大坝安全监测自动化系统工程案例

1、.04水利工程管理技术 大坝安全监测自动化系统工程案例 主 讲 人： 张峰 安徽水利水电职业技术学院大坝安全监测自动化系统工程案例第1页大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例第2页大坝安全监测自动化系统工程案例 (一)改造前已经有监测项目(人工观察) 1.垂直位移监测 采取一等水准网控制测量，详细测点为: 水准基点网远离坝区1 km以外，由4个点组成，为冲1-冲44点。 工作基点网位于坝区内，由7个点组成。 垂直位移观察点，坝顶沉降观察点共7点，坝基沉降观察点共22点。 2.水平位移监测 采取垂线法，共设置了20条正垂线和3条倒垂线。采取仪器分别为CG-2A型垂线观察仪2

2、3台、ZT-400型正垂设备20套、YT-400型倒垂设备3套。 大坝安全监测自动化系统工程案例第3页 3.裂缝监测 在重点坝垛主要裂缝上布设25支CF-5差动电阻式测缝计，用SQB-2型数字式水工百分比电桥测量。 4.温度监测电阻温度计共40支，其中坝基温度计6支，垛墙混凝土温度计10支，垛内气温计10支，水温计14支。 5.环境量监测气温:在坝顶设有四台温度自记钟；库水位；雨量。 大坝安全监测自动化系统工程案例第4页大坝安全监测自动化系统工程案例 (二)大坝安全监测自动化系统 大坝安全监测自动化系统是依据国家大坝安全监测技术规范及设计要求，在原有监测系统基础上，对监测项目进行补充完善，对监

3、测设施进行更新改造而成。大坝安全自动化监测系统由安装在大坝内12个分布式数据采集单元DAU和安装在水库管理中心大坝安全监控管理系统组成。水库管理中心与现场DAU之间由通信光缆联接，通讯方式为RS-485现场总线(CANBus)。现场数据采集单元DAU由安装在管理中心监控主机统一控制采集数据。 大坝安全监测自动化系统工程案例第5页大坝安全监测自动化系统工程案例1.自动化监测项目 (1)位移监测 垂直位移仍采取人工观察，但观察资料纳入监测自动化系统数据库。大坝水平位移观察采取垂线法，20条正垂线、3条倒垂线，共23个观察点均采取电容式垂线坐标仪实现自动监测。 (2)绕坝渗流及地下水位 新增绕坝渗流

4、观察点共11个；新增地下水位观察点共21个。上述观察点均采取振弦式压力传感器实现自动监测。 大坝安全监测自动化系统工程案例第6页大坝安全监测自动化系统工程案例 (3)应力、应变及温度监测 新增钢筋应力计共17支，新增渗压计(垛墙硅)共6支，新增测缝计共18支，新增16个温度计(垛内气温、垛墙硅温度各8个)，新增4个保温层温度测点(拱圈、通气孔各2个)。以上均实现自动监测。原有内观察点经检测符合自动化要求温度计34支、测缝计22支，共56支(电阻式)也实现自动监测。 (4)环境量监测新增老厂尾水位监测点(振弦式)1个和地域气温(电阻式)1个，这2个点纳入自动化系统。大坝安全监测自动化系统工程案例

5、第7页大坝安全监测自动化系统工程案例2.自动化监测仪器选型 自动化仪器选型标准:在满足精度要求前提下，考虑其技术先进性、可靠性和长久稳定性，而且有工程成功应用实例。 优先采取国内成熟产品(经过省部级判定产品)，而且尽可能采取统一类型监测仪器，以降低系统组成复杂性。 监测仪器和监测系统性能要求是低故障率、高可靠性，确保自动化监测系统既实用又能长久稳定运行。 采取监测仪器和数据采集单元生产厂家要含有技术质量监督局颁发计量产品许可证。 组成自动化监测系统可维护性好，易于扩展，且满足混凝土大坝安全监测技术规范和大坝安全自动监测系统设备基本技术条件相关要求。大坝安全监测自动化系统工程案例第8页大坝安全监

6、测自动化系统工程案例3.数据采集单元 本系统选取南瑞集团企业生产DAU-系列分布式数据采集单元。外形及内部布置见图6-24。图6-24 DAU-分布式数据采集单元大坝安全监测自动化系统工程案例第9页大坝安全监测自动化系统工程案例4.监控管理系统 监控管理系统主要介绍在线监测、图形报表、离线分析、测值预报和数据管理。 (1)在线监测系统 在线监测系统实现对全部测点远程测量、入库、计算、安全评定自动化。系统主要包含数据采集系统、测值计算整编、在线快速安全评定(实时监控)三个主要部分。在线监测系统框图见图6-25。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第10页大坝安全监测自动化系

7、统工程案例数据采集系统 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，对报警测点能够发送报警消息，真正实现“无人值守”功效。 数据采集系统还能够直观地显示监测仪器布置图、监测网络系统配置图，用户直接在图上选择测点进行测量、查询监测数据、绘制过程线以及查询测点属性。监测数据显示界面由用户自己定制，能够选择以过程线、分布图或数据方式来实时显示自己关注测点组合测值。 数据采集系统允许经过管理单位局域网登录监控主机实现数据采集异地控制。结果计算整编 测值计算整编含有独立用户界面，可对任一测点进行公式编辑、查询，计算方案能够任意设置，缺省为处理全部最新测值。对常见观察项目标计算方法提供详细在线

8、帮助。大坝安全监测自动化系统工程案例第11页大坝安全监测自动化系统工程案例在线评定(实时监控) 在线评定模块，提供对评判准则管理、评判方案设置。该模块主要包含:a.监控准则 主要包含时空分析评判准则、力学规律评判准则、数控模型评判准则、监控指标评判准则、日常巡视评判准则、关键问题评判准则等评判准则。b.自动监控 主要是利用已经有准则对监测数据进行自动在线分析评价，判别测值性质是正常、基本正常、疑点或异常。对异常或疑点数据进行不一样级别报警。大坝安全监测自动化系统工程案例第12页大坝安全监测自动化系统工程案例c.准则管理和维护 准则分为静态准则与动态准则。系统准则管理和维护经过准则管理模块来完成

9、。主要功效是准则库建立与撤消；准则修改、插入、删除、查询、打印；准则一致性、冗余性检验；准则库重组。 最新监测数据评判结果在监测仪器布置图中实时显示或在用户定义表格中显示。 大坝安全监测自动化系统工程案例第13页大坝安全监测自动化系统工程案例2)图形报表系统 图形报表系统提供丰富图表控件供用户依据需要编辑形成各类图形、报表。系统分为图表编辑器和图表显示器两部分。图表编辑器生成图表模板，调用图表模板可生成对应图表供保留、打印，该图表还可依据需要生成WEB网页。 图形控件包含历史过程线控件、日过程线控件、扬压力方块图控件、分布图控件、相关图控件、统计图等；报表控件包含年报、季报、月报、旬报、日报、

10、年鉴和汇总报表等控件。对于同一数据报表控件和图形控件，用户能够在图形或报表上直接对数据进行编辑，报表和图形均实时反应修改结果，但不影响原始数据库。 图表控件还包含对监测系统情况统计分析控件，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。大坝安全监测自动化系统工程案例第14页大坝安全监测自动化系统工程案例(3)离线分析系统 离线分析系统主要用于对实测数据处理和计算分析，评定大坝实际运行性态。将实测值换算成标准监测量，依据各类仪器特征对各监测量进行误差检验(包含粗差、偶然误差、系统误差等)；提供各种计算分析模型；提供各种可选分析因子，如水压、温度(气温、坝温)和时效因子等

11、，供用户任意组合选取；提供丰富图形和表格功效，使整个分析过程窗口化，分析结果图表化。离线分析系统功效框如图6-26，系统有以下特点:图6-26 离线分析子系统框图大坝安全监测自动化系统工程案例第15页大坝安全监测自动化系统工程案例 集多元线性回归分析、经典相关分析和主成份分析基本功效为一体，实现多因变量回归建模，可有效地克服自变量之间多重相关在系统建模中不良作用。 对各类监测量进行计算分析，建立包含统计模型、混合模型和确定性模型在内单点及分布模型，满足各种不一样需求。 能进行大规模批处理，在相同因子组合条件下，对多个测点以及多个分析时段同时进行分析和建模，高效快速。 直接在监测布置图上点取分析

12、对象，在测值过程图上截取分析时段，直观方便。大坝安全监测自动化系统工程案例第16页大坝安全监测自动化系统工程案例 对因子选取、组合及分类灵活多样，随意性强，经过简单操作即可组合出数量众多因子。 依据分析对象群、计算时段和因子组合等自动生成计算所需全部数据，用户无须进行大量样本数据准备工作。 计算结果和模型方程图表化程度高，直观性强，各图表相互切换方便快捷。 分析系统含有一定智能，可自动进行各种计算方案结果比较，以及对计算方案进行适宜调整，帮助非专业管理人员确定最正确方案，以期取得较满意分析结果。大坝安全监测自动化系统工程案例第17页大坝安全监测自动化系统工程案例(4)测值预报系统 测值预报是对

13、重点监测项目，在预设水位和气温条件下，利用预报模型预测监测点未来测值改变情况。对已经建立预报模型监测点，能够进行预报分析，并给出预报值和预报分量。 进行测值预报步骤是:设定水位、气温数据，选择预报仪器，选择预报模型，选择预报时间，进行预报。 系统提供导航器提醒用户逐步完成测值预报过程。预报完成后既能够过程线或表格形式显示预报值及各分量，也能够绘制指定分量与测值相关图。 大坝安全监测自动化系统工程案例第18页大坝安全监测自动化系统工程案例(5)数据管理系统 数据管理系统提供对与监测系统相关各种信息和数据管理。包含人工观察项目标数据输入、自动化测值重新计算(因自动化仪器更换而相关参数未及时更新时)

14、、数据库测值管理、数据库备份等。其功效框图见图6-27。图6-27 数据管理系统框图大坝安全监测自动化系统工程案例第19页大坝安全监测自动化系统工程案例 人工观察项目数据录入，提供三种方式:第一个，用户能够按观察统计本统计次序定制一个输入界面，按次序输入一次观察一批观察值。第二种方法是选定某个测点，输入该测点全部测值；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，对显著不合理数据集中报警，并具备预防重复输入功效。一次输入完成后系统能够依据测点特征，自动进行测值整编计算。 测值管理是针对高级别用户，允许用户对数据库中监测资料进行插入、删除、修改、查询、检索等。因

15、为仪器故障、观察差错等原因造成数据异常，系统能自动进行监测数据剔除、修正或“屏蔽”，并对数据进行一致性校验，确保数据库数据一致性。 因仪器更换造成系统参数改变，需要分时段进行物理量转换时，系统能够在指定时段，重新进行物理量计算与转换。系统数据处理操作含有有较大灵活性，软件能依据监测对象动态改变时监测频次甚至监测伎俩改变，或监测数据处理工作方式更改，自动采取不一样处理方式，人工观察与自动化观察经过分析得出偏移量进行衔接。大坝安全监测自动化系统工程案例第20页大坝安全监测自动化系统工程案例 系统提供数据查询功效，包含日测值查询、指定测点集时段测值查询、指定测点集给定时间测值查询以及单个测点测值查询等。系统也一样提供仪器布置图和系统配置图显示，用户能