钢丝是否受风、虫、灰尘影响2垂线坐标仪和引张线仪是否受水、虫、灰尘影响是否能正常工作2.引张线系统引张线的浮船是否正常浮托着引张线测点箱的浮船的水箱液面高度是否下降引张线是否处于自由状特别要注意浮船是否存在翻转3.各种电缆是否受鼠咬或盗割有无断列之处4.远程终端采集单元是否受到渗水、灰尘或人为损害防雷器是否已被雷电流击穿四、大坝安全监测自动化系统维修自动化系统在运行发生故障时;根据故障住处查明故障部位和原因传感器维修1光电探头故障;即更换光电探头..更换光电探头时;要确保光电探头和靠山夹紧..更换光电探头后;用远程终端采集单元控制该垂线坐标仪测量;基准杆测值和原值的误差应≤0.1mm..否则要重新安装探头；2机械故障;需用机油清洗丝杆..清洗完后;用MCU控制该垂线坐标仪测量;基准杆测值应和原值的误差≤0.1mm..否则要重新清洗..数据采集模块维修1、数据采集模块硬件故障;须和厂方沟通..2、数据采集模块软件故障;即系统软件被破坏;用备份文件恢复..远程终端采集单元维修CPU板、电源板或通道板故障;更换即可..水情监测系统的运行与维护一、概述山洪灾害是山丘区在一定强度或持续的降雨下;因特殊的地形地质条件而发生的自然灾害;它具有突发、破坏性大、防治困难的鲜明特点;山洪及其诱发的泥石流和滑坡;往往对局部地区造成毁灭性灾害;对国民经济和人民生命财产造成重大损失..近年来;我国山洪灾害问题日益突出;每年都造成大量人员伤亡;严重影响社会经济发展..水情监测预报系统主要包括水情遥测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等..适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测;监测内容包括：水位、流量、降雨雪、风速等..水情自动监测预报系统采用多种无线通讯方式实时传送监测数据;各通信数据互为补充保证监测数据的实时性和准确性;可以大大提高水文部门的工作效率..二、系统功能及设备1.系统功能管理功能：具有数据分级管理功能;监测点管理等功能..采集功能：采集监测点水位、降雨量等水文数据..通信功能：监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯..告警功能：水位、降雨量等数据超过预设的告警上限时;监测预报系统软件主动告警..查询功能：监测预报系统软件可以查询各种历史记录..存储功能：前端监测设备具备大容量数据存数功能；监测中心数据库可以记录所有历史数据..分析功能：水位、降雨量等数据可以生成曲线及报表;供趋势分析..2.系统设备组成水情自动监测预报系统由前端遥测站、测量设备、通信网络超短波中继站、监测中心站等使部分组成..主要组成设备为：前端遥测站：自动遥测终端机..中继站：中继站终端设备——中继机..中心站设备：前置接收机、中心计算机等..测量设备：翻斗式雨量计、水位计等..其他设备：太阳能电池板及充电控制器、避雷针等..3.设备及功能3.1自动遥测终端机当雨量每产生一个计量单位1mm或水位每变化一个计量单位时;自动采集、存贮并向中心发送数据..达到设定的时间间隔时;即自动采集、存贮和发送数据..雨量发送累计值;水位发送实时值..支持超短波、GPRS、北斗卫星等多种无线通讯方式..可现场和远程通过GPRS设定站号和各项遥测数据的上、下限报警值等工作参数;数据越限时立刻上报告警信息..支持现场或远程升级设备程序..支持遥测;和历史数据远程查询功能..具有自检功能;低压报警功能..具有信道机超时发送强迫掉电功能..可扩展连接其他水文传感器、采集器接口..3.2中继机有较强的抗干扰能力;可靠性高..可设定中继站站号、工作信道..接收到下属遥测站数据;经译码、纠错后加上中继站信息再编码发送..3.3中心站全天候值守、实时接收遥测终端站点的数据;并对其进行处理、管理和存储..对所接收的信息进行解码、合理性检查、纠错;并按要素分类进行存储..对遥测终端站进行远程工作设定和工作参数修改、校时..监视遥测终端站点的工作状态功能..自动对采集得到的数据;按照水利、水文的数据规则和客户配置的数据检查逻辑;判断数据的合理性..数据库满足分中心数据查询、洪水预报、报表输出及其它水文业务应用的要求；数据库具有良好的维护功能..3.4测量设备翻斗式雨量计浮子式水位计遥测终端机GPRS/GSM模块北斗卫星终端超短波通信终端3.5其他设备无线超短波通信无线GPRS网络北斗卫星通信系统系统工作过程3.6软件功能通信和采集功能时钟同步功能数据补调功能具有基于优先级别的任务调度功能;事故、越限优先报警;报警记录可查询、打印..数据库管理功能图形显示功能多种形式的曲线报表功能美观的图形用户界面。

～
明武汉
Ｍ ｉ ｇＷ ｕ ａ ｎ ｈｎ
（ 江门市锦江水库工程管理处， 广东 江门 ５９ ３） ２４ １ （ａｇｎｎＪ ｊ ｎ ｅｅｖｉＰｏｅｔ ｎｇｍｅｔ ｆｃ，Ｇ ａｇ ｏｇ ｉ ｇ ｎ５９ ３） Ｊ ｎｒｅ ｎｉ ｇＲ ｓｒｏｒ ｒｊｃＭａａｅ ｎ ｉ ｉ ｉ ａ Ｏｆ ｅ ｕ ｄｎ ａ ｍｅ ２４ ｎ Ｊｎ １
．
，
ｓ ｔ ｐ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｎ ｏ ｉ ｏ ｆ ｈ ａ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏｔ ｅｍｅ ｈ ｉ ａ ｈ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｒ ｖ ｔ ａ ｄｔ ｅ ｅ ｔ ｆ ｒ ｎ ｏ ｔ ｔ ｓ ｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｕ ｄ ｉ ａ ｐ ｔ ｔ ｍ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｃ ａ ｃ ｌ ａ ｃ ｅ ｉｔ ｆ ａ ｉ ｄ ｈ ｎ ｃｒ ｃ ｇ ｙ ｍ ａ ｎ ｈ
ＲＱ
～
ｌ ５ １ ５ 高程 上分 别布 置 一 套 多 点 位 移 计 ， ３． １ ｍ、５ ． １ｍ
共 设置 ３ 监 测点 ， 个 编号 为 Ｍ１ ～Ｍ３ 。
（） １测量控制单元 （ Ｕ ： Ｕ直接与传感器 ＭＣ ）ＭＣ
相连接，每个 ＭＣ Ｕ在分布式网络结构 中都是独立
的， 可独立完成监测数据采集 、 ／ ＡＤ转换 、 工程单位 转换， 或接受采集计算机的指令完成有关操作等。
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｓｒ ｏｒ Ｄａ ； ａｅ ｎｔｒ ｇＳ ｓ ｍ ｙ ｒ ｓＲｅ ｅ ｉ； ｍ Ｓ ｆｔ Ｍｏ ｉ ｉ ｙ ｔ ｖ ｙ ｏｎ ｅ
０ 引言
防渗灌浆等补强加固措施，并逐步建立和增设 了一 些大坝安全监测设施。水库在经受 “８ ” ９ ． 超百年一 ６
锦江水库于 １５ 年开工兴建， ９８ 期间历经两次续 建， ９３ １７ 年建成并投入运行。 工程 由大坝 、 溢洪道和

图6-27 数据管理系统框图
水利工程管理技术
大坝安全监测自动化系统工程案例
人工观测项目数据的录入，提供三种方式:第一种，用户可以按观测 记录本的记录顺序定制一个输入界面，按顺序输入一次观测的一批观测 值。第二种方法是选定某个测点，输入该测点的所有测值；第三种方法 是从Excel表格中导入到数据库。输入数据时对数据合理性进行自动校验， 对明显不合理的数据集中报警，并具备防止重复输入的功能。一次输入 完成后系统可以根据测点特性，自动进行测值整编计算。
管理。 (1)在线监测系统 在线监测系统实现对所有测点的远程测量、入库、计算、安全评估自动化。
系统主要包括数据采集系统、测值计算整编、在线快速安全评估(实时监控)三 个主要部分。在线监测系统框图见图6-25。
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图6-25 在线监测系统框图
大坝安全监测自动化系统工程案例
①数据采集系统 数据采集系统，定时采集监测数据，并对异常怀疑点自动复测，对报
图表控件还包括对监测系统状况的统计分析控件，如按项目统计测点、 按坝段统计测点、系统数据采集缺失率、仪器完好率统计等。
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(3)离线分析系统 离线分析系统主要用于对实测数据的处理和计算分析，评估大坝的实际运
行性态。将实测值换算成标准监测量，根据各类仪器特性对各监测量进行误 差检验(包括粗差、偶然误差、系统误差等)；提供各种计算分析模型；提供 各种可选的分析因子，如水压、温度(气温、坝温)和时效因子等，供用户任 意组合选用；提供丰富的图形和表格功能，使整个分析过程窗口化，分析结 果图表化。离线分析系统功能框如图6-26，系统有以下特点:
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大坝安全监测自动化系统工程案例

通过水力学计算渗流量 。监测范 围 ０ ｉ０ Ｈ Ｏ ｍ ，精度达 Ｏ 卜Ｏ ２ 口 ０ ２ｍ 柱 ． ．
Ｈ Ｏ ｍ柱，Ｎ Ａ ３ ３按主机 要求进行数据采集、存储。 ２ｍ Ｄ １０
２ 内部 变 形 监 测 、
１）坝体 内部 位移 监测现 状 坝 体体 内水平 位移采用 Ｎ Ｗ型引张线式水平 位移计监 测 ，竖 向位 Ｙ
水利工 程 中广 泛 使用 。
读 要 求 进 行 过 程 控 制 、采 集 、存 储 。
３）水平位移 监 测 自动 化
内部水 平位 移 监测 自动化 ，即将引张线 式水平位 移计改造 为 自动
化监 测 ，首先要对 原 设备进 行改造 ，加反力 架 ，安装 加 卸、载机 构。 其 原理 框 图如 图 ３所示 ，简述 如 下： ａ）引张线 砝码 加载 卸载 自动化 每 套 引张线式 水 平位移 计用 １ 台步进 电机 （ 同步 电机 ）控制监测 房 内各条 引张线 式水平位 移计的 或 砝 码块 Ｂ 的加 载卸 载 ； ｂ）传 感器采用 电容式大 量程变位计 ，数据采集 装置用 Ｎ ＡＩ ６ Ｄ ３ ３ 数据采集智 能模块 ，Ｎ Ａ ３ ３按 引张线式水平位移计测读要求进行过程 Ｄ Ｉ２ 控 制 、数据 采集 、存 储 。测 量 时控 制加 载采 集 数据 ，不 测 时控制 卸
量 。水平位 移计和 沉 降仪有二条线 布置在 同一位置 。二则可 以相互校 核监测值 。相应 高程 的坝 体下游坡 布置监测 房，铟瓦钢 丝 以镀锌 钢管
保护 ，水管 以聚 乙烯 塑料 管保护 ，铟 瓦钢 丝和水 管通过各 自的保 护管
引至 下游 监 测 房 内 。
图如 图 ２ 所示 ，简述 如 下 ：
主机传送所 测数据 。监控主机 则根据一定 的模型对 实测数据 进行检验

H ? H2 ，式中φ为 H1 ? H 2
位势，H为扬压力水位，H 1为上游水位，H 2为下游水位。位势分 析对位势进行一元线性回归，模型为：φ（t）=at+b，式中φ为位 势，t为观测日期，a、b为模型参数，其中a为斜率。 根据斜率，可以判断扬压力发展趋势，产生如下结果：（1） 斜率大于升高标准值，则扬压力有逐步升高的趋势；（2）斜率小 于降低标准值，则扬压力有逐步降低的趋势；（3）斜率在两者之 间，且位势差值在标准范围内，则扬压力较稳定；（4）位势不符 合上面三个条件，则扬压力无明显趋势。 3.4渗流量分析 在渗流量分析之前，要进行渗流量的标准化。渗流量标准化 采用下面换算公式： Qs=Q/（0.67+0.033T），式中Qs为标准化后渗流量，Q为 渗流量观测值，T为温度。将全年的日平均气温看作一条正弦曲 线，以一月平均气温和七月平均气温作为最小值、最大值。与扬 压力分析类似，渗流量也可以建立多因子统计模型，其建立统计 模型的机制与扬压力的统计模型类似，参见3.3.1。统计模式为： Q=Σf(H 1 )+Σf(H 2 )+Σf(P)+Σf(T)，式中Q为渗流量，H 1 为上游水 位，H 2 为下游水位，P为降水量，T为日均气温。除了通过建立统 计模型可以看出渗流量的规律，还可以通过相关分析确定的主要影 响因子，其方法与扬压力相关分析类似。 4、运用 4.1三向裂缝资料分析 对三向裂缝观测资料，要进行异常数据处理、数据超差处 理、相关性分析、建立统计模型。通过分析，对每一测点可以得到 如下类似结论：通过数据审查，J3－4－X测点未发现超差数据； 根据相关分析，该测点的测量仪器未见异常，测点的变幅在正常范 围内，运行基本正常。从分析结果可知，有6个测点的超差数据较 多，有3个测点有少量超差数据，这些数据须要人工进一步审核； 没有测量仪器不正常；有3个测点的相对位移和库水位的相关性不 明确，原因不明，需进一步深入研究分析。 4.2扬压力观测资料分析 对扬压力观测资料，要进行异常数据、滞后时间分析、相关 性分析、建立统计模型、位势分析。通过分析，对每一测点可以得 到如下类似结论：Y3-2：测点主要受上游库水位升降和降雨量大 小的影响，其中雨水在大坝下游坡的渗透对扬压力的影响更为重 要，因此该测点在雨天里并不能很好反映大坝的真实扬压力。雨 后，该测点扬压力的回落缓慢，同样也不能反映其真实情况。经统 计，雨后，测点扬压力的回落时间约为15天。在库水位45m以上， 测点扬压力和库水位的相关性不大，说明了该测点所在坝块比较稳 定。在时段2000-1-1至2000-12-30测点的位势无明显趋势。 4.3绕坝渗流观测资料分析 东张水库大坝自动化系统现有绕坝渗流监测测点5个，其中左 岸布置三个绕坝监测测点（RS-1、RS－2、RS－4），左岸下游坡 布置二个绕坝监测测点（RS－3、RS－5），前者的观测值比后者 的观测值都高出一个常数。例如RS－1观测值比RS－3观测值高约 一个常数（13m），比RS－5观测值高约一个常数（24.5m）。各 个测点观测值主要受雨水渗透影响。在同一库水位情况下，雨天测 点观测值高出晴天测点观测值许多。同时各测点与气温、水温、库 水位、下游水位、大气压等因子相关性极小。综合以上三点，可看 出大坝左岸岩石结构几乎没有什么绕坝渗流，岩体结构比较合理。 5、结语 大坝观测资料分析是结合计算机技术对观测资料进行管理和 整编，还对各个测点的观测资料进行分析，为工程技术人员提供了 可靠的参考信息。由于受时间和技术水平等多方面因素限制，在分 析方面还需要进一步深入，进一步研究。

青山水库大坝自动监测系统
浙江临安青山水库土石坝TCA2003自动化监测系统
位于浙江省临安市青山湖街道
拦河大坝：宽心墙砂壳坝，坝长575m，坝宽10m，坝顶高程36.26m，大坝原本采用宽心墙+粘土铺盖防渗，新坝采用沥青混凝土防渗墙。

下游坝坡采用浆砌条石护坡（条石厚30cm）。

2001年被水利部大坝安全管理中心定为三类坝，2002年9月至2005年8月，经国家计委和水利部批准对拦河大坝、泄洪闸、泄洪放空洞、副坝等进行了全面除险加固，解决了工程中存在的隐患，确保水库的防洪安全。

加固后采用全自动化监测系统对大坝全天候自动监测
大坝加固前大坝加固后
测量机器人大坝安全监测系统配置
TCA2003*1
GeoMoS*1
DTM Meteo Sensor*1
水压、水位、雨量传感器若干
RS232光端机*2
4芯多模光缆*1公里
大坝安全监测系统资料查询软件（B/S构架web软件）*1
观测房（带自动卷帘门）控制网布测控制点棱镜和防护罩
系统测点布置
红色三角为控制点（不动点）黄色圆圈为监测点（坝体上）在TCA2003面前是一扇可以用电动装置打开的卷帘门
每天测量时间段，卷帘门打开系统在光纤通讯系统控制下进行自动测量和数据分析
青山水库大坝安全监测仪器平面布置图
青山水库大坝监测系统资料查询
青山水库安全监测综合评价系统。

1 大坝安全监测自动化系统
大坝监测遥测水位计系统图
1 大坝安全监测自动化系统
大坝浸润线观测示意图
1 大坝安全监测自动化系统
3.数据处理分析与监控管理系统 我国对大坝安全监测资料的定量分析，主要是针对单个测点的 测值建立统计模型、确定性模型和混合模型等常规数学模型，并得 到了广泛应用。在此基础上又研究和发展了多测点模型和多维模型， 在应用神经网络技术进行大坝安全监测资料的分析方面也进行了大 量探索。 监控指标方面，大坝应力和扬压力一般以设计值为监控指标； 大坝变形监控指标的确定主要有置信区间法、仿真计算法和力学计 算法。较普遍采用的是置信区间法，以数学模型置信区间的边界为 监控线。
1 大坝安全监测自动化系统
2.数据采集系统 我国对大坝安全监测数据自动采集系统的研究，始于20世纪70年代末， 80年代有了长足的进步，进入90年代中期后，随着电子技术、计算机技术、 通讯技术等的发展和国外先进设备的引进，有多种型号的大坝安全监测数 据自动采集系统先后研制成功，显著提高了我国大坝安全监测的实时性、 可靠性和适用性。 国内大坝安全监测数据自动采集系统按采集方式分为集中式、分布式 和混合式三类，具代表性的有DAMS型、IX型、I_N1018型等系统。
①电容式和步进电机式垂线坐标仪、引张线仪； ②钢弦式、差动变压式多点变位计； ③伺服加速度计式钻孔测斜仪； ④电感式、钢弦式、差动电阻式、压阻式渗压计； ⑤电容式、差动变压器式液体静力水准遥测装置； ⑥采用密封式激光点光源、光电藕合器件CCD作传感器的新型波带板、 真空泵自动循环冷却水装置等新技术的真空激光准直系统； ⑦采用液压平衡原理新研制的差动电阻式应变计和测缝计； ⑧适应高土石坝，特别是高混凝土面板堆石坝要求的大量程位移计和 测缝计等。