2022流域水电集控大坝安全监测与分析评估决策支持系统技术方案

流域水电集控大坝安全监测与分析评估决策支持系统技术方案目录5832_WPSOffice_Level11大坝安全监测与分析评估决策支持 321959_WPSOffice_Level21.1概述 316094_WPSOffice_Level21.2现状分析 316981_WPSOffice_Level21.3系统结构 425579_WPSOffice_Level21.4系统功能 5681_WPSOffice_Level21.5电厂接入 1617827_WPSOffice_Level21.6外部接口 1625096_WPSOffice_Level21.7技术指标 17大坝安全监测与分析评估决策支持概述应在管理信息大区一体化管控平台中部署大坝安全监测应用组件，构建大唐集团广西分公司大坝安全监测与分析评估系统，采集大唐集团广西分公司下辖各水电厂大坝安全监测信息，将平班、龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩、西津、山秀、金鸡滩等电站的诸多建构筑物的安全监测系统（包括自动化监测和人工观测）作为整体，统一纳入集中管理，全面系统的整合安全监测信息资源，以坝工理论知识和专家实践经验为依据，以综合分析推理为手段，获得对上述建筑物的历史运行性态的客观认识，进而对这些结构物当下的安全状况做出评估，未来的（或特定条件下的）安全状况做出预测，为工程运行调度和维护管理提供决策支持。现状分析现行《混凝土坝安全监测技术规范》和《土石坝安全监测技术规范》中，都对“大坝”做了广义的界定：“大坝”包括水电站挡水建筑物及其基础和两端岩土体以及对电站安全有重大影响的附近岸坡、地下洞室、输泄水建筑物和其他与电站安全有直接关系的建筑物。本设计方案遵循以上关于“大坝”的定义。大坝安全监测系统建设情况大唐集团广西分公司下辖水电站目前建成大坝安全监测系统的主要有红水河上的平班、龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩，以及西津，共7个电站，其他其它电站尚未建设大坝安全自动化监测系统。在已建成的7套安全监测自动测报系统中，龙滩、西津、大化等系统规模较大（观测点200~2000个不等），其余电站均属于中小规模。相关系统建设情况本次纳入建设的电站已有自动化采集系统，通讯协议相对单一（除龙滩外）。各个电站均已安装大坝中心报送软件，并独立运行。系统结构作为大唐广西分公司集控中心高级应用系统的组成部分之一，大坝安全信息管理与分析评估辅助决策系统（本章后文简称系统）是基于智能一体化管控平台的生产运行管理系统的重要组成部分。数据库结构兼容设计本系统数据库选用ORACLE，数据库设计中，字段上考虑了各种数据库字段类型的兼容，可以兼容SqlServer,DB2,Sysbase等网络数据库，便于以后的移植需求。数据库的创建和初始化数据库结构通过数据库创建脚本来创建，再通过系统初始化脚本加入系统运行所必须系统信息。数据库脚本中包括定义数据库表、数据视图、表间关联关系、运行系统所必须的系统信息。数据库结构升级随着应用的不断发展，数据库结构也不免要更改，数据库结构的版本号会配置在一个总的参数表中，升级程序可以自动判断是否要升级和如何升级。通过变更脚本对数据库结构变动、系统标准配置信息进行升级。因为是该系统是关系数据库，更新时会对级联关系进行自动维护。表结构设计表设计中充分利用关系数据库的特点，将系统中所使用到的测点、测点属性、测量模块、输出等视为资源，资源记录间可以互相引用，保证系统今后可以不断扩展。图SEQ图\*ARABIC28大坝安全信息管理系统结构示意图系统功能系统管理（1）系统主界面系统的主界面提供可更改功能，可以选择系统中任何一个已定制的布置图、过程线、分布图、报表做为系统的主界面，默认时系统使用功能目录结构的资源窗口作为主界面。（2）系统用户管理系统用户管理将提供单点登录的功能，使用通行证和本地两种帐号。通过同一个通行帐号可以在集控中心或各个分中心任何一点登录，可以对用户操作设置必要的权限，用户进入系统后，对其所有的行为都将被记录在日志中，以保留用户的操作痕迹。通行证的实现需要是建立在整个流域网络状况良好的基础上的，通行证帐号和密码来源于MIS网的管理数据库用户表，在创建用户的时候需要将创建普通用户和创建通行证用户区分开来，在本系统中不允许增加和修改通行证帐号和密码，只允许创建修改本地帐号。如果是普通用户，则该用户信息是存储在当前操作大坝的数据库中；如果是通行证，用户信息是不属于某个大坝的，是属于管理中心的，其用户信息是存储在中心数据库中的。通行证用户对每个大坝默认都有基本的用户权限，也可以自定义权限。分中心和中心的所有客户端的登陆都是通过建立在中心的验证服务进行的。当系统启动时，输入用户名密码，此时，用户输入的可以是通行证，也可以是本地用户，系统会首先以通行证的方式验证该用户名，如果在中心数据库中发现存在该用户，那么就返回该用户对每个大坝的操作权限。否则返回一个不存在用户的标识。客户端根据验证服务返回的信息，如果该用户，那么记录该用户是通行证用户，在用户查看任何一个大坝的时候都根据返回的权限信息赋予相应的操作权限；如果不是通行证用户，那么客户端记录该用户不是通行证用户，采用本地数据库验证。（3）监测项目、站点管理系统将提供相应工具，以层次结构的资源树形式管理系统中的资源，在需要的界面上，可以查询、添加、修改或删除工程部位、观测项目、测点、仪器、及其属性信息等。在资源管理窗口上可以添加、删除分中心站点，可把7个分中心的自动化采集系统集成在一起管理。对于测点、模块、采集单元的系统资源的增加、修改还提供布置图的方式，在布置图上任意位置右击鼠标按键，在弹出快捷菜单中增加测点、模块、采集单元的管理功能子菜单，可以弹出这些资源的管理设置界面。（4）重点监测管理系统提供重点监测管理功能，对用户关心的监测项目、部位、测点等按关键、重点、一般等级别进行分类管理。在界面和图形上对监测项目将用明显的颜色和位置突出显示这些重点监测的项目和测点。系统提供工具进行重点监测管理和相应功能支持，但对于具体的重点部位或监测项目的设定，需要指定并加入。系统日志系统将提供对所有人员的系统登录登出操作和资源查询、新增、修改、删除等操作的信息保存在数据库中，保存的信息包括当前登录帐号、时间、操作日志类型、描述等。日志功能将提供日志记录窗口的功能，在此窗口上可以查看某时间段内的日志，提供查询、删除日志的功能。资料整编（1）监测数据录入和导入导出提供人工观测数据键盘录入界面，录入操作方便，可以使用小键盘录入，录入时检查数据（设置上、下限值），防止过大或过小的数据被误输入；数据录入过程中，提供方便的插入、修改、删除等操作；并应按照设定的规则进行错误检查，以防止人工录入数据时可能的粗差。数据录入后，须经审核后，方可有效。人工数据录入后被打上未审核的标记并保存在数据库中，这些未审核的数据不能被使用，经人员审核后去掉标记，才能被正常使用。人工数据录入和审核的操作都将被记录在日志中。也提供从文件（例如文本文件、EXCEL文件等）导入数据的功能，文件格式简单通用。（2）WEB远程方式录入人工测量数据，可以也可以通过WEB远程方式录入。选择一个或多个测点，然后打开或保存自动生成的EXCEL人工数据录入文件模板，在EXCEL文件模板中按照模板格式录入人工数据，将完成的EXCEL文件上传，WEB系统将按EXCEL模板格式自动解析并保存文件中的人工数据到中心站的数据库中。（3）小仪表数据的导入将提供小仪表数据的导入程序，将小仪表中的数据导入系统，并保存在数据库中。（4）监测数据的导出选择数据导出到文本的功能，可以将指定时间段内任意测点的测量数据导出到文本文件中。在报表和数据表格中提供导出到Excel文件的功能，选择此功能将把报表和数据表格中的数据按照所在它们的样式和风格导出到Excel文件，文件的名称和目录可以指定。（5）监测成果算法定义各监测量监测成果计算的算法可任意定义，包括预置的多种常用计算公式（例如内观差阻式仪器计算公式）、自定义计算公式、相关于其它监测量的相关性计算公式、查表算法等。算法公式中的参数可设置和修改。支持使用于不同时间段的多套算法和参数。算法任意定义功能可为监测成果计算提供空间和时间上的广泛适用性，而且具有强大的可扩充性，各电厂各监测项目的所有监测量（包括监测仪器曾经更换过的），以及将来有可能补充增加的监测量，其成果计算工作均可依托于此功能。监测成果算法定义也包括复杂的混凝土应变计组计算。一般情况下，特别是观测和资料整编是以人工方式为主的情况下，这部分工作通常需专门进行，因而不纳入常规的资料整编工作范围。但是由于本系统计划为此计算过程提供足够的数据处理支持和交互界面支持，并依托自动化任务机制，可使这个计算处理过程在大大简化，因此本系统把这部分内容归类到资料整编。（6）监测成果计算 在监测成果算法定义的基础上，通过定制自动化成果计算任务，实现监测成果计算工作的定时自动完成。也提供人工操作启动部分或全部监测量的成果计算。（7）监测成果报表制作提供报表和表格设计工具制作生成各类常规报表、表格及报告。包括日报、周报、月报、季报、年报及各类统计表等，也可按自定义格式定制报表和表格，在生成的报表和表格中提供转换为Excel文档、打印输出等功能接口。图SEQ图\*ARABIC29报表功能结构图（8）监测成果过程线图绘制提供监测量过程线的设计生成工具，通过过程线图设计工具可以定制单点和组合过程线图。实现多个过程线同时显示；过程图可以是折线图和直方图，子过程图所占比例可以调整；滑动杆拖动操作，无级放大：提供多种显示方式来适合不同场合；在过程线上设置数据评估标记，根据标记对绘图数据进行筛选，以达到从图上剔除不合理数据的目的；借助于过程线能进行粗差检验；过程线图具有收藏功能。在系统移交前，可以按照用户需要代为制作指定格式的报表，在移交时一并移交给用户。图SEQ图\*ARABIC30过程线功能结构图（9）监测量相关图绘制提供监测量相关图的设计生成工具，通过工具可以绘制任意两个监测量之间的相关图，图中显示散点和相关分析曲线（简单线性相关和多项式相关），绘图时间段可设置，当两监测量测量时间不对应时，能自动插值处理。在系统移交前，可以按用户的要求制作指定的相关图，在系统移交时一并提供给用户。图SEQ图\*ARABIC31相关图功能结构图（10）监测量分布图绘制提供监测量分布图的设计生成工具，通过工具定制和输出各种类型分布图（如张线分布图，扬压力分布图，静力水准分布图，土坝浸润线等各种分布图），可绘制二维和三维分布图。分布数据时间可以动态变化，根据要求鼠标选择，具有动态播放功能。具有快照功能，可以使不同时间的分布数据放在一起进行比较。图SEQ图\*ARABIC32分布图功能结构图（11）监测量等值线图绘制提供监测量等值线图的设计生成工具，通过工具选择要做等值线图的监测量，根据监测量所在的空间位置，自动将相同监测量数据连接并绘制成等值线。图SEQ图\*ARABIC33过程线功能结构图（12）包络图绘制在相关图上绘制包络线，显示出界数据。（13）边坡水平位移分布图绘制根据边坡水平位移两个方向的测值，求解位移矢量（唯一大小和方向），并绘制矢量分布图。（14）图形基本功能具有无级缩放功能，只要用鼠标在屏幕上标定缩放范围，图表就会立即被放大或缩小。用户鼠标悬停在某图标时，显示该处图标对应设备或对象的相关信息。可以应用各种过滤条件（包括系统设定的条件和用户定义的条件），以在图形中过滤掉超出范围的测值。当然也可以选择不过滤，在图形中表现所有值。具有编辑功能，能根据需要随意对页面和内容进行编辑。可以设置页面的纸张尺寸和页边距，可以在屏幕上移动图形的相对位置，可以随意增减图幅和曲线，可以设置所有图形元素的属性，如颜色、字体、线型，可以任意设置坐标轴等等。图形应可以方便的导出为矢量图形文件，如.emf文件等。用户可以直接在图形绘制的界面下，进行复制，并在其他如word、画图等程序中进行粘贴，则图形可以粘贴过来。图形保存入系统后，下次调出时，能方便的进行修改。系统自动进行的图形标注和坐标系统的选取，应符合规范要求和人们的通常习惯。用户也可以自行定义标注和坐标系统。具有直接打印和打印预览的功能，打印和打印预览功能与Office文档类似。图形批量输出功能，用户设置好各项参数，选择好要批量输出的对象后，就可以批量输出。每个对象一页，自动连续生成，自动套用格式，用户不需要额外再调整格式。资料分析图SEQ图\*ARABIC34资料分析功能流程图综合评估功能（1）关键问题对各个电站中关键的建筑，关键监测项目进行综合分析处理，重点安全防范部位进行综合评估。（2）检验准则和监测数据检验采用若干检验准则对环境量以及上述相关监测量集合中的所有监测数据进行检验，判定数据是否越限。（3）综合评估对经过准则检验发现相关监测量集合中大多数监测量越限的，包括与之相关联的巡视检查结果有异常的，即获得一致性印证，确认为相应部位发生异常。否则为正常，或为因设备故障、测量误差造成的越限。对确认为异常的测值及其相应部位，进行综合评估，找出其明确的或可能的原因。异常原因的推断有两个来源：一是相关监测量集合中环境量或内观监测量同时发生的异常，这类信息提取以后还需进行文字化处理，转换为描述；二是已经存储在知识库中的，和若干特定的监测量异常（包括它们的或和与）相对应的原因描述，这些描述是专家知识和经验的具体体现。资料分析及综合评估功能结构如下图所示：图SEQ图\*ARABIC35资料分析及综合评估功能结构图监测数据识别及报警测值报警功能是系统自动化监控的重要组成部分。对于经过设置报警方案的测点，系统对于这些特定的测值会进入实时监控状态，在测点出现测值异常的情况下，系统会根据异常类型而选择相应的报警方案以提示工作人员。对于数据系统的系统误差可以进行处理。大坝安全管理信息系统根据监测资料分析及有限元计算，对指定的重要部位的监测项目设定监测指标，确定不同工况下的上下限值，其具有对监测物理量、变形值自动识别、诊断功能，能够自动识别设备故障、测值超限、结构异常，当发生设备故障、测值超限、结构异常时，能够及时提醒或报警功能。系统运行过程中，内部模块自动实时监视硬件采集来的自动化监测数据，接收到新数据时触发计算功能，报警监视实时的监测计算出测点测值的所有成果以及原始值，按设置的异常处理判定方法对监测量数据进行评判与数据验证，如是否超上限、下限、变幅等，在符合报警触发方案的条件下执行报警任务，从而实现监测数据的实时报警。报警有声音报警、闪烁报警、短信报警等这几种方式。数据报送功能对于区域集成系统，各个子系统相对独立，拥有各自的数据库，资源、数据分别独立存储，系统在运行的过程中互不干扰。同时在信息中心有各子系统的数据架构同步，从而保持信息中心与分中心数据的一致性，各分中心数据先汇集到中心数据库，再向大坝中心报送。大坝中心制定统一规范的数据同步服务规范标准，在信息中心运行相应服务程序，大坝中心通过远程调用的方式从信息中心的执行数据同步服务，回传服务规范中要求的标准格式数据，完成大坝中心与信息中心的数据同步。WEB信息发布功能（1）登陆登陆界面在考虑系统安全性的同时也要考虑方便性，所以增加了”记住用户名”和”自动登陆”的选择，如果用户能确保计算机只属于他本人使用，那么可以选择”自动登陆”（2）主界面在用户登陆验证后，进入该页面.本页面是系统的操作平台页，分为四大部分:信息头:放置系统名称和当前登陆用户信息操作菜单:分为MIS管理菜单和安全监测快捷导航.内容页面:通过菜单导航至的功能页面报警提示:当天的测值报警通知（3）管理菜单:工程信息包括：工程简介、系统公告、文档管理、友情链接班组信息包括：班组管理、班组通知用户管理包括：用户信息、权限维护网站集成包括：设置、清除设置系统设置包括：测值过滤、过程图设置、过程线模板上传帮助包括：帮助文档、联系方式右边有一排快捷工具按钮：主要有切换用户、流域地图操作、退出系统、帮助信息系统操作及显示功能应能在监测服务器、监测工作站上实现监视操作、输入／输出、显示打印、报告当前测值状态、调用历史数据等功能；具有系统调度、过程信息文件的形成、转入数据库、通信等一系列运行管理功能；可通过人机接口界面（如键盘等）控制各级画面显示，可对系统配置、测点信息及相应的参数、监测数据等进行编辑修改；可显示建筑物及监测系统布置图、绘制监测量的历史过程图、分布图，显示报警窗口等。系统自检功能应能对监测系统设备、各功能模块、电源、通信状态等进行自检，便于系统测试及系统维护；能在监测服务器上显示故障部位及类型，便于及时提供维修。本系统是一体化管控平台高级应用的一部分，它以现地安全监测自动化系统和安全管理信息系统为基础，能够对历史监测资料进行处理计算、定量分析、比较判断和综合统计，实现从监测数据到监测断面、监测部位的异常告警，并在此基础上对整个工程的安全状况做出综合评估，对异常现象给出可能的原因以供进一步检查确认，针对发生异常的原因提供一些处理措施或方案以供参考。该功能主要由分析建模和安全评估两大功能模块群构成。电厂接入考虑现场的计算机使用年限及性能等问题，电厂大坝系统各增加一台通信服务器，每台服务器安装相应的客户端或同步软件，通过广西电力光纤通信网（或局域网），与集控中心电厂通信服务器通