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一、方案概述

我國(guó)現(xiàn)有各類水庫(kù)84926，其中大型水庫(kù)415座，中型水庫(kù)2618座，小型水庫(kù)81893座。這些水庫(kù)大部分建于20世紀(jì)50-70年代，經(jīng)過(guò)三四十年的管理運(yùn)用，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分顯著，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展作用了貢獻(xiàn)。然而，大多數(shù)中小型水庫(kù)建于六、七十年代，屬“三邊工程”，一方面大部分水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低、工程質(zhì)量差、淤積嚴(yán)重，有效庫(kù)容萎縮，處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，另一方面不少水庫(kù)已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)服役年限，老化嚴(yán)重，水庫(kù)工程潛在的安全隱患突出。水庫(kù)安全度汛一直是我國(guó)防汛抗洪的難點(diǎn)和重點(diǎn)，中小型水庫(kù)的安全度汛已成為當(dāng)前全國(guó)防汛工作的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，大部分水庫(kù)缺少必要的水雨情測(cè)報(bào)及大壩安全監(jiān)測(cè)等設(shè)施，檢查手段落后，隱患很大。一旦發(fā)生局部暴雨洪水，極易引發(fā)潰壩事件，輕則造成財(cái)產(chǎn)損失，重則造成重大人員傷亡或毀滅性災(zāi)害，在這種情況下，水庫(kù)大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水位、雨量、大壩的滲壓、滲流、應(yīng)變等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警就是非常必要的，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的掌握水庫(kù)運(yùn)行信息并進(jìn)行預(yù)警，如果水庫(kù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生異常，水利部門的有關(guān)人員可以及時(shí)掌握情況并采取措施進(jìn)行應(yīng)急處理。

二、系統(tǒng)組成

水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示，其主要由感知層、數(shù)據(jù)采集層、傳輸通信層、云平臺(tái)及移動(dòng)終端組成。

感知層：主要完成待監(jiān)測(cè)物理量的信號(hào)轉(zhuǎn)換，其由多種類型智能傳感器構(gòu)成，主要有應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、傾斜傳感器、力傳感器等。

數(shù)據(jù)采集層：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，將感知層轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以方便數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸。

傳輸通信層：負(fù)責(zé)采集層與云平臺(tái)之間通信及數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式主要有有線傳輸和無(wú)線傳輸。有線傳輸通過(guò)光纖、網(wǎng)線經(jīng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)及云平臺(tái)數(shù)據(jù)下發(fā)；無(wú)線傳輸主要通過(guò)2G/3G/4G/5G將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)及云平臺(tái)數(shù)據(jù)下發(fā)。

應(yīng)用層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息化管理，如控制指令下發(fā)和數(shù)據(jù)接收、多傳感器數(shù)據(jù)融合分析、結(jié)果展示、預(yù)警等。預(yù)警信息通過(guò)短信或郵件及時(shí)發(fā)送到相關(guān)管理人員，并提示后臺(tái)及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估。

水庫(kù)大壩安全自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括大壩表面及內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)、水文氣象監(jiān)測(cè)等。

三、系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的地圖顯示、查看，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備的快速查詢顯示、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示、報(bào)警情況顯示及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖的實(shí)時(shí)展示，通過(guò)系統(tǒng)主界面的顯示功能，可以查看設(shè)備的位置、運(yùn)行狀態(tài)，掌握其水庫(kù)庫(kù)壩體浸潤(rùn)線及壩體內(nèi)孔隙水壓力、庫(kù)內(nèi)水位、水庫(kù)出入入流量、降雨量、壩體位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

及時(shí)報(bào)警：通過(guò)布設(shè)在壩體內(nèi)部和表面的各種類型的傳感器，獲取大壩變形、滲流、沉降、位移、水文、氣象等相關(guān)數(shù)據(jù)。傳輸?shù)较嚓P(guān)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)壩體的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。等數(shù)據(jù)超過(guò)告警上限時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)該預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)布不同級(jí)別的報(bào)警信息?？稍O(shè)置多級(jí)報(bào)警，支持彈出軟件窗口報(bào)警、郵件報(bào)警、短信報(bào)警及聲光報(bào)警等功能多種方式傳達(dá)至相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和責(zé)任人。

視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控：包括對(duì)上下游水區(qū)、壩上、壩下和閘房?jī)?nèi)部的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，用戶可以從監(jiān)控終端中實(shí)時(shí)的看到現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，同時(shí)還可以通過(guò)軟件控制現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)鏡頭以及云臺(tái)，根據(jù)需要調(diào)整光圈大小、焦距遠(yuǎn)近、變倍高低以及視頻角度等，滿足用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多方位視頻圖像的監(jiān)控需要，確保水庫(kù)大壩運(yùn)行安全。

 數(shù)據(jù)分析預(yù)判：對(duì)大壩浸潤(rùn)線、庫(kù)水位、實(shí)時(shí)雨量、大壩滲流量及壩體位移歷史數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較分析，推算出各類壩體運(yùn)行數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間的相關(guān)性，綜合判斷壩體健康狀況。

GIS模擬建模：在適用前提下將水庫(kù)大壩安全管理過(guò)程中的新思想、新方法融入到系統(tǒng)開發(fā)，做到數(shù)據(jù)和圖形相融合、GIS與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，把科學(xué)計(jì)算的結(jié)果通過(guò)三維情景表現(xiàn)和動(dòng)態(tài)的形式直觀表現(xiàn)。

操作便捷：具備LCD液晶顯示屏以及多功能輸入鍵盤，用于現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)置、人工置數(shù)、安裝調(diào)試、狀態(tài)顯示等功能，以及串口配置方式。 支持多種工作模式（包括自報(bào)式、查詢式、兼容式等），最大限度降低功耗。

四、系統(tǒng)價(jià)值

大壩作為特殊的建筑，以自動(dòng)化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)，無(wú)論是對(duì)水庫(kù)大壩所在的地區(qū)，還是整個(gè)國(guó)家都有不同程度的積極影響。首先對(duì)于水庫(kù)大壩工作人員來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)大壩的自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)，能夠極大地減經(jīng)水庫(kù)大壩工作人員的工作量。讓他們有更多的時(shí)間去對(duì)水庫(kù)大壩的其他方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其次，最后，對(duì)于國(guó)家來(lái)說(shuō)，水庫(kù)大壩的安全問(wèn)題已經(jīng)與國(guó)家的民生問(wèn)題息息相關(guān)了，如果我們對(duì)水電大壩的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，他的監(jiān)測(cè)性能定會(huì)得到很大程度的提高，監(jiān)測(cè)到的結(jié)果勢(shì)必會(huì)更加科學(xué)，也會(huì)更加準(zhǔn)確。大壩的運(yùn)轉(zhuǎn)更加高效，并且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)化運(yùn)用。